Проблемы накипи и энергосбережение

В. В. Банников, канд. техн. наук
Директор предприятия «Экосервис Технохим»
(www.etch.ru)

Проблема образования водной накипи является общей для большинства областей техники. Практически нет ни одной отрасли промышленности, теплоэнергетики или объектов жилищно-коммунального хозяйства, которые бы не были с ней связаны. Отложения солей жесткости (соли кальция и магния) на поверхности нагревательного, теплообменного и технологического оборудования, внутри трубопроводов, повышают энергетические затраты, снижают ресурс работы оборудования, требуют значительных эксплуатационных расходов. С другой стороны, повышение энергетических затрат неразрывно связано с неизбежным увеличением вредных выбросов в окружающую среду, как в процессе производства, так и при использовании энергоносителей.

Процессы образования накипи и инкрустаций связаны с наличием в природной воде, в том числе и в пресной, больших количеств растворенных солей кальция и магния.

Основными примесями речных вод, содержащих 500-600 мг/л растворенных солей, являются ионы кальция, магния, натрия, бикарбонатов, сульфатов и хлоридов. Маломинерализованные речные воды содержат преимущественно ионы кальция и магния.

Солесодержание подземных вод зависит от условий залегания подземного горизонта и меняется от 100-200 мг/л до нескольких граммов на литр. В пресных водах артезианских скважин преобладают ионы Са²⁺ и НСО₃^-. В маломинерализованных водах больше всего содержится ионов Са²⁺. Суммарная концентрация катионов кальция и магния, выраженная в мг-экв/л, определяет жесткость воды.

Общую жесткость воды определяют также как сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием солей гидрокарбонатов кальция и магния и устраняется при кипячении воды. При нагревании воды гидрокарбонаты распадаются с образованием нестойкой угольной кислоты и нерастворимых осадков карбоната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная жесткость связана с присутствием в воде кальция и магния в виде солей серной, соляной и азотной кислот и при кипячении не устраняется [1].

Жесткая вода непригодна для систем оборотного водоснабжения, для питания паровых и водогрейных котлов, а также практически для всех видов теплообменного оборудования. Отложения солей жесткости приводят к значительному увеличению тепловой энергии на нагрев и к эквивалентному увеличению затрат на расход топлива. Также они отрицательно сказываются на теплообменных и гидравлических характеристиках, выводится из строя насосное, запорное и регулировочное оборудование, ускоряются коррозионные процессы и увеличиваются затраты на перекачивание.

На рис. 1 приведены данные по потерям тепловой энергии в зависимости от толщины слоя отложений солей жесткости (по материалам компании «Lifescience Products LTD», Великобритания). Слой в 3 мм поглощает 25% тепловой энергии, а если на стенках котла или бойлера наросло 13 мм, то «теряется» уже 70% тепла. Отложения толщиной 10 мм формируются менее чем за один год.

Рис. 1. Потери тепловой энергии при теплопередаче через греющую поверхность (по данным фирмы «Lifescience», Великобритания)

Если взглянуть на проблему накипи с точки зрения перерасхода топлива при эксплуатации теплоэнергетического оборудования, то картина очень схожая (рис. 2).

Рис. 2. Перерасход топлива в зависимости от толщины слоя накипи на поверхности нагрева [2].

Слой накипи толщиной 5 мм приводят к перерасходу топлива до 30%, а отложения толщиной 10 мм - повышают его расход в два раза.

Специалисты НИИ высоких напряжений рассматривают еще один важный аспект вредного влияния накипи - повышение рабочей температуры стенки водогрейной (дымогарной или жаровой) трубы [2]. Для примера на рис. 3 приведена зависимость температуры стенки водогрейной экранной трубы, размещенной в топочном пространстве (температура 1100 °С), от толщины слоя накипи. Данные представлены для различных величин теплопроводности накипи.

Увеличение слоя накипи на поверхности нагрева котла со стороны воды существенно повышает температуру стенки водогрейных труб. В свою очередь, повышение температуры приводит к снижению, как предела прочности металла, так и предела его текучести. При этом образуются свищи, и происходит разрыв труб.

Рис. 3. Влияние толщины слоя накипи и ее теплопроводности на температуру стенки трубы [2].

В соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Однако ряд производств устанавливает гораздо более жесткие требования к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,01-0,05 мг-экв/л и ниже). В справочнике [3] приведены ориентировочные требования по общей жесткости (мг-экв/л) питательной воды для котлов различных типов:

• жаротрубные (5-15 ати) - 0,35;
• водотрубные (15-25 ати) - 0,15;
• высокого давления (50-100 ати) - 0,035;
• барабанные (100-185 ати) - 0,005.

Для удаления солей жесткости из воды наиболее распространен химический метод ионного обмена ионов кальция и магния на натрий или калий, которые не образуют осадков своих солей при нагревании. Этот метод реализуется в аппаратах-умягчителях с катионообменнаой смолой, которую периодически нужно регенерировать раствором поваренной соли. Однако традиционная технология экологически небезупречна и имеет известные существенные недостатки. Отметим некоторые из них:

• использование поваренной соли для регенерации смолы создает проблемы для окружающей среды, необходима утилизация промывных вод с высоким содержанием солей;
• расход соли достаточно значителен - примерно один килограмм соли на каждую тонну умягченной воды (в итоге этот килограмм поступает в почву или в грунт, в реку или в озеро);
• из-за необходимости регенерации смолы солью расходы воды на последующую промывку могут составить 10-20% от количества полученной умягченной воды;
• из питьевой воды выводятся соли кальция ниже требуемых для нашего организма норм, при этом вода обогащается натрием, далеко не полезным для здоровья;
• ограничен ресурс работы ионообменных смол.

Воду умягчают также с помощью мембранных фильтров, которые фактически ее обессоливают. Этот метод менее распространен из-за высокой стоимости мембран и ограниченного ресурса их работы.

Существуют и другие методы умягчения: термические, реагентные, диализные и комбинированные. Выбор метода умягчения воды определяется ее химическим составом, требуемой степенью умягчения и технико-экономическими показателями.

Указанные недостатки определяют интерес к альтернативным методам борьбы с образованием накипи. В нашей стране и за рубежом все большее распространение получают устройства для магнитной и электромагнитной обработки воды. Благодаря простоте и универсальности многие фирмы считают этот метод обработки воды технологией 21 века. Данное высказывание можно подтвердить многообразием устройств для электромагнитной обработки воды, которые были представлены на последней всемирной выставке водных технологий «Aquatech» (Амстердам, 2004 г.).

Магнитная обработка воды

В последние десятилетия в России и за рубежом для борьбы с образованием накипи и инкрустаций применяют магнитную обработку воды. Ее широко используют в конденсаторах паровых турбин, в парогенераторах низкого давления и малой производительности, в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения, в различных теплообменных аппаратах. В сравнении с распространенными методами умягчения воды магнитную обработку отличают простота, дешевизна, безопасность, экологичность, низкие эксплутационные расходы.

Первый патент на аппарат магнитной обработки воды был выдан бельгийскому инженеру Т. Вермейрену в 1946 г. Еще в 1936 г. он обнаружил, что при нагреве воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на поверхности теплообмена накипь не образуется [4].

Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен, но имеется ряд гипотез. Специалистами МЭИ и МГСУ выполнен большой объем работ по изучению влияния магнитного поля на процессы образования накипи, разработаны аппараты для магнитной обработки воды, сформулированы технические требования и условия их использования для практических целей.

Современные воззрения объясняют механизм воздействия магнитного поля на воду и ее примеси поляризационными явлениями и деформацией ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются и образуют кристаллическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоидные примеси воды, по другой - изменяется структура воды. При наложении магнитного поля в массе воды формируются центры кристаллизации, вследствие чего выделение нерастворимых солей жесткости происходит не на теплопередающей поверхности (нагрева или охлаждения), а в объеме воды. Таким образом, вместо твердой накипи в воде появляется мигрирующий тонкодисперсный шлам, который легко удаляется с поверхности теплообменников и трубопроводов. В аппаратах магнитной обработки вода должна двигаться перпендикулярно магнитным силовым линиям.

Очень интересное объяснение механизма магнитной обработки воды предлагает В.А. Присяжнюк в своей работе [4]. Известно, что карбонат кальция может кристаллизоваться в двух модификациях (кальцит или арагонит), при этом основной солью, осаждающейся на теплообменном оборудовании, является карбонат в форме кальцита. Магнитная обработка «заставляет» карбонат кальция кристаллизоваться в виде арагонита, у которого ниже адгезия (прилипание) к материалу теплообменной поверхности, а также ниже силы когезии (слипания) кристаллов между собой. Для объяснения данного явления автор [4] использует теорию магнито-гидродинамического (МГД) резонанса. При пересечении жидкостью магнитных силовых линий создается сила Лоренца, которая и вызывает структурную перестройку карбоната (изменение энтропии вещества) при ее попадании в резонанс с собственными колебаниями частиц вещества (молекулами, ионами, радикалами).

