Согласно СНиП II-35-76* «Котельные установки» (требования этого документа не распространяются на котлы с давлением пара более 40 кгс/cм2 и с температурой воды выше 200 °С, а также котельные поквартирного отопления), магнитную обработку воды для водогрейных котлов целесообразно проводить, если содержание в воде железа не превышает 0,3, кислорода – 3, хлоридов и сульфатов – 50 мг/л, ее карбонатная жесткость – не выше 9 мг-экв/л, а температура нагрева не должна превышать 95 °С. Для питания паровых котлов – стальных, допускающих внутрикотловую обработку воды, и чугунных секционных – использование магнитной технологии возможно, если карбонатная жесткость воды не превышает 10 мг-экв/л, содержание железа – 0,3 мг/л, а поступает она из водопровода или поверхностного источника.
Если эти условия не выполнены, проектировщикам придется предусмотреть дополнительные устройства для предварительного умягчения, обезжелезивания, вакуумной деаэрации и т.д. Как правило, качество воды, при котором эффективно работает каждая конкретная модель магнитного преобразователя, подробно оговаривается и производителем – в техническом паспорте изделия.
Магнитные преобразователи
Все магнитные преобразователи можно разделить на две группы: с постоянными магнитами и электромагнитами. Постоянные магниты изготавливают из специальных материалов, характеризующихся высокой коэрцитивной силой (значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания магнита) и остаточной магнитной индукцией. Как правило, в магнитных преобразователях воды применяются ферромагнетики и сплавы редкоземельных металлов. В последнем случае магниты создают сильное и стабильное поле, могут эффективно работать при температурах до 200 °С и почти полностью сохраняют свои магнитные свойства на протяжении нескольких лет.
Для обработки воды в инженерных системах требуется переменное магнитное поле – в противном случае на поверхности магнитов или трубы, на которую смонтирован прибор, будут накапливаться частицы различных ферромагнитных примесей (ржавчина, частицы металла и т.д.). Поэтому преобразователи собирают из нескольких (от 4 и более) постоянных магнитов таким образом, чтобы положительный и отрицательный полюса чередовались.
Магнитный преобразователь устанавливают двумя способами: врезают в трубопровод (In-line) или закрепляют снаружи. В первом случае прибор представляет собой полый цилиндр, который крепят к основной трубе с помощью резьбовых или фланцевых соединений. Блок магнитов может находиться как снаружи, так и внутри трубы. Модели высокой производительности (например, MWS ООО «Магнитные водные системы») могут состоять из нескольких труб с закрепленным внутри магнитным сердечником. Основной недостаток таких магнитных преобразователей – достаточно трудоемкая установка. Кроме того, если блок магнитов находится внутри трубы, то на его поверхности будут оседать некоторые содержащиеся в воде вещества, и для их удаления пользователю придется периодически отсоединять устройство. Если же магниты находятся снаружи трубы, их установка на стальную трубу приведет к существенно му ослаблению магнитного поля.
Внешние магнитные преобразователи обычно состоят из двух частей. Их стягивают друг с другом с помощью нескольких винтов и таким образом закрепляют на трубе. Подобные модели есть в ассортименте компаний Mediagon AG и Aquamax. Некоторые внешние магнитные преобразователи имеют в своем корпусе углубления соответствующей формы и могут просто надеваться на трубы (например, модель XCAL Shuttle компании Aquamax). С точки зрения установки, внешние магнитные преобразователи очень удобны, а их использование не приводит к осаждению на поверхности трубы различных примесей. В то же время, приобретая такой преобразователь, пользователь обязан учитывать магнитную проницаемость материала трубы, на которую его планируется установить.
В магнитных преобразователях с электромагнитом в качестве источника поля используется изолированный провод, который наматывают на трубу, а иногда – на полый цилиндр, выполненный из диэлектрика. Данное устройство представляет собой обычную катушку индуктивности: когда по проводу проходит электрический ток, в трубе генерируется переменное магнитное поле. Ток на катушку подается от электронного блока, с помощью которого можно изменять мощность прибора в довольно широком диапазоне. Например, магнитный преобразователь EUV 500 компании Aquatech может эффективно обрабатывать от 24 до 1100 м3 воды в час. В зависимости от модели, блок управления позволяет вручную устанавливать мощность прибора или автоматически регулирует производительность магнитного преобразователя с учетом показаний расходометра, времени суток и т.д. В наиболее совершенных моделях магнитных преобразователей предусмотрены режимы работы со стальными трубами.
Основными достоинствами электромагнитных преобразователей являются простота установки и возможность изменять мощность прибора в зависимости от расхода воды, позволяющие более качественно и гибко обрабатывать воду и существенно снижать количество электроэнергии, потребляемой преобразователем. Главный недостаток данных приборов – постоянное потребление электроэнергии. Кроме того, рядом с местом их работы должен находиться источник переменного тока. Стоимость бытовых преобразователей, работающих на электромагнитах, в разы выше, чем у аналогичных приборов, использующих постоянные магниты. Однако цены на магнитные и электромагнитные преобразователи большой производительности сопоставимы, что обусловлено высокой стоимостью мощных постоянных магнитов.
