Издательский Центр Аква-Терм
wirbel.ru
hp19-450

Предупреждение образования накипи

Твердые минеральные отложения в виде накипи на рабочих теплообменных поверхностях котельного оборудования характеризуются коэффициентом теплопроводности, значение которого заметно ниже чем для металлических материалов, использующихся при создании данных конструкций. Как следствие этого ухудшение теплопередачи, снижение рабочих характеристик и КПД котла, перерасход топлива, возникновение мест локального перегрева на рабочих поверхностях и возможный выход оборудования из строя. Поэтому меры по предупреждению образования накипи в системах отопления всегда актуальны.

Ионообменное умягчение

Как известно главную роль в образовании твердых отложений из состава теплоносителя на рабочих поверхностях котла играют ионы жесткости: Са2+ и Mg2+. Соответственно, если предварительно убрать из состава теплоносителя (воды) эти катионы, то и солей жесткости, составляющих основу накипи, образовываться не будет. 

Одним из эффективных методов по элиминации этих ионов из состава теплоносителя (умягчения котловой воды) является ионный обмен.

Для умягчения воды посредством ионного обмена, используются аппараты на основе колонок, заполненных ионообменной смолой (рис. 1, 2).

Рис. 1 Бытовая установка умягчения воды на основе ионообмена

Бытовая установка умягчения воды на основе ионообмена

Рис. 2 Засыпка из смолы для ионообменных колонок производится в гранулах

Засыпка из смолы для ионообменных колонок производится в гранулах

Вода, предназначенная для использования в качестве теплоносителя, пропускается через катионообменную смолу (катионит), находящейся в Н-форме. При этом входящие в состав смолы ионы водорода (Н+) переходят в воду и заменяются катионами примесных солей. Таким образом происходит ионный обмен:

(катионит)-(Н+ ) + (Kat+)-(An-) <==>  (катионит)-(Kat+ ) + (Н+) + (An-) 

Этот процесс лежит в основе ионообменного умягчения воды, когда на катионите задерживаются ионы Са2+ и Mg2+. В результате такого обмена в воде вместо устойчивых карбонатов кальция образуется угольная кислота, легко диссоциирующая с образованием неустойчивого бикарбонат-иона, который при тепловом воздействии превращается в углекислоту и воду. По количеству удаленного карбоната кальция определяют степень обессоливания.

Подбирая иониты с необходимой силой поглощения и проводя обессоливание в несколько стадий можно добиться получения воды требуемой степени очистки. Хотя предпочтительно использовать ионообменую фильтрацию при исходной концентрации солей около 2 г/л.

 Для индивидуальных систем водоснабжения и отопления предлагаются установки, отличающиеся компактностью и привлекательным внешним видом. Кроме двух ионобменных колонок в состав установки обычно входит микропроцессорная систему управления и устройство гигиенической защиты. При исчерпании рабочей емкости первая колонка переключается на регенерацию, а другая включается в работу. Таким образом, обеспечивается непрерывная подача умягченной воды и полностью исключается возможность поступления к потребителям необработанной воды. Устройство гигиенической защиты дезинфицирует ионообменную смолу во время ее регенерации.

Ингибиторы солеотложений

Для защиты от известковых отложений могут использоваться также реагенты, препятствующие кристаллообразованию – ОДЭФК, ИОМС-1, НТФ, ПАФ-13А, антискаланты, полимерные материалы на основе сополимеров метакриловой, малеиновой кислот и др. Обычно для их введения используются дозирующие устройства (рис. 3), в том числе автоматизированные системы дозирования бытового применения. Главным недостатком применения этих веществ в системах бытового теплоснабжения – ограничения по использованию в ГВС.

Рис. 3 Дозатор ингибиторов солеообразования

Дозатор ингибиторов солеообразования

Магнитные и электромагнитные преобразователи накипи

Использование ионообменных смол и ингибиторов солеотложения относится к химическим методам предупреждения образования накипи, физические методы также находят применение в этих целях. Наиболее широко для этого применяются магнитные и электромагнитные преобразователи.

Магнитные установки (МАУ) начали применяться для борьбы с накипью еще в 1945 г., когда был получен патент на способ защиты паровых котлов от накипи с помощью магнитного поля. До сих пор не существует единого мнения по поводу механизма их действия, однако долгая успешная практика доказывает бесспорность самого наличия эффекта. МАУ могут применяться как автономно, так и в составе комплексных систем водоподготовки. Они не удаляют из теплоносителя ионы кальция и магния, поэтому магнитная обработка оправданна при концентрациях в воде железа до 0,3, кислорода – до 3 мг/л, карбонатной жесткости – не более 9 мг-экв/л и нагреве не выше 95 ˚С.

Конструктивно МАУ просты и представляют собой фрагмент трубы с фланцевыми присоединениями, снаружи или внутри которого расположены генераторы поля – магниты или катушки (рис.4). Для повышения производительности могут использоваться несколько труб с закрепленным внутри магнитным сердечником.