В настоящее время в России выпускают два типа аппаратов для магнитной обработки воды - с постоянными магнитами и электромагнитами. Время пребывания воды в аппарате определяется ее скоростью в пределах 1-3 м/с.

Условия использования аппаратов для магнитной обработки воды приведены в справочнике [2]:

• подогрев воды должен осуществляться до температуры не выше 95 °С;
• карбонатная жесткость должна быть не выше 9 мг-экв/л;
• содержание растворенного кислорода должно быть не более 3 мг/л, а сумма хлоридов и сульфатов - не более 50 мг/л;
• содержание двухвалентного железа в артезианской воде допускается не больше 0,3 мг/л.

Для определения противонакипного эффекта Э, % используется следующее выражение:

Э = (m_н - m_м) * 100/ m_н, (1)

где - m_н и m_м - масса накипи, образовавшейся на поверхности нагрева при кипячении в одинаковых условиях одного и того же количества воды с одинаковым исходным химическим составом, соответственно необработанной и обработанной магнитным полем, г.

Несмотря на все достоинства аппаратов для магнитной обработки воды, на практике эффект обработки зачастую проявлялся только в первый период эксплуатации, затем результат пропадал. Появился даже термин - эффект «привыкания» воды. Свои свойства омагниченная вода сохраняет меньше суток. Это явление потери магнитных свойств называется релаксацией. Поэтому в тепловых сетях кроме омагничивания подпиточной воды необходимо обрабатывать воду, циркулирующую в системе путем создания так называемого антирелаксационного контура, при помощи которого обрабатывается вся вода, циркулирующая в системе [2].

Электромагнитное воздействие
с переменной частотой

В конце прошлого тысячелетия появились зарубежные и отечественные аппараты для обработки воды электромагнитными волнами в диапазоне звуковых частот, которые имеют существенные преимущества перед аппаратами для магнитной обработки воды. Их отличает небольшие габариты, простота монтажа и обслуживания, экологическая безопасность, низкие эксплутационные расходы. Значительно расширен диапазон условий их применения, в первую очередь для воды с высокой жесткостью, отсутствуют высокие требования по общему содержанию солей, устранен эффект «привыкания» воды. Кроме того, обработанная питьевая вода сохраняет кальций и магний, которые необходимы нашему организму для опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной систем. Т.е. устройства данного типа можно использовать не только для защиты теплообменного оборудования, систем горячего водоснабжения и пр., но и для систем водоочистки и коммуникаций питьевой воды. Еще одно преимущество этих аппаратов - разрушение сформировавшихся ранее отложений солей жесткости в течение 1-3 месяцев.

В России используются поставляемые из-за рубежа аппараты «Water King» (фирма «Lifescience Products LTD», Великобритания), «Aqua» (фирма «Trebema», Швеция), а также выпускаются аппараты отечественного производства серии «Термит» (предприятие «Экосервис Технохим») [5].

Электронный преобразователь солей жесткости «Термит» - прибор настенного типа, выпускается нескольких модификациях. «Термит» включает микропроцессор, который управляет изменением характеристик электромагнитных волн, генерируемых прибором в диапазоне 1 - 20 кГц. Генерируемые сигналы передаются по проводам - излучателям, которые наматываются на трубопровод. При этом сигналы распространяются в обе стороны трубопровода. С помощью проводов - излучателей поток излучения концентрируется в объеме воды, протекающей в трубопроводе.

Передаваемые электромагнитные волны изменяют структуру солей жесткости с образованием хрупкой арагонитной формы карбоната кальция. При этом прочная смесь аморфных отложений солей жесткости не образуется, а сформировавшиеся ранее отложения разрушаются и уносятся с потоком воды.

Вода при обработке не меняет солевой состав, что сохраняет ее качества питьевой воды без потерь необходимых химических элементов.

Приборы «Термит» выпускаются в соответствии с ТУ 6349-001-49960728-2000 и имеет всю необходимую разрешительную документацию.

Прибор отмечен Дипломами 1 степени ВВЦ и Министерства промышленности, науки и технологий РФ, Золотой медалью ВВЦ и Серебряной медалью Министерства промышленности.