Сегодня на российском рынке представлено большое количество моделей магнитных преобразователей различного типа – как отечественных («Магнитные Водные Системы», «Ватер-Кинг», «Экосервис Технохим», «Химсталькомплект», «Энирис-СГ» и т.д.), так и западных (Aquamax, Aquatech, Mediagon AG и т.д.) компаний. В зависимости от производительности и исполнения, их разделяют на бытовые и промышленные. Производительность бытовых преобразователей лежит в пределах от 0,1 до 10 м3/ч, а цена на них редко превышает 100–150 евро. Производительность наиболее мощных промышленных моделей достигает нескольких тыс. м3/ч, и они могут стоить десятки тысяч евро.
Установка и эксплуатация
Эффективность того или иного магнитного преобразователя зависит от целого ряда факторов: места установки прибора в системе; температуры и химического состава воды; напряженности и конфигурации поля; материала трубы, на которую монтируются приборы (для моделей внешнего размещения).
При установке преобразователя на системы горячего и холодного водоснабжения следует соблюдать следующие основные правила. Во-первых, прежде чем пройти магнитную обработку, вода должна пройти механическую очистку в соответствующем фильтре. Во-вторых, производители рекомендуютустанавливать приборы как можно ближе к защищаемому оборудованию.
В жилом доме магнитный преобразователь рекомендуется использовать не только для обработки воды, поступающей, например, в водонагреватель, но и воды системы холодного водоснабжения. Это позволит защитить от накипи ТЭНы различных бытовых приборов (стиральных машин, чайников и т.д.). Если в схему водоснабжения дома включен накопительный бак, магнитный преобразователь следует устанавливать и на его выходе (выходах), поскольку за время нахождения в баке обработанная вода может потерять свои антинакипные свойства.
В небольших гостиницах, малосемейных жилых домах и других зданиях с собственной системой приготовления горячей воды и протяженным циркуляционным контуром ГВС магнитный преобразователь следует устанавливать не только на подаче в бойлер холодной воды, но и на входе в него обратной линии.
Химический состав воды и ее температура имеют большое значение для эффективного проведения магнитной обработки. Соответствующие требования сформулированы в нормативных документах, регламентирующих проектирование и эксплуатацию тепловых сетей, пунктов и т.д.
Если элемент преобразователя, генерирующий магнитное поле, находится снаружи трубопровода, эффективность магнитной обработки будет зависеть не только от мощности и конфигурации магнитного поля относительно потока воды, но и от магнитной проницаемости материала трубы.
Отметим, что неграмотное использование магнитных преобразователей приводит к засорению системы образующимся шламом, который необходимо удалять из трубопроводов с помощью механических фильтров, а из котлов – используя специальные устройства, предусмотренные СНиП II-35-76*.
Как было сказано ранее, при магнитной обработке в трубах образуется угольная кислота (H2CO3), быстро распадающаяся на воду и углекислый газ (CO2). В открытых системах (ГВС) он будет выходить через водопроводные краны, а в закрытых может привести к завоздушиванию. Поэтому на такие системы вместе с магнитными преобразователями необходимо устанавливать дегазаторы.
Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния, которые поступают в подземную воду из омываемых ею грунтов. Просачивание воды через почву приводит к изменению ее солевого состава. Жесткость природных вод не является вредной для здоровья, а скорее наоборот, т.к. кальций способствует выводу из организма кадмия, отрицательно влияющего на сердечно-сосудистую систему.
Однако повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, поэтому, согласно ГОСТ 2874-82, норма общей жесткости составляет 7 мг-экв/л, а допустимая величина — 10 мг-экв/л. Значительное количество магния также ухудшает органолептические свойства воды. Использование жесткой воды в хозяйственно-бытовых и промышленных нуждах приводит к весьма нежелательным последствиям:
- Непроизводительный расход моющих средств при стирке. Это объясняется тем, что ионы кальция и магния, взаимодействуя с мылами, представляющими собой соли жирных кислот, образуют в воде нерастворимые осадки. Подсчитано, что на каждый литр воды с жесткостью 7,1 мгэкв/л перерасходуется 2,4 г мыла.
- Преждевременный износ тканей при стирке в жесткой воде. Волокна тканей адсорбируют кальциевые и магниевые мыла, а это делает их хрупкими и ломкими.
- В жесткой воде мясо и бобовые плохо развариваются, при этом понижается питательность продуктов. Вываренные из мяса белки переходят в нерастворимое состояние и плохо усваиваются организмом.
- Усиление коррозии нагревательных элементов бытовых приборов и теплообменников вследствие гидролиза (взаимодействия с водой) магниевых солей и повышения рН воды.
