Издательский Центр Аква-Терм

Электрохимическая защита от накипи. Опыт реализации

Опубликовано: 17 сентября 2008 г.

848

Образование накипи на теплообменном оборудовании – основная причина снижения эффективности его работы. Слой накипи снижает теплопередачу, что ведет к большему расходу энергии. Кроме того, за счет образование накипи на стенках повышается гидравлическое сопротивление элементов системы, ухудшается проток теплоносителя. Причина образования накипи – присутствие в воде солей жесткости. Для удаления этого вида примесей используют различные методы, чаще всего – химические и физические. Одно из перспективных направлений – реализация электрохимической обработки воды.
Д. Швецов, М. Иванов, к. х. н.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Процесс образования накипи включает следующие стадии: сначала происходит образование зародышей центров кристаллизации, затем накопление микрокристаллов и, наконец, возникновение суспензии микрочастиц.

Очень важным моментом в этом процессе является то, что микрочастицы, состоящие из карбоната кальция, в процессе своего образования приобретают положительный заряд. В то же время на металлической стенке теплообменного агрегата возникает термоЭДС (обычно – от 1 до 10 мВ). В результате более холодная стенка теплообменника приобретает отрицательный заряд, а более горячая – положительный. Поэтому при нагреве воды положительно заряженные микрочастицы карбоната кальция будут притягиваться к отрицательно заряженной стенке теплообменного оборудования и образовывать на ее поверхности минеральные отложения. Очевидно, что для предотвращения этого необходимо либо производить специальное воздействие на металлическую поверхность, либо предусматривать обработку воды на основе электрохимического воздействия на микрочастицы примесей.

Сущность метода электрохимической защиты от накипи заключается в воздействии электрического поля на поток обрабатываемой воды. Для этого поток сетевой воды пропускают между электродами, разность потенциалов между которыми создается так, чтобы положительно заряженные частицы накипи оседали на катоде. Таким образом, процесс образования накипи переносится с поверхности теплообменных аппаратов на поверхность специальных электрофильтров.

Кроме того, при прохождении воды через электродную область за счет созданного электрического поля в ней идет образование центров кристаллизации. Интенсивный рост концентрации центров кристаллизации способствует тому, что выпадение накипи происходит в объеме воды, а не на теплопередающих поверхностях. То есть в процессе работы электрохимического противонакипного аппарата не только происходит фильтрация частиц примесей, но и генерируются в массе воды монокристаллы карбоната кальция. Впоследствии они становятся центрами кристаллизации накипи, находящимися в толще воды, а это препятствует образованию отложений на поверхности теплообменников и других элементов системы теплоснабжения.

Основные преимущества электрохимического способа предотвращения образования накипи – простота обслуживания, невысокие эксплуатационные затраты и низкое энергопотребление. Кроме того, системы такой очистки могут без помех встраиваться в различные технологические схемы без специального контроля хода обработки воды.

Один из представленных в нашей стране антинакипных электрохимических аппаратов – установка АЭА-Т, выпускаемая ОАО «Азов» (г. Дзержинск, Нижегородская обл.). Ею оснащаются узлы приготовления горячей воды котельных (включая блочные) и тепловых пунктов, а также системы отопления. Аппарат может быть установлен на строящихся и уже действующих объектах.

Чаще всего аппарат электрохимической очистки воды состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого располагается электродная кассета – набор графитовых анодов и стальных катодов, размещенных на металлическом или пластиковом каркасе. На электроды от блока питания подается напряжение 8–12 В.

Конструкция кассеты подбирается таким образом, чтобы увеличить время воздействия электрического поля на поток воды. Это достигается приданием потоку зигзагообразного характера. Поскольку расстояние между катодом и анодом в кассете имеет фиксированное значение, постоянство плотности тока между электродами поддерживается регулированием работы блока питания.

Внутри аппарата имеются зоны входа, электродного пространства и выхода. Во второй из них стимулируется процесс образования центров кристаллизации. При дальнейшем движении сетевой воды микрочастицы накипеобразующих солей укрупняются и улавливаются на катодах. Производительность аппаратов данного типа определяется, в основном, производительностью сетевого насоса.

Эффективность работы аппаратов электрохимической защиты от накипи можно оценить по качеству воды после такой обработки. Так, при обработке сетевой и подпиточной воды созначением индекса насыщения (Ланжелье) 0,3–1,0 наблюдается понижение этого показателя до 0,1–0,35.

При значениях индекса насыщения 1,2–1,3 применение электрохимического аппарата также достаточно эффективно и приводит к понижению этого показателя до 0,4–0,5. Однако чтобы достичь требуемого качества воды в этом случае, необходимо увеличить площадь катодов примерно в 2–4 раза.