Таблица 1

Технические характеристики приборов «Термит»

Модификация	«Термит»	«Термит-М»
Максимальный диаметр трубопровода, мм	60	250
Напряжение переменного тока 50 Гц, В	220 + 22
Потребляемая мощность, Вт	до 2	до 5
Температура помещения, °С	0 - 60
Влажность, %	не более 80
Максимальная температура трубопровода, °С	70 (115 при необходимости)
Габаритные размеры корпуса, мм	180х45х135	200х75х145
Масса, кг	0,8	1,2

По мнению специалистов шведской фирмы «Trebema» под действием электромагнитных волн в диапазоне звуковой частоты бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объеме воды. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением:

Ca(HCO₃)₂ <=> CaCO₃ + H₂CO₃ (1)

Нестойкая угольная кислота электролитически диссоциирует. Она также склонна к образованию углекислого газа:

CO₂ + H₂O <=> H₂CO₃ <=> H⁺ + HCO₃^- (2)

Угольная кислота разрушает старые известковые осадки в трубах, водонагревателях и др. Избыток угольной кислоты смещает равновесие реакции (1) влево, т.е. приводит к повторному образованию бикарбоната кальция. На практике это означает, что в обработанной воде через несколько суток вновь образуется бикарбонат кальция (вода «теряет» свои свойства после электромагнитного воздействия).

Шведскими специалистами опытным путем установлено:

1. Небольшое уменьшение величины рН воды за счет ее подкисления угольной кислотой. Однако это уменьшение настолько мало, что не увеличивает риск коррозии.

2. Изменение электропроводности воды из-за уменьшения величины рН.

3. Уменьшение поверхностного натяжения и капиллярности (требуется меньше моющих средств).

Экспериментальная проверка

В Институте физической химии РАН проведена опытная проверка в сопоставимых условиях эффективности работы преобразователей солей жесткости «Термит» (два образца) и прибора «WK-3» фирмы «Lifescience», Великобритания.

Испытания проводили по следующей экспресс-методике. Искусственно приготовленный раствор в объеме 2 л с общей жесткостью 21,9 мг-экв/л (примерно в 7,5 раз выше жесткости воды р. Москва и в 2,4 раза выше величины допустимой жесткости для систем с магнитной обработкой) и значением рН 7,5-7,8 пропускали в режиме непрерывной циркуляции. Последнюю осуществляли последовательно через стеклянную промежуточную емкость, стальную трубу и фторопластовую цилиндрическую ячейку.

Отложение солей жесткости происходило на алюминиевом диске, помещенном на дне фторопластовой ячейки.

Температуру циркулирующего раствора поддерживали на уровне 85+5 °С. Время циркуляции раствора в каждом опыте - 2,5 часа.

После окончания циркуляции диск вынимали из ячейки, промывали и высушивали на воздухе при 100 °С до постоянного веса. По разнице веса диска до и после эксперимента определяли количество осадка на нем солей жесткости. По выражению (1) находили противонакипной эффект. С каждым прибором проводили два параллельных опыта.

Результаты испытаний электронных преобразователей солей жесткости в водных растворах различных модификаций и контрольных опытов (без обработки воды) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты испытаний приборов различных модификаций

Тип прибора	Количество отложений солей жесткости на диске, мг			Противонакипной эффект, %
	1 опыт	2 опыт	Среднее значение
Контроль (без обработки воды)	850	740	795	-
Water King - 3	550	570	560	30
Термит (1 образец)	600	610	605	24
Термит (2 образец)	610	540	575	28

Приведенные в таблице 2 данные показывают, что электромагнитное воздействие на воду с высокой жесткостью даже в течение короткого времени позволяет снизить количество отложений солей жесткости, образующихся на стенках, на 24-30%. При этом эффективность всех исследованных аппаратов в одних и тех же условиях (уровень жесткости, температура, диаметр и длина стальной трубы) примерно одинакова. Следует отметить, что в опытах вода из цикла не отводилась, поэтому угольная кислота, накапливающаяся в цикле, в соответствие с химической реакцией (1) приводила к стационарному состоянию системы карбонат (осадок на диске) - карбонат (нерастворенные частицы в объеме воды) - бикарбонат. При отводе воды из цикла (как в основном и бывает на практике) равновесие реакции (1) сдвигается вправо, т.е. противонакипной эффект должен увеличиваться.