- Соли кальция и магния образуют твердые отложения (накипь, шлам, водный камень) на поверхности теплообменников и гидравлических бытовых приборов, что снижает экономичность их работы. Металл под нерастворимым осадком CaCO3 перегревается и размягчается, потому что накипь обладает малой теплопроводностью и ее наличие на нагревательных элементах обуславливает увеличение энергозатрат.
Все это приводит к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и оборудования и, конечно, требует значительных вложений денежных средств. Для умягчения воды традиционно применяются химические методы (реагентный — связывание катионов Ca2+ и Mg2+ практически в нерастворимые соединения; ионный обмен — замена с помощью фильтрования через специальные материалы ионов Ca2+ и Mg2+ на ионы Na+ и Н+).
Альтернативным способом умягчения или, правильнее назвать, способом борьбы с известковыми отложениями является электромагнитная обработка воды. Процессы, протекающие при электромагнитной обработке воды, чрезвычайно разнообразны и сложны, поэтому нет еще единого мнения о механизме этих явлений. Существует ряд гипотез воздействия электромагнитного поля на ионы солей, растворенных в воде.
Первая состоит в том, что под влиянием магнитного поля происходит поляризация и деформация ионов, сопровождающаяся уменьшением их гидратации (степени “рассеянности” в толще воды), повышающей вероятность их сближения и, в конечном счете, образования центров кристаллизации; вторая предполагает действие магнитного поля на коллоидные примеси воды; третья гипотеза объединяет представления о возможном влиянии магнитного поля на структуру воды.
Это влияние, с одной стороны, может вызвать изменения в агрегации молекул воды, с другой — нарушить ориентацию ядерных спинов водорода в ее молекулах. Обработка воды в магнитном поле в основном применяется для борьбы с накипеобразованием. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий катионы солей жесткости выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды.
Метод эффективен при обработке вод кальциевого-карбонатного класса, которые составляют около 80% вод всех водоемов нашей страны и охватывают примерно 85% ее территории. Уменьшение образования накипи и других отложений солей остается наиболее широкой областью применения магнитной обработки. Если в воде присутствуют диссоциирующие соли (реальная вода), при магнитной обработке происходит несколько процессов:
- смещение электромагнитными силами полей равновесия между структурными компонентами воды;
- физико-химический механизм увеличения центров кристаллизации в объеме жидкости после ее магнитной обработки, а также изменение скорости коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных частиц в потоке жидкости.
Известно, что магнитная обработка водных систем приводит к следующим физико-химическим изменениям: скорость растворения неорганических солей увеличивается в десятки раз (для MgSO4 — в 120 раз!), в воде после магнитной обработки увеличивается концентрация растворенного кислорода. Также имеются данные, указывающие на бактерицидное действие магнитной обработки воды. По сравнению с традиционным умягчением воды ее магнитная обработка более проста, безопасна и экономична.
Обработанная магнитным способом вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и не меняет солевой состав, сохраняя вкусовые качества питьевой воды. В приборе MultiSafe — новейшей разработке немецкой фирмы SYR — реализован описанный выше метод электромагнитной обработки воды. Принцип работы MultiSafe заключается в предотвращении образования и выпадения осадков CaCO3 и Mg(OH)2 из обрабатываемой воды за счет изменения ее коллоидно-химического состояния под действием переменного магнитного поля.
Электроды обработочной камеры являются источниками выделения из воды коллоидно-дисперсных частиц карбоната кальция, выполняющих роль центров кристаллизации-затравки. Это самопроизвольное выделение — один из эффективных способов предотвращения образования твердых отложений кальция и магния. Образование твердой фазы происходит на этой затравке благодаря электродинамической диссоциации молекул воды на катионы Н+ и анионы ОН.
ОН-ионы изменяют рН воды в сторону повышения ее щелочности, что приводит к смещению углекислотного равновесия воды от гидрокарбонат-иона (НСО3) к карбонат-иону (СО3 2), т.е. нарушается динамическое равновесие системы, которое может быть описано реакцией:
2НСО3 <=> СО3 2+ СО2 + Н2О
Карбонат-ион СО3 2, вступая в реакцию с растворенным в воде ионом кальция Ca2+ , образует карбонат кальция CaCO3 — более мелкую и легкорастворимую фазу по сравнению с Са(НСО3)2 — образуется так называемая кайма затравочных кристаллов. Далее процесс интенсифицируется. На затравочных кристаллах образуются дополнительные места кристаллизации (сцепления) молекул солей кальция и магния.
Образованные агрегатные структуры остаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии и вымываются потоком воды. Рост кристаллов особенно наглядно проявляется при нагреве воды. При этом вода слегка мутнеет. Это обусловлено тем, что, медленно разрастаясь, кристаллы начинают рассеивать свет. Максимально их величина может достигать лишь тысячной доли миллиметра, что не дает им возможности образовывать твердые отложения в виде осадка и накипи.
