ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ В ОБОРУДОВАНИИ ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ

Предупреждение образования накипи - один из факторов безопасной и длительной эксплуатации оборудования тепловых энергоустановок и тепловых сетей. В статье приведен обзор современного метода противонакипной магнитной обработки воды, обеспечивающий безопасную эксплуатацию оборудования тепловых энергоустановок и тепловых сетей. Рассмотрены гипотезы, объясняющие механизм воздействия магнитного поля на воду, а также условия применения аппаратов магнитной обработки воды.

Ключевые слова: безопасность, надежность, тепловая энергоустановка, водоподготовка, водно-химический режим, магнитная обработка воды.

Согласно требованиям правил [1, 2, 3], с целью обеспечения надежной и безопасной эксплуатации тепловых энергоустановок и тепловых сетей, организация обязана организовывать водоподготовку и водно- химический режим последних. Столь строгие требования утверждены не случайно. Отложения накипи толщиной 1,5 мм снижают теплоэффективность энергетических котлов на 15%, а при толщине накипи в 3 мм величина потерь составляет уже 25% [7]. Анализ причин аварий с участием оборудования тепловых энергоустановок показывает, что одной из причин возникновения аварийных ситуации является отложение накипи на стенках оборудования (Рисунки 1, 2, 3). Вследствие плохой теплопроводности накипи, в тоже время препятствующей соприкосновению воды и пара со стенками оборудования, происходит сильный перегрев металла. В свою очередь перегретый металл теряет прочность и происходит деформация труб, что приводит к выходу из строя (разрушению) технологического оборудования. Ликвидация подобных аварий требует больших материальных и трудовых затрат. В случае возникновения аварии в отопительный период, население и промышленные предприятия могут остаться без тепла и горячей воды, что грозит серьезными экономическими и социальными последствиями.

В настоящее время, существует большое количество методов водоподготовки, обеспечивающих снижение накипеобразующей способности воды: ингибирование солей жесткости, ионообменное  умягчение воды, умягчение воды с применением реагентов, умягчение воды электродиализом и другие. Выбор способа водоподготовки осуществляется на этапе проектирования котельной, исходя из качества исходной воды, требований и норм к качеству теплоносителя, требований к безопасной эксплуатации тепловых энергоустановок и технико-экономическими показателями. В ряде случаев, корректировка способа водоподготовки осуществляется, если существующее оборудование не обеспечивает подготовку теплоносителя должного качества. Как правило, эффективность применяемого метода водоподготовки выявляется в рамках проведения технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности объектов котлонадзора, либо случае отказов оборудования или возникновения аварийных ситуации.

В данной статье рассмотрен метод, набирающий широкое применение в борьбе с образованием накипи и отложениями на оборудовании тепловых энергоустановок и сетей - метод магнитной обработки воды. Данный метод преимущественно используется в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения, парогенераторах низкого давления и малой производительности, конденсаторах паровых турбин, в теплообменных аппаратах различного назначения [4].

Метод магнитной обработки воды имеет ряд достоинств: не требует громоздких сооружений, специализированных лабораторий и не ограничивает количество обрабатываемой (подготавливаемой) воды. Существенное преимущество данного метода состоит в том, что обработка не связана с применением химических реагентов и как следствие, образованием большого количества отходов.

Обработка воды заключается в пропускании потока воды через магнитное поле, создаваемое электромагнитным или постоянным магнитным полем. Опытным путем доказано, что при воздействии на воду магнитным полем, в ней происходит кристаллизация солей, изменяются скорости химических реакций за счет протекания конкурирующих реакций растворения и осаждения растворенных солей, образуются различные комплексы. Однако, до настоящего времени, точный механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней различные примеси, окончательно не выяснен. Существует три основные гипотезы, объясняющие механизм этих воздействий - коллоидная, ионная и водная гипотезы. Рассмотрим каждую из них.