Как известно, вода со значениями индекса насыщения в диапазоне 0,1–0,3 сама по себе характеризуется низкой склонностью к образованию накипи. Но в этом случае ей присуща высокая коррозионная активность, вызывающая повышение содержания в воде соединений железа. Практика показывает, что и в этом случае использование аппаратов электрохимической обработки оправдано. Для снижения содержания в воде соединений железа дополнительно к электрохимической защите следует устанавливать в параллельном ответвлении сетевого трубопровода специальные стабилизационные аппараты.

Чаще всего аппарат электрохимической очистки воды устанавливают на обратном сетевом трубопроводе – перед сетевыми насосами, после патрубка подачи подпиточной воды. Байпасное подсоединение аппарата к сети позволяет производить периодическую выгрузку уловленных примесей без остановки работы котельной.

Для обработки воды в системе теплоснабжения, имеющей один контур, аппарат электрохимической очистки следует устанавливать в непосредственной близости перед котлом. Если же в системе имеются два контура, то аппарат размещают в контуре ГВС перед теплообменником.

При использовании метода электрохимической обработки воды в схеме оборотного водоснабжения аппарат целесообразно устанавливать на линии трубопровода после охлаждения воды в градирнях.

В соответствие с технологическими требованиями в процессе эксплуатации аппаратов противонакипной электрохимической защиты каждые два-три месяца необходимо проводить остановку их работы для выгрузки накопившихся минеральных отложений. На период чистки поступление воды в аппараты прекращается путем перекрывания задвижек. В процессе чистки из аппарата извлекают катодные пластины, с которых механическим методом производится удаление слоя накипи. Нормативный срок остановки работы аппарата для его очистки составляет не более четырех часов.

Для подбора антинакипного электрохимического аппарата необходимо учитывать некоторые установочные данные. В первую очередь необходимо выяснить, устанавливается ли агрегат в действующую котельную или ту, которая только вводится в строй. Кроме того, важными параметрами являются мощность котельной, а также число и тип работающих котлов. Необходимо учитывать и назначение котельной (отопление, ГВС, реализация обеих функций). Имеют значение число и характеристики работающих сетевых насосов, наличие в технологической схеме другого основного оборудования – такого, как теплообменники или баки-аккумуляторы. Учитываются также давление в прямой и обратной сетевых линиях, диаметр трубопроводов, температурный режим работы оборудования, объем подпитки системы сырой водой. Безусловно, очень сильное влияние на выбор аппарата оказывает качество исходной воды, особенно ее уровень рН и жесткость.

В настоящее время антинакипные электрохимические аппараты ОАО «Азов» используются более чем на 600 объектах теплоэнергетики. Накопленный опыт позволяет применять данный способ обработки воды для водогрейных и паровых котлов различных типов. Этот способ электрохимической обработки воды рекомендован к использованию в котельных, имеющих котловой контур, контуры отопления и ГВС. Как показывает практика, положительный эффект от его применения достигается для теплообменников и трубчатого типа, и пластинчатого типа.

Так, в котельной ОАО «Окская судоверфь» (г. Навашино, Нижегородская обл.) имелось три котла марки ДКВ 10/13 тепловой мощностью 11 Гкал/ч. Особенностью котельной являлся повышенный расход подпиточной воды, который достигал около 68 м3/ч, что не позволяло осуществлять качественную водоподготовку. Из-за высокого значения остаточной жесткости воды ежемесячно приходилось работу одного из котлов останавливать на очистку и химическую промывку. После установки в 2004 г. двух аппаратов АЭ-А-350 необходимость в этом отпала.

Установка в 2004–2006 гг. 12 аппаратов серии АЭ-А в семи котельных МУП «Тепловые сети» (г. Красноуфимск, Свердловская обл.) позволила предприятию значительно сократить расходы на водоподготовку.

Экономическую эффективность работы аппарата противонакипной электрохимической защиты целесообразно оценивать путем сравнения затрат до и после установки данного оборудования. Обычно до установки этих аппаратов водоподготовка проводилась путем ионообменной очистки. Как известно, основные расходы при традиционной ионообменной фильтрации связаны с необходимостью регенерации ионообменной смолы. При восстановлении работоспособности ионообменника, кроме восполнения потерь в его количестве, необходимы затраты на приобретение реактивов, проведение регулярных анализов в процессе его отмывки. Помимо этого, средства расходуются на утилизацию стоков, которые получаются в процессе очистки ионообменной смолы. В то же время для работы противонакипного аппарата электрохимической защиты необходимы лишь ежемесячное проведение четырех анализов по установлению качества обработанной воды и плановые чистки агрегатов. Основные расходы материальных средств на реализацию электрохимической обработки связаны с заменой графитовых анодов, которых, например для установки АЭ-А-350, требуется 165 кг в год.



Поделиться:

вернуться назад