Обработанная таким образом вода сохраняет антинакипный эффект в течение 28 суток в отличие от других подобных устройств магнитной обработки, представленных в данный момент на российском рынке, результат обработки которых сохраняется от двух до пяти дней. По истечении данного срока вода должна быть обработана повторно. Имеются достоверные эмпирические данные (результаты анализа) о каталитическом действии магнитной обработки MultiSafe на закисную форму железа (Fe2+). Вода, прошедшая установку и дополнительно обработанная угольным фильтром, не содержит Fe2+ , и концентрации на выходе с установки по окисному железу Fe3+ снижены более чем в 3 раза.
Ведь при прочих равных условиях исходная вода не подвергалась процессу обезжелезивания. Наряду с этим магнитная обработка MultiSafe способствует активации процессов адсорбции различных примесей органического происхождения. Магнитная обработка также влияет на электрокинетический потенциал и агрегативную устойчивость взвешенных частиц, благодаря чему ускоряет их осаждение, т.е. способствует извлечению из воды разного рода взвесей.
Прибор устанавливается на вводе холодной воды в дом для одной или даже нескольких семей, т.к. пропускная способность позволяет обрабатывать до 3 м3/ч. Устройство не требует специального обслуживания, процесс полностью автоматизирован. Все обслуживание прибора сводится к замене обработочной камеры через 1,5-2 года работы, что эквивалентно объему воды, потребляемой среднестатистической семьей за данный период.
Прибор MultiSafe находит применение в системах водоснабжения и отопления отдельного дома, коттеджа, для подготовки воды в водогрейных паровых котлах, оборотной воды котельных, для подготовки технологической воды в пищевой, целлюлозно-бумажной, текстильной и других отраслях промышленности и т.д. MultiSafe совмещает в себе функции и устройства защиты, наблюдения и регулировки системы водообеспечения, а именно:
- модуль электродинамической обработки воды;
- система защиты от несанкционированного расхода, например, прорыва труб и разного рода утечек;
- система диагностики и управления работой прибора, а также дополнительные устройства дальнейшей обработки воды, например, фильтры механической очистки DRUFI и угольный фильтр фирмы SYR
- индикация сбоев и неполадок в работе системы.
Перечисленные модули управляются при помощи центрального процессора. Благодаря жидкокристаллическому дисплею становится возможным отображение, программирование и изменение режимов работы. С помощью клавиатуры можно задать дополнительные пользовательские и рабочие установки. Таким образом, при помощи прибора MultiSafe происходит обработка водного потока переменным магнитным полем.
В результате чего изменяется структура и степень гидратации ионов растворенных солей, и тем самым создаются условия для образования ионных ассоциатов, количество которых зависит от напряженности электромагнитного поля, диамагнитной восприимчивости ионов и других факторов. Возникающие под влиянием магнитного поля ионные ассоциаты являются зародышами новой фазы — сублимикроскопической — и коллоидной стадии дисперсности и впоследствии выполняют роль дополнительных центров кристаллизации. Прямое воздействие магнитного поля на ионы примесей способствует активации процессов адсорбции и открывает широкие перспективы для водоподготовки в целом.
Стремление экономить материалы и топливо понуждают конструкторов энергетического оборудования к интенсификации его использования и увеличению мощности тепловых потоков на единицу площади теплообменных поверхностей. В свою очередь, повышаются требования к качеству питательной воды промышленных и энергетических потребителей. Наряду с этим упрощаются технологии водоподготовки, позволяющие малыми средствами добиться больших результатов.
Подписаться на статьи можно на
Применение «нехимических» методов обработки воды в энергетике расширяется благодаря технологическим и экономическим преимуществам: их внедрение позволяет значительно сократить количество используемых реагентов (кислот, щелочей, хлорида натрия) и тем самым избавиться от проблем утилизации сточных вод с высоким содержанием химических веществ. Активно развиваются такие технологии водоподготовки как: магнитная, электромагнитная (радиочастотная), акустическая (ультразвуковая), мембранная. Также к этим методам условно отнесены электрохимический (электродиализный) метод и обработка воды комплексообразователями (комплексонами).
Магнитная обработка воды
Магнитные аппараты устанавливают для предотвращения (или уменьшения) осаждения накипеобразующих веществ на теплообменной поверхности. Наиболее часто встречающаяся накипь образуется карбонатом кальция.
Температура осаждения карбоната кальция из природной воды - 40-130 °С. Следует помнить о том, что температура нагретой воды в теплогенераторе или теплоиспользующем аппарате всегда ниже температуры стенки нагреваемой поверхности. Принято считать, что температура стенки трубы в топке водогрейного котла выше температуры нагретой воды на 30-40 °С, а в теплообменнике (бойлере) - на 15-20 °С. Но, конечно, эта разница температур уменьшается с уменьшением габаритов и теплопроизводительности котлов.
