О современных технологиях предотвращения и удаления накипи в промышленном теплообменном оборудовании

Дата публикации: 04.05.2016

Одной из главных проблем «малой энергетики» является проблема водоподготовки, ее неправильное решение приводит
к накипеобразованию и коррозии теплотехнического оборудования.
К числу наиболее эффективных способов водоподготовки можно отнести физические методы, сущность которых состоит в обработке воды физическими полями специальной конфигурации,
замедляющими и предотвращающими процессы
накипеобразования и коррозии!

О жесткости воды

Природные воды очень разнообразны по химическому составу. Главными 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-. Эти ионы присутствуют во всех минерализованных водах. Источник их появления - природные залежи известняков, гипса и доломитов. 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 нерастворимого осадка карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость связана с присутствием в воде кальция и магния в виде солей серной, соляной и азотной кислот. Эта жесткость 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 оборудовании, ускоряются коррозионные процессы.

Исследования Всероссийского теплотехнического института (ВТИ) показали, что 1 мм отложений на поверхности теплообменного оборудования приводит к потере энергии от 7 до 12%.
Слой отложений солей жеесткости 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 нарастает менее чем за один год.
Затраты на магнитную обработку, по количеству солей жесткости выводимых из обрабатываемой воды (в расчете на 1м3 воды) в 5-7 раз меньше, чем при химводоподготовке (по данным НИИсантехники).

Многим известно об уровне затрат на ремонт, химические и механические чистки, на замену труб и водонагревательного оборудования.

В соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Однако ряд производств устанавливает более жесткие требования к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,01-0,05 мг-экв/л и ниже). В справочнике [2] 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.

Существует ряд способов умягчения воды (процесс удаления ионов Са2+ и Mg2+) Наиболее распространен химический метод ионного обмена ионов кальция и магния, содержащихся в воде, на натрий или калий, которые не образуют осадков своих солей при нагревании. В умягчителях данного типа работает катионообменная смола, которую периодически нужно регенерировать раствором поваренной соли. Этот метод не лишен существенных недостатков. Использование поваренной соли для регенерации смолы создает проблемы для окружающей среды из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей. Из питьевой воды выводятся соли кальция ниже требуемых для нашего организма норм, при этом вода обогащается натрием, далеко не полезным для питья. 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.