Рис. 4 Магнитные преобразователи накипи

Магнитные преобразователи накипи

Эффективность действия таких устройств зависит от параметров поля – напряженности и конфигурации. Общим недостатком является зависимость эффективности магнитных систем от скорости потока воды. При остановке потока эффективность резко снижается, а срок действия обработки не превышает 24–48 ч – поэтому на подпитке закрытой системы МАУ неэффективны.

В некоторых МАУ используются вставки из цинка, его ионы, переходя в теплоноситель, обладают способностью переводить растворенные карбонатные соли во взвеси. Однако поверхность вставок быстро покрывается слоем осадков и на интенсивность растворения цинка сильно влияют состав и концентрация примесей в воде, из-за этого эффективность цинковых вставок может снижаться.

Следующим этапом применения электромагнитного поля для борьбы с накипью стали электронные умягчители (ЭУ), состоящие из электронного блока, генерирующего токи переменной частоты и амплитуды, и катушек на трубах гидравлической системы (рис. 5).

Рис. 5 Электромагнитная противонакипная установка

Электромагнитная противонакипная установка

 Для их эффекта по предупреждению образования отложений накипи также не выработано однозначного объяснения. Предположительно в результате воздействия на воду переменного электромагнитного поля ионы примесей образуют кластеры, которые становятся центрами осаждения карбоната кальция. При этом модифицируется их форма и вместо монолитных отложений образуются аморфные. Преобразуются, разрыхляясь, и уже сформировавшиеся слои накипи. Электромагнитные волны, симметрично распространяясь от места расположения катушек, могут защищать от образования накипи важнейшие части отопительной системы.

Преимущества ЭУ в том, что их работа не зависит от скорости течения воды, а длительность воздействия обработки на процессы кристаллобразования не превышает пяти–шести дней.

 Существуют также противонакипные электромагнитные аппараты, принцип действия которых основан на применении генератора высокочастотных импульсов с переменной частотой, работой которого управляет микропроцессор. Генерируемое поле направлено перпендикулярно оси трубы, вследствие чего в трубе наводится ЭДС самоиндукции и образуется вторичное электромагнитное. По утверждению разработчиков, возникающий электромагнитный резонанс – «стоячая волна» – результат взаимодействия первичного и вторичного (наведенного) электрических полей значительно увеличивает эффективность работы устройства. Формируется постоянное, направленное поперек оси трубы, радиальное электрическое поле, которое оттягивает свободные электроны металла от внутренней поверхности трубы к внешней, поэтому внутренняя поверхность приобретает слабый положительный заряд. Ионы солей жесткости, растворенных в воде, имеют положительный заряд. Поэтому они не могут осесть на стенки трубы и отталкиваются полем от них по направлению к ее оси. Поле также пытается оттянуть и ионы отложений со стенок трубы, за счет чего происходит постепенное их растворение. В результате создается множество центров кристаллизации и, когда раствор становится перенасыщенным (например, при нагреве), образуются устойчивые взвешенные микрокристаллы с размерами 5–50 мкм, которые выносятся водой из системы и могут быть отфильтрованы.

Ультразвуковые аппараты

Обработка котловой и подпиточной воды ультразвуком также способствует предупреждению образования твердых отложений на теплообменных поверхностях (рис. 6). На основе этого безреагентного метода разработаны акустические противонакипные устройства (АПУ), предотвращающие образование накипи за счет возбуждения механических колебаний в водяном потоке и теплообменных поверхностях.

Рис. 6 Акустическая противонакипная установка

Акустическая противонакипная установка

АПУ также способны разрушать уже существующие отложения. При их использовании в прилегающем к поверхности нагрева слое продуцируются переменные механические напряжения, и накипь растрескивается, прочность ее связи с металлом уменьшается, а образующийся в микротрещинах за счет локального перегрева пар разрушает возникающие отложения и не позволяет образовываться новым.

Современные АПУ генерируют ультразвук с частотой 22 кГц (выше порога слышимости) и могут защищать примерно 80–100 м2 теплообменной площади при ограничении температуры теплоносителя до 190 ˚С. При этом важное значение имеет способ присоединения АПУ к котлу или теплообменнику, а при использовании таких систем, так же, как и во всех других, переводящих растворенные соли жесткости в мелкодисперсные взвеси, необходимы фильтры, продувки, шламоуловители. Количество преобразователей и точки их расположения выбираются с учетом конструкции котла, его мощности и количества накипи, которое образуется за сезон эксплуатации.

Статья из журнала "Аква-Терм"  № 1/2019, рубрика "Водоснабжение и водоподготовка".




Поделиться:

Опубликовано: 28 мая 2019 г.

вернуться назад

mohlenhoff.pro
вестер
котлы-горелки 19