Эти и другие соображения обусловили следующие требования к технологии и аппаратам магнитной обработки воды (СНиП II-35-76**** «Котельные установки», СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» (ранее СНиП 2.04.07-86*), СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» (ранее «Руководство по проектированию тепловых пунктов»: М., Стройиздат, 1983);
Для чугунных и других паровых котлов с температурой нагрева воды до 110 °С допускается карбонатная жесткость исходной воды не более 7 ммоль/л (то есть практически до наибольшего значения карбонатной жесткости природной воды, определяемого в лаборатории), содержание железа (Fe) - не более 0,3 мг/л. При этом обязательна установка шламоотделителя на продувочном трубопроводе парового котла;
Для водогрейных котлов с температурой нагрева воды до 95 °С в закрытой системе теплоснабжения допускается карбонатная жесткость исходной воды не более 7 ммоль/л, содержание железа (Fe) - не более 0,3 мг/л. При этом исходную воду можно не деаэрировать, если в ней содержание растворенного кислорода не более 3 мг/л и/или сумма значений хлоридов (Сl -) и сульфатов (SO4 2-) не более 50 мг/л. Часть циркулирующей воды (не менее 10 %) должна проходить через дополнительный магнитный аппарат для предотвращения «затухания» магнитного воздействия.
Для системы горячего водоснабжения с t нагрева воды до 70 0С должны выполняться все указанные выше условия (ограничения по жесткости воды, содержанию железа, деаэрация или другая противокоррозионная обработка воды), но, кроме того, нужно обеспечить напряженность магнитного поля не более 159.103 А/м (2000 Э). Другие условия для этой системы указаны в СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» и в СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».
Отсутствие общепризнанной теории магнитной обработки воды и, следовательно, отсутствие методики расчета параметров, разрушенная система нормативной базы (перевод нормативов в разряд рекомендуемых и добровольно принимаемых), существование десятков (!) производителей - всё это склоняет пользователей к случайному выбору аппаратов и приводит к положению, при котором в одинаковых, казалось бы, условиях эффект магнитной обработки воды различается.
У «классических» физиков вызывает недоумение и неприятие притязания инженеров объяснять эффективность магнитной обработки воды действием магнита на внутриатомные силы. Конечно, для внутриатомных сил магнитный импульс применяемых аппаратов - то же самое, что пушечный выстрел в океан в надежде его «взволновать»,
Можно предположить, что противоречие разрешается простым напоминанием: обработке воды подвергается не Н 2 О, а природная вода - срéды очень и очень разные.
Кроме того, недоверие вызывает существование так называемой «памяти воды», то есть сохраняющейся в течение довольно длительного времени (по разным оценкам: 12-190 ч) после «омагничивания» способности воды предотвращать или хотя бы замедлять накипеобразование.
Из известных гипотез магнитной обработки воды представляется наиболее обоснованной гипотеза, выдвинутая сотрудниками кафедры водоподготовки МЭИ (Технический университет) и развитая далее в Институте проблем нефти и газа РАН.
Основное положение гипотезы: магнитная обработка воды может быть эффективной только при наличии в воде ферромагнитных частиц (хотя бы в количестве более 0,1-0,2 мг/л). Вода должна быть пересыщена по ионам кальция и карбоната. Магнитный поток способствует дроблению агрегатов ферромагнитных частиц на фрагменты и отдельные частицы, «освобождению» их от водной оболочки, образованию газовых микропузырьков.
Ферромагнитные микрочастицы в многократно увеличенном количестве создают центры кристаллизации, и накипеобразующие элементы меньше осаждаются на теплонапряженной поверхности и больше - внутри водного потока. Газовые микропузырьки действуют как флотоагенты.
Конструкции магнитных аппаратов разнообразны.
Лучшая эффективность - у аппаратов, полюсы которых выполнены не из углеродистой стали, а из редкоземельных металлов, сохраняющих «магнитную силу» до температуры воды 200 °С и имеющих длительный эксплуатационный ресурс (за 10 лет магнитные свойства ослабевают лишь на 0,2-3,0 %).
Магнитное поле должно быть переменным. Поэтому магнитные аппараты состоят из четырех и более магнитов - так, чтобы положительные и отрицательные полюсы чередовались.
Магниты могут располагаться как внутри, так и снаружи трубы. При внутреннем расположении полюсов происходит накапливание частиц железа на полюсах (что вызывает необходимость разборки аппарата для очистки). При наружном расположении магнитов нужно учитывать зависимость магнитной проницаемости материала трубы.
При большом количестве железа в исходной воде (5-10 мг/л) и небольшом расходе воды, когда экономически нецелесообразно организовывать специальное обезжелезивание воды, можно предусматривать перед магнитным аппаратом намагниченную фильтр-сетку: будут задерживаться и ферромагнитные, и другие взвешенные частицы.
С учетом положений описанной выше «ферромагнитной» гипотезы «омагничивания» воды требуется в каждом случае внимательно рассматривать условия установки аппаратов. Требуется также критически относиться к приведенному выше нормативу по железу: не более 0,3 мг/л. Нужно установить нижний предел содержания железа в исходной воде и, может быть, повысить верхний предел.