Впоследствии предприятием «Экосервис Технохим» совместно с Институтом теоретической и прикладной электродинамики РАН (Рыжиков И.А. и сотрудники) были продолжены исследования по влиянию работы прибора «Термит» на процесс образования накипи для проточных водных систем при различных температурах.

Все эксперименты проводились с использованием воды из городской сети (г. Москва, Северный округ). Вода имела следующий состав:

• жесткость общая - 2,9-3,1 мг-экв/л, в том числе карбонатная - 2 мг-экв/л;
• свободная углекислота СО₂ - 4,4 мг/л;
• общая минерализация - 170-200 мг/л;
• железо - 0,14-0,18 мг/л;
• окисляемость - 7,2 мг О₂/л;
• соотношение содержания кальция и магния - 4/1 мг/мг;
• величина рН - 7,25-7,3.

В соответствии со СНиП [6, 7] расчет индекса насыщения данной воды карбонатом кальция (стабильность воды) показывает величину J = 0,15. Это означает, что вода способна к отложению карбоната кальция. СНиП [7] допускает в данном случае использовать магнитный способ для противонакипной обработки воды.

Опытная установка включала проточную ячейку в виде кварцевого сосуда с тубусом, в который помещались исследуемые образцы из оцинкованной стали. Температура в зоне образцов поддерживалась с точностью + 2 ^оС. Вода в ячейку поступала из водопроводной сети с предварительным подогревом. На питающий трубопровод установлены обмотки проводов-излучателей прибора «Термит». Время осаждения накипи на образцах составляло до 8 часов.

Экспериментальные данные показали, что наибольший противонакипной эффект наблюдается при интенсивном кипении воды в зоне размещения образцов. При включении в работу прибора «Термит» привес массы накипи на образцах составил величину в 8-12 раз меньшую, чем привес накипи на тех же образцах без обработки воды.

При уменьшении температуры воды (примерно 98 °С - на грани кипения) относительная разница в привесе накипи понизилась до 3-5 раз. И, наконец, при температуре воды примерно 70 ^оС относительная разница в привесе незначительна.

Полученные результаты можно объяснить значительным влиянием на процесс накипеобразования содержания в воде углекислоты. При кипении воды парциальное давление углекислого газа в воде существенно уменьшается [8], равновесие реакции (1) сдвинуто влево. Бикарбонат натрия интенсивно распадается на ионы карбонатов, углекислый газ и воду:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + СО₂↑ (3)

Интенсивное удаление углекислого газа при кипении воды «облегчает» работу прибора «Термит» с точки зрения более интенсивного образования осадка нерастворимого карбоната кальция Ca CO₃ в объеме воды, а не на поверхности образцов. При понижении температуры воды удаление углекислого газа менее интенсивно, соответственно и снижается противонакипной эффект.

Параллельно изучалось также изменение структуры осадка солей жесткости. В экспериментах на стальные оцинкованные образцы предварительно осаждали соли жесткости из потока воды. Далее образцы помещали в поток воды, обработанной с помощью прибора «Термит».

Исследования структуры образцов проводились с помощью атомно-силового микроскопа при увеличении *10000. Полученные результаты представлены на рис. 4 и 5. Из графиков видно, что без обработки воды осадок имеет плотную аморфную структуру. При включении прибора «Термит» (5 часов работы) проявляется гранулярная структура осадка, что свидетельствует о его размягчении и расслаивании. Почти в 2 раза уменьшилась и высота отложений.

Рис. 4. Водный осадок солей жесткости на стальной подложке (вода без обработки).

Рис. Рис. 5. Водный осадок солей жесткости через 5 часов работы прибора «Термит».

Рекомендации по установке и эксплуатации. Опыт практического использования.

При подборе типа прибора электромагнитной обработки воды в диапазоне звуковых частот (по диаметру трубопровода) и оптимального режима его эксплуатации следует руководствоваться эмпирическими зависимостями (2) и (3).

Для прямоточных систем водоснабжения должно выполняться следующее условие:

Q ≤ (0,005 ÷ 0,010) d² (2)

где Q - расход воды, м³/час, d - внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для системы с циркуляционным контуром:

Qрасх. / Qцирк. ≤ 0,8 (3)

где Qрасх. - количество воды, отбираемой из системы на потребление, м³/час, Qцирк. - объемный расход воды, циркулирующий в системе, м³/час.