Согласно первой гипотезе, под влиянием магнитного поля в подготавливаемой воде происходит разрушение коллоидных комплексов. Образующиеся в результате разрушения «частицы» формируют центры кристаллизации неорганических солей, что ускоряет их последующее оседание. В свою очередь, имеющиеся в воде ионы железа, ускоряют процесс появления зародышей кристаллизации, это приводит к образованию непрочного осадка, выпадающего в виде шлама. Таким образом, катионы кальция Ca2+ и магния Mg2+, составляющие основу карбонатной жесткости воды, образуя мелкодисперсный кристаллический осадок, также выпадают в виде шлама.

Вторая гипотеза объясняет действие магнитного поля наличием ионов в воде. Считается, что поле временно деформирует гидратные оболочки, меняется их распределение в воде. Чем прочнее и крупнее становится гидратная оболочка, тем сложнее и медленнее происходят процессы кристаллизации и седиментации неорганических солей.

Согласно третьей гипотезе, магнитное поле оказывает воздействие непосредственно на структуру ассоциатов воды. Это может привести к деформации или частичному разрыву водородных связей, движению протонов водорода в ассоциативных элементах воды и перераспределению молекул воды во временных ассоциативных образованиях. В целом, последствия данного эффекта приводят к изменению структуры воды, что обуславливает изменение таких физических параметров как плотность, поверхностное натяжение, вязкость, значение рН, а также физико-химических процессов, протекающих в воде, в том числе образованию в воде нерастворимых неорганических солей. В результате вместо кальцитной формы карбоната кальция, образуется арагонитная форма, которая не осаждается в воде, так как рост кристаллов останавливается на стадии микрокристаллов.

В настоящее время в нашей стране выпускается два типа оборудования для магнитной обработки воды – с постоянными магнитами и электромагнитами. Эффективность применения данных аппаратов зависит от скорости движения воды, состава обрабатываемой воды, напряженности магнитного поля, продолжительности пребывания воды в магнитном поле и ряда других факторов. Согласно требованию нормативных документов: СП 89.13330.2012 [3], СП 41-101-95 [5], СП 41-104-2000 [6], а также требованию заводов-изготовителей, для аппаратов магнитной обработки воды установлены следующие эксплуатационные ограничения:

1.     Для чугунных и паровых котлов с температурой нагрева воды до 110°С допускается:

–       карбонатная жесткость в обрабатываемой воде не более 10 мг-экв/л;

–       содержание железа в обрабатываемой воде до 0,3 мг/л;

–       обязательна установка шламоотделителя на продувочном трубопроводе котла.

2.     Для водогрейных котлов с температурой нагрева воды до 95°С в закрытой системе теплоснабжения:

–       карбонатная жесткость в обрабатываемой воде не более 9 мг-экв/л;

–       содержание растворенного железа в обрабатываемой воде до 0,3 мг/л;

–       воду можно не подвергать деаэрации, если содержание в ней растворенного кислорода не более 3 мг/л, а сумма хлоридов и сульфатов не более 50 мг/л;

–       часть циркулирующей воды (не менее 10% от общего  количества) должна  проходить  через дополнительный магнитный аппарат для предотвращения «затухания» («привыкания») магнитного воздействия.

3.     Для системы горячего водоснабжения должны выполняться все указанные выше условия, и кроме того, нужно предусмотреть, чтобы напряженность магнитного поля в рабочем зазоре электромагнитных аппаратов не превышала 159·103 А/м.

Выводы

Результаты применения рассмотренного метода противонакипной магнитной обработки воды наглядно показывают снижение количества отложений внутри труб энергетического оборудования, что безусловно положительно влияет на надежность и безопасность эксплуатации тепловых энергоустановок и сетей. Данный метод является хорошим дополнением к действующей схеме противонакипной обработки воды, не требующий технического перевооружения существующего оборудования водоподготовки.

Список литературы

1.     Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Утверждены приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 №116.

2.     Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утверждены приказом Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. №115.

3.     СП 89.13330.2012 Котельные установки (СНиП II-35-76 Актуализированная редакция).

4.     Водоподготовка: Справочник. / Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии С.Е. Беликова. – М.: Аква-Терм, 2007. – 240с.

5.     СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов.

6.     СП 41-104-2000 Проектирование автономных источников теплоснабжения.

7.     В.П. Уваров Накипь: альтернативные методы борьбы. URL http://www.gkh.ru/journals/2707/96490/ (дата обращения 27.09.2015).