Во время магнитной обработки образуется углекислота. Получающийся углекислый газ в системе горячего водоснабжения и в промышленных оборотных системах выводится через водопроводную арматуру и градирни. В закрытой системе с большим расходом воды необходимо устанавливать дегазаторы.
Получающиеся хлопья необходимо выводить из системы - через шламоотделители. При этом нужно учитывать, что центробежный циркуляционный насос должен устанавливаться после магнитного аппарата, чтобы хлопья не разрушались.
Электромагнитная (радиочастотная) обработка воды
Достоинством электромагнитной обработки является легкий монтаж: электрокабель просто наматывается на трубу (как правило, не менее шести витков). При подаче электротока в кабель образующиеся электромагнитные волны в природной воде изменяют структуру находящихся там веществ (прежде всего, как описано выше, ферромагнитных частиц). В результате накипеобразующие примеси кальция (в основном - карбонаты) меньше осаждаются на теплонапряженной поверхности.
Удобство такого способа обработки воды - возможность изменения воздействия на воду путём изменения подачи электроэнергии (мощности и силы тока).
Радиочастоты - один из классов электромагнитных волн - разделены в зависимости от частоты и длины волны на 12 диапазонов. Диапазон частот, используемых при описываемой обработке воды, - 1-10 кГц, то есть часть диапазонов инфранизких частот (0,3-3 кГц) и очень низких частот (3-30 кГц).
Как и магнитная обработка воды (на постоянных магнитах), электромагнитная применима только для воды сравнительно низких температур нагрева - не более 110-120 °С и там, где нет пристенного кипения воды. Следовательно, такая обработка не может применяться для паровых котлов, где температура нагрева воды более 110 °С. Возможно, потому, что мощность тепловых потоков через нагреваемые поверхности паровых и больших водогрейных котлов несопоставимо велика по сравнению с мощностью электромагнитного сигнала, препятствующего накипеобразованию.
Показательны во много раз отличающиеся оценки тепловых нагрузок поверхностей нагрева, при которых эффективна электромагнитная обработка воды. Разные фирмы указывают для своих аппаратов допустимые значения мощности тепловых потоков: от 25-50 до 175 кВт/м 2 . Но большинство фирм вообще не указывают это значение.
Физико-химические процессы радиочастотной обработки воды пока исследованы недостаточно, а добытые в исследованиях факты не получили удовлетворительной интерпретации. Как бы там ни было, претензии изготовителей аппаратов на возможность применения этого метода в широком диапазоне значений жесткости, минерализации и температуры воды, для разных котлов и теплообменников - не обоснованы.
Акустическая (ультразвуковая) обработка воды
Выше указывалось, что из-за отсутствия общепризнанных обоснованных расчетных методик выбора параметров магнитных и электромагнитных аппаратов воспроизводимость результатов обработки воды плохая. В этом отношении ультразвуковая обработка воды имеет преимущество: результаты всегда однозначные и воспроизводимые.
Ультразвуковая технология предотвращения образования отложений на теплообменной поверхности оборудования основана на ультразвуковом возбуждении механических колебаний в толще водного потока и/или в теплообменных стенках оборудования.
Пределы применения этой технологии, сообщаемые разными фирмами-изготовителями, очень различаются:
Жесткость исходной воды (преимущественно - карбонатной) - до 5-8 и более ммоль/л (верхний предел не найден);
Температура нагреваемой воды - до 80-190 °С (теплообменники и паровые котлы низкого давления - до 1,3 МПа).
Другие параметры работы, условия применения акустических аппаратов - см. «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ», 2009, № 1.
Известны сотни объектов, где успешно действуют ультразвуковые противонакипные аппараты. Но сложность определения места установки аппаратов на оборудовании требует руководства работами специалистов фирмы-производителя.
Электрохимические методы обработки воды
Есть несколько электрохимических методов и конструкций, позволяющих предотвращать образование отложений в оборудовании (в том числе - накипь в теплогенераторах и теплообменниках), улучшать, интенсифицировать процессы флотации, коагуляции, седиментации и др.
Конструкции разные, но суть заключается в том, что под влиянием электрического поля в воде инициируются процессы электролиза: соли жесткости, соединения железа, других металлов осаждаются на катодах, а на анодах образуются углекислый газ и углекислота. Образующиеся ионы также разрушающе действуют на бактерии и другие биологические примеси воды.
Расход электроэнергии зависит прежде всего от минерализации исходной воды и расстояния между электродами.
Подробно технология электрохимической обработки воды разных производителей описана: «Аква-Терм», 2003, № 2 и «Аква-Magazine», 2008, № 3.
Разработана и уже применяется электроплазменная технология очистки воды, но ее применение требует еще дополнительных исследований в реальных условиях объектов.