Далее более подробно остановимся на опыте эксплуатации приборов «Термит» в различных отраслях промышленности и на результатах их работы, полученных непосредственно производственниками. Без сомнения читатель представляет, что последних не проведешь на «рекламной мякине» и на необоснованных декларациях.

По нашему мнению это также актуально в связи с имеющимися публикациями. За последние десятилетия в технической литературе накопилось большое число противоречивых мнений об эффективности применения устройств для магнитной и электромагнитной обработки воды. Нельзя не согласиться с автором работы [10], который признает их совершенно обоснованными. Присяжнюк В.А. разделил эти мнения на четыре условные группы:

• применение подобных устройств чрезвычайно эффективно и экономически оправдано;
• аппараты в первый период эксплуатации работают хорошо, но со временем противонакипный эффект исчезает;
• эффект при использовании данных устройств невоспроизводим, результат от их применения, то наблюдается, то исчезает;
• подобные аппараты совершенно бесполезная вещь.

Автору данной статьи также неоднократно приходилось сталкиваться со скептическим отношением к методу электромагнитной обработки воды даже со стороны коллег - специалистов в области очистки воды.

Самое главным и тонким моментом для обеспечения эффективной работы противонакипных устройств является их точная настройка [10] и соблюдение нижеследующих условий.

Первое и, по-видимому, главное обстоятельство - электромагнитная обработка эффективна, только если жесткость воды карбонатная! (устранима при кипячении).

Противонакипной эффект будет увеличиваться (это нужно учитывать при установке устройства):

• с повышением температуры обрабатываемой воды вплоть до температуры кипения,
• при более высоком содержании ионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺),
• с понижением содержания в воде углекислоты,
• с повышением щелочности воды,
• при уменьшении общей минерализации.
• при увеличении степени турбулентности потока воды.

Прибор «Термит» нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Соблюдение вышеперечисленных условий как раз и позволило получить положительные результаты при использовании приборов «Термит» в условиях совершенно различных производств при эксплуатации совершенно разного оборудования. Последнее обстоятельство также иллюстрирует универсальность метода электромагнитной обработки воды.

Система горячего водоснабжения города (центральный тепловой пункт-ЦТП), г. Радужный, Владимирской области.

Кожухотрубные водоводяные подогреватели в системе горячего водоснабжения г. Радужного подвержены интенсивному обрастанию солями жесткости, что снижает эффективность их работы и требует значительных эксплуатационных расходов. Это обусловлено высоким содержанием кальция (5,0 мг-экв/л) и магния (4,5 мг-экв/л) в исходной холодной воде.

На входной трубопровод холодной воды Ду = 159 мм кожухотрубного водоводяного подогревателя типа 16 ОСТ 34.488-68 установили прибор «Термит-М». До включения прибора в работу внутренняя поверхность подогревателя уже имела незначительный слой накипи. В течение 3-х месяцев эксплуатации прибора при постоянной температуре греющей воды 70 ^оС температура готовой горячей воды составляла 55-60 ^оС.

Эффект действия прибора фиксировался по изменению теплосъема и оценивался визуально после вскрытия подогревателя. Теплосъем увеличился в среднем на 2-3 ^оС.

При вскрытии подогревателя отмечено, что на теплообменной поверхности водогрейных трубок видна тонкая и очень рыхлая пленка, которая при механическом воздействии легко удаляется.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в процессе работы подогревателя с прибором «Термит-М» рыхлый осадок как старой, так и вновь образующейся накипи, уносился с потоком воды.

Система горячего водоснабжения (ГВС), многоквартирный жилой дом, обслуживаемый ГУП «Мосгортепло», г. Москва.

На вводной трубопровод холодной воды непосредственно перед входом в бойлеры системы ГВС были установлены два прибора «Термит-М». Перед началом работы приборов отмечено наличие отложений солей жесткости толщиной 1,5-2 мм внутри теплообменных трубок бойлеров.

После двухмесячной эксплуатации было произведено вскрытие бойлеров. В результате визуального осмотра установлено отсутствие накипи внутри теплообменных трубок. Затраты на энергоносители снижены на 15%.

Исходное состояние

Через два месяца работы прибора

Автономные газовые теплогенераторы модульного типа для децентрализованного теплоснабжения «Гейзер» производства НП ЗАО «Теплогаз», г. Владимир.

На модульные теплогенераторы мощностью 240-600 кВт устанавливали приборы «Термит», а на установки мощностью 600-1200 кВт - приборы «Термит-М».