Другие методы обработки
Многочисленными исследованиями и уже большим опытом работы теплообменного оборудования установлено, что введение в воду некоторых веществ-комплексообразователей даёт возможность предотвращать накипеобразование.
Принципиально важно отметить, что количество вводимых комплексонов несравнимо меньше стехиометрического количества. Это обстоятельство позволяет нам характеризовать такой метод в качестве «не совсем химического» - здесь нет обмена электронами между атомами, как в «классической» химической реакции.
В этой технологии гарантированный успех достижим только при обязательном учете тепловых и гидродинамических условий работы оборудования. Необходим комплекс исследований на каждом объекте и непременный надзор квалифицированных специалистов за эксплуатацией оборудования.
Сообщения, публикации о реагентах и технологии, пределах применения этого способа обработки воды столь многочисленны, что описание его находится вне пределов данной статьи. Особенности этого способа необходимо осветить в отдельной статье.
.jpg)
Последнее замечание, безусловно, должно быть отнесено и к мембранному методу.
Все рассмотренные технологии водоподготовки, несмотря на различие в принципах и особенностях, обладают общими признаками: их энергетические мощности невелики. А мощности тепловых потоков очень сильно различаются. Может оказаться, что действие магнитных, электромагнитных, ультразвуковых импульсов, комплексонов будет недостаточно, и накипеобразующие вещества будут «успевать» осаждаться на теплообменной поверхности.
Также весьма различны скорости движения водных потоков.
Участившиеся в последние годы сообщения об авариях жаротрубных котлов - подтверждение, в частности, прямой зависимости накипеобразования от скорости водных и мощности тепловых потоков.
Современные жаротрубные котлы, в отличие от котлов производства 30-40-х гг. прошлого века, обладают хорошими показателями соотношения теплопроизводительности и габаритов, но сохранили конструктивные недостатки жаротрубных котлов: малые скорости потоков воды и наличие застойных зон.
" статьёй . Ранее, в статье "Экстрасенсорные и физические способы умягчения воды " мы уже столкнулись с похожей темой — магнитной обработкой воды. И определили, что магнитная обработка воды (если используется постоянное магнитное поле) рассчитана на определённый постоянный физико-химический состав воды, скорость её потока а также множество других показателей. И пришли к выводу, что постоянное магнитное поле не в состоянии компенсировать изменения данных параметров, и следовательно, постоянные магниты — не очень эффективное средство в большинстве случаев. Такие выводы пришли в голову не только нам, и примерно лет 20 назад стали развиваться альтернативные способы умягчения воды физическими способами.
Борьба с накипью ультразвуком и электромагнитными импульсами — это борьба с помощью физической обработки воды. В отличие от химических реагентных способов умягчения воды , описанных ранее, физические способы не предполагают использование каких бы то ни было реагентов. Мало того, введённые при обработке воды связывающие вещества (типа полифосфатов) наоборот, блокируют результаты работы приборов физической обработки воды. Итак, поговорим подробнее про современные способы физической обработки воды.
Основной принцип физической обработки воды
В том числе ультразвуком и электромагнитными импульсами состоит в том, что при обработке проявляется эффект кавитации.
Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну.
В результате этой самой кавитации в воде повышается вероятность столкновения ионов кальция и магния, за счёт чего образуются зародышевые центры кристаллизации. Данные центры являются энергетически более выгодными по сравнению с обычными местами образования накипи (стенками труб, нагревательными поверхностями), следовательно накипь начинает образовываться не где попало, а на созданных центрах кристаллизации — в обЪёме воды.
В результате накипь не образуется на стенках труб и нагревательных элементах. Чего и требовалось достичь. Подробнее про физическую обработку воды можно прочесть в статье "Физическая обработка воды. Как она работает? ". А пока что переходим к типам физической обработки воды.
Обработка воды ультразвуком.
Ультразвуковая технология выделяется в этом ряду тем, что обеспечивает одновременное воздействие на образование накипи несколькими различными механизмами. Так, при озвучивании воды ультразвуком достаточной интенсивности происходит разрушение, раскалывание образующихся в нагреваемой воде кристаллов солей жесткости. Это приводит к уменьшению размеров кристаллов и к увеличению центров кристаллизации в нагреваемой воде. В результате значительная часть кристаллов не достигает размеров, требуемых для осаждения, и процесс формирования накипи на теплообменной поверхности замедляется.
Следующим механизмом воздействия ультразвуковой технологии на образование накипи служит возбуждение высокочастотных колебаний на поверхности теплообмена. Распространяясь по всей поверхности теплообменного оборудования, ультразвуковые колебания препятствуют формированию на нем накипных отложений, отталкивают от теплообменной поверхности кристаллы солей и замедляют их осаждение. На рис. 2 приведен анимационный видеоролик, демонстрирующий этот процесс.
Изгибные колебания теплообменной поверхности разрушают так же уже сформированный слой накипи. Это разрушение сопровождается отслоением и откалыванием кусочков накипи. При значительной толщине слоя образованной ранее накипи относительно диаметра водопроводящих каналов существует опасность их засорения и закупорки. Поэтому одним из основных требований успешного применения ультразвуковой технологии является предварительная очистка теплообменных поверхностей от сформированного до установки ультразвуковых устройств слоя накипных отложений.
То есть, наблюдаются два эффекта от ультразвуковой обработки воды:
- препятствование образованию накипи и
- разрушение уже сформированного слоя накипи.
Электромагнитные импульсы против образования накипи.
Что делает безреагентный смягчитель воды с помощью электромагнитных импульсов? Всё очень просто. Он воздействует на воду следующим образом. В необработанной воде при нагревании обычно образуются кристаллы карбоната кальция (мела, известняка), форма которых похожа на репейник (лучи с колючками, расходящиеся в разные стороны).
Благодаря этой форме кристаллы соединяются между собой как крючки с застёжками и, соответственно, образуют сложно удаляемые известковые отложения - то есть накипь, в виде очень плотной, твёрдой корки.
Безреагентный cмягчитель воды Calmat естественным путём изменяет процесс кристаллизации солей жёсткости. Блок управления производит динамические электрические импульсы различных характеристик, которые передаются через провод-обмотку на трубе в воду. После обработки прибором известь (кристаллы карбоната кальция) образуются в форме палочек.
В форме палочек кристаллы карбоната больше не обладают способностью к образованию известковых отложений. Безвредные изветсковые палочки будут смываться водой в виде известковой пыли.
В процессе обработки воды с помощью электромагнитных импульсов выделяется небольшое количество углекислого газа, в воде образующего углекислоту. Углекислота - это естественное средство, встречающееся в природе и растворяющее известковые отложения. Освобождённая углекислота постепенно устраняет уже имеющиеся в трубопроводе известковые отложения, при этом бережно относясь к материалу труб. Также под воздействием углекислоты в очищенной трубе создаётся защищающий её тонкий слой-плёнка. Он препятствует возникновению обычной и язвенной коррозии в металлических трубах.
Итак, в отличие от обработки воды ультразвуком, мы имеем три эффекта от электромагнитных импульсов:
- препятствование образованию накипи,
- разрушение уже сформированного слоя накипи и
- образование защитного противокоррозионного слоя.
Конечно, помимо описанных теорий эффективности физических способов обработки воды существует множество других. Равно как существует и множество теорий неэффективности этих способов. Тем не менее, практика показывает, что ряд устройств таки справляется с поставленными задачами — препятствовать накипеобразованию.
Как их выявить? Как не купить фигню? Очень просто: требуйте у продавцов признаки, по которым вы в короткое время сможете определить, есть результат или нет. А также требуйте условий возврата, если эти признаки не проявятся.
Механизм воздействия на обрабатываемую воду имеет физический (безреагентный) характер. Кальций, гидрокарбонатные соли, в водном растворе существуют в форме положительно и отрицательно заряженных ионов. Из этого вытекает возможность эффективного воздействия на них с помощью электромагнитного поля. Если на трубопровод с протекающей жидкостью навивается катушка, и в ней наводится определенное динамическое электромагнитное поле, то происходит высвобождение ионов карбоната кальция, электростатически связанных с молекулами воды. Высвобожденные таким способом положительные и отрицательные ионы соединяются в результате взаимного притяжения, и в воде образуются арагонитовые кристаллы (высокодисперсная взвесь) не образующие накипи.
Скорость изменения полярности электромагнитного поля при этом должна быть такой, чтобы за время протекания определенного объема жидкости в ней были бы разрушены все связи ионов с молекулами воды. Этот процесс предъявляет определенные требования к напряженности поля, которая должна быть такой, чтобы происходило разрушение связей между молекулами воды и ионами кальция, но не превышать значение, при котором происходит обратное разрушение кристаллов арагонита. Требуемая напряженность поля также зависит от скорости движения жидкости, т.е. расхода воды в трубопроводе.
Так как побочным продуктом при образовании арагонитовых кристаллов является углекислый газ, то вода, обработанная таким способом, имеет свойства дождевой воды, т.е. способна растворять в трубопроводе существующие твердые карбонатные отложения.
Под действием электромагнитного поля в воде возникает также определенное количество перекиси водорода. Перекись при контакте с растворенным в воде железом и со стальной поверхностью внутри трубопровода образует на ней химически стабильную пленку Fe3О4, которая предохраняет поверхность от коррозии. Перекись водорода оказывает также существенное антисептическое и антибактериальное действие – она уничтожает около 99% водных бактерий.
Образовавшиеся молекулы перекиси водорода, однако, имеют очень короткий жизненный цикл и быстро конвертируются в форму кислорода и водорода. Поэтому обработанная таким способом питьевая вода не оказывает никаких вредных побочных эффектов на здоровье человека.
Баксаков А.П., Щелоков Я.М. Качество воды в системах отопления и ГВС.
Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001, 34с.
Подробная информация www.gerutec.ru