При эксплуатации установок «Гейзер» мощностью от 240 до 1200 кВт (площадь отапливаемых помещений от 3000 до 15000 м² соответственно), снабженных прибором «Термит», в течение двух лет отмечено следующее:

• периодический осмотр теплообменных поверхностей (трубок) теплогенераторов показывает, что образующаяся накипь имеет пористую, легко удаляемую структуру, при этом теплопроводность практически не уменьшается;
• до применения приборов накипь имела твердую, трудноудаляемую с поверхности структуру, что приводило к быстрому зарастанию трубок;
• расходы природного газа на нагрев уменьшены на 10-15 %;
• не было остановок работы теплогенераторов из-за образовавшейся накипи.

Воздушный компрессор производства московского завода «Борец», г. Владимир, Химический завод.

На трубопроводе диаметром 50 мм для подачи артезианской воды с целью охлаждения воздушного компрессора 2ВМ4-24/9С и концевого холодильника ХРК 9/8 установлен прибор «Термит». После эксплуатации компрессора в течение трех месяцев отмечено:

• на поверхности водяных «рубашек» компрессора и концевого холодильника отложений солей жесткости при осмотре не наблюдалось;
• в полостях водяных «рубашек» компрессора обнаружены жесткие отслоения в виде ржавых пластин, которые образовались в результате разрушения слоя накипи на поверхности «рубашек» под воздействием работы прибора «Термит»;
• химический анализ воды как артезианской, так и на сливе воды из охлаждаемого оборудования, показывает практически одинаковый химический состав (общая жесткость, щелочность, хлориды, железо, сульфаты, марганец).

Холодильная установка мясоперерабатывающего комбината, г. Пенза.

Провода-излучатели прибора «Термит-М» были установлены на входной трубопровод диаметром 250 мм перед его разветвлением на два подводящих трубопровода соответственно к двум пластинчатым теплообменникам МК-15. Последние функционируют в системе конденсаторного узла аммиачной холодильной установки.

Вода из скважины, поступающая в теплообменники, имела следующий химический состав:

• железо общее - 0,35 мг/л,
• жесткость общая - 7,7 мг-экв/л,
• pН - 7,19,
• солесодержание - 488,7 мг/л,
• хлориды (Cl- ) - 205 мг/л,
• окисляемость - 28,4 мг/л.

При указанной жесткости исходной воды процесс эксплуатация теплообменников МК-15 существенно осложнен из-за быстрого зарастания межпластинчатого пространства солями жесткости. Требуется разбирать теплообменники и прочищать их с использованием химических реактивов.

За время эксплуатации преобразователя «Термит-М» в течение 1,5 месяцев отмечено некоторое накопление твердого осадка солей жесткости между пластинами теплообменников. Данное обстоятельство очевидно связано с размягчением и разрыхлением старых сформировавшихся осадков солей жесткости с поверхности трубопроводов и теплообменников.

По прошествии трех месяцев испытаний, после вскрытия теплообменников на поверхности пластин наблюдался незначительный, легко удаляемый осадок коричневатого цвета. Цвет осадка, по-видимому, связан с внедрением в его структуру окисленных ионов железа (Fe³⁺) и продуктов коррозии. Трудноудаляемых, плотных осадков накипи на поверхности пластин не обнаружено. Это свидетельствует о том, что под воздействием электромагнитной обработки в диапазоне звуковых частот соли жесткости преобразуются в такое состояние, что они либо не высаживаются на теплообменной поверхности, либо высаживаются частично в виде осадка гранулярной структуры, который легко удаляется потоком воды.

Теплообменная аппаратура спиртового производства, г. Мценск.

Два прибора серии «Термит» были смонтированы на линии подачи охлаждающей воды в пластинчатые теплообменники для снижения температуры сусла с 110 до 60 ^оС. За время эксплуатации в течение полутора лет удалось увеличить время между чистками теплообменников в 4-6 раз.

Прибор «Термит-М» в течение такого же времени эксплуатировался на линии водопровода, питающей дефлегматоры и конденсаторы брагоректификационной установки. Температура воды на выходе из установки составляла около 78 ^оС. После установки прибора интервал времени между чистками аппаратуры увеличился более чем в 5 раз. Оразующийся осадок солей жесткости имеет более рыхлую структуру. Отмечено также растворение ранее существовавшей накипи.

Стеклоформующие машины, стекольный завод, г. Гусь-Хрустальный.

В системе оборотного водоснабжения для охлаждения технологического оборудования стеклоформующих машин фирмы «Walter» были установлены четыре прибора «Термит». За годовой период эксплуатации отмечено резкое снижение скорости зарастания теплообменных трубок солями жесткости. Устранена твердая структура накипи, благодаря чему существенно улучшен режим охлаждения оборудования.

Электродиализная установка для получения деионизованной воды, г. Подольск.

Прибор «Термит» установлен на линии подачи воды в электродиализный аппарат ДВС-800М в цехе химико-металлургического завода.

Содержание солей жесткости в исходной воде изменялось в пределах 5-10 мг-экв/л. В результате работы электродиализатора содержание солей в концентрате увеличивается и соответствует соотношению концентрат-фильтрат. Удельная электропроводность очищенной воды (фильтрата) составляла 3,3 мкСм/см.

После установки прибора «Термит» удельная электропроводность фильтрата уменьшалась до 2-3 мкСм/см. В течение трех месяцев эксплуатации электродиализатора с прибором «Термит» удельная электропроводность очищенной воды поддерживалась на уровне 2,5 мкСм/см, т.е. качество очищенной воды по содержанию примесей улучшилось примерно на 24 %.

Таким образом, можно сделать вывод, что работа прибора способствует более активному переходу примесей из исходной воды в концентрат.

Далее вполне естественно привести примеры экономической эффективности от использования приборов «Термит»:

• ГУП «Мосгортепло» - установлены два прибора «Термит М-120» для защиты бойлеров системы горячего водоснабжения. Ежегодная экономия затрат по теплосети - 552 тысячи рублей.

  

• ЗАО «Спецремонт» (ОАО «Российские железные дороги») - для защиты бойлеров отопления, горячего водоснабжения и вентиляции установлены приборы «Термит М-120» и «Термит М-250». Ежегодные затраты по теплосети сокращены на сумму 1050 тысяч рублей.

  

• «Пивоваренная компания «Балтика - Ростов» - для защиты компрессорного оборудования установлен прибор «Термит М-120». Экономия ежегодных затрат на электроэнергию - 860 тысяч рублей.
• ЗАО «Брынцалов - А» - установлен прибор «Термит М-120» для защиты газового котла. Ежегодные затраты на природный газ сокращены на 255 тысяч рублей.

   

  В заключение можно отметить, что приборы «Термит» успешно работают более чем на двух тысячах объектах. Они используются для защиты и очистки от отложений солей жесткости следующих систем и оборудования:

  • водопроводные коммуникации, системы центрального отопления;
  • водонагревательное и отопительное оборудование - котлы, бойлеры, парогенераторы, радиаторы;
  • оборудование для очистки и подготовки воды, в том числе питьевой;
  • форсунки и распылительные устройства;
  • электролизеры, электродиализные установки;
  • системы кондиционирования воздуха;
  • системы охлаждения с циркуляционной водой;
  • санитарно-техническое оборудование: гидромассажные ванны, раковины, душевые;
  • бытовая техника - стиральные и посудомоечные машины; кухонное оборудование.

  Литература

  1. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. М.: издательство МГУ, 1996. 680 с.

  2. Интернет-сайт НИИ Высоких напряжений при Томском политехническом университете. www.impulse.ru/volna, июль 2004 г.

  3. Лифщиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. М.: Энергия, 1976. 288 с.

  4. Присяжнюк В.А. Физико-химические основы предотвращения кристаллизации солей на теплообменных поверхностях. Журнал «Сантехника, отопление, кондиционирование», № 10, 2003 г., с. 26-30.

  5. Рэт Д. Теория накипи или практика магнетизма, журнал «Мир новосела», №1, 2002 г., с. 92-98.

  6. Строительные Нормы и Правила 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

  7. Строительные Нормы и Правила 2.04.07-86* «Тепловые сети. Схемы тепловых сетей, системы теплоснабжения».

  8. Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Коврянов А.Н. и др. Влияние покрытий на интенсивность процессов солеотложения. Институт химии Дальневосточной РАН. Электронный журнал «Исследовано в России», 2003 г.

  9. Патент РФ № 2174960 от 20.10.01 г. «Устройство для обработки воды».

  10. Присяжнюк В.А. Водоподготовка и очистка воды: принципы, технологические приемы, опыт эксплуатации. Журнал «Сантехника, отопление, кондиционирование», № 4, 2004 г.