• Фильтрующее оборудование
• Специальное теплообменное оборудование для энергосбережения
• Плазмохимические и кавитационные технологии
• Антинакипная обработка
• Физические методы предотвращения накипи
• Экология
• Струйные аппараты
• Методы увеличения нефтеотдачи (МУН)

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 современных технологиях предотвращения и удаления накипи в промышленном теплообменном оборудовании

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.

Магнитная обработка воды.

В последние десятилетия, как в России, так 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.

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.

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.

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.

Противонакипный эффект будет увеличиваться:

• с повышением температуры воды,
• при более высоком содержании ионов Ca²⁺ и Mg²⁺,
• с повышением щелочности воды,
• при уменьшении общей минерализации воды.

Прибор нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию. При наличии в системе центробежного насоса прибор магнитной обработки устанавливается после него.

В заключение можно отметить, что Гидромультиполи ММТ успешно работают на тысячах объектов. Они используются для защиты и очистки от отложений солей жесткости следующих систем и оборудования:

• водопроводные коммуникации, системы центрального отопления;
• водонагревательное и отопительное оборудование – котлы,
• 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.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ

Гидромультиполи относятся к энергосберегающим системам используемых в различных отраслях промышленности т.к. известковые отложения приводят:

• К высокому энергопотреблению и низкой эффективности работы теплообменного оборудования, требует постоянного обслуживания и модернизации используемого оборудования (различным химреагентным методам обработки, преждевременной замены из-за выхода из строя оборудования и его узлов);
• Потерям давления и проблеме обеспечения необходимого объема воды и как следствие замене трубопроводов, клапанов, насосов и т.п.;
• Повышенному расходу топлива, - слой накипи, обладая небольшой теплопроводностью, резко ухудшает передачу тепла в паровых котлах и охлаждаемых системах, что увеличивает расход топлива, металл прогревается и деформируется.

МАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВОДЫ ММТ

Гидромультиполи: Это периодические магнитные системы с использованием магнитов неодим-железо-бор, которые на порядок превосходят магниты типа ферритов и ЮНКД, это позволяет создавать компактные, высокоэффективные установки практически на любую производительность, с большими зазорами для протекания жидкости, предназначены для предотвращения образования и ликвидации уже отложившейся накипи. Гидромультиполи устанавливаются в магистралях, подающих воду: при этом их цена ниже зарубежных аналогов в 6-10 раз.

Гидромультиполи разработаны (в соответствии с СНиП II-35-76 «Котельные установки»- Госстрой России, М.1999г.)

Гидромультиполи рассчитаны на расход воды от 0,08 до 2500 м3/час (соответственно, на трубопроводы диаметром 15-500 мм).

НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ

Магнитные преобразователи воды ММТ (Гидромультиполи) предназначены для обработки воды в потоке постоянным магнитным полем специальной пространственной конфигурации с целью предотвращения образования и ликвидации уже отложившейся накипи на стенках магистралей и теплообменных элементов.

Гидромультиполи могут быть включены в состав любых установок, подверженных образованию накипи в процессе эксплуатации. Могут быть установлены в магистралях, подающих воду в водопроводные сети горячей и холодной воды в дома, бойлеры, проточные водонагреватели, паровые и водяные котлы, системы охлаждения двигателей и компрессорных установок и.т.д.

Метод магнитной обработки воды не требует химических реагентов и затрат энергии и является абсолютно экологически чистым. В результате магнитной обработки воды вместо прикипевшего котельного канта образуется мелкокристаллический легко удаляемый шлам.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Гидромультиполи могут быть установлены в магистралях подающих воду в:

• В сети  горячего и холодного водоснабжения.
• Бойлеры.
• Проточные накопительные водонагреватели.
• Паровые и водяные котлы.
• Системы охлаждения дизельных двигателей
• Бытовые приборы, использующие горячую и холодную воду.
• Насосы и т.п.
• В прочие системы подготовки и потребления горячей и холодной воды.

Применение гидромультиполей эффективно в нагревательном и охлаждающем оборудовании чувствительном к карбонатным отложениям:

• Охлаждающих системах циркуляции и башнях.
• Паровых котлах и плитах.
• Водонагревателях, пластинчатых теплообменниках, конденсаторах.
• Циркуляционных и вспомогательных насосах.
• Системах воздушного кондиционирования.
• Трубопроводах систем охлаждения и кондиционирования.
• Холодильном оборудовании.
• Очистительных установках высокого давления для горячей воды.
• Промышленных и бытовых смесительных кранах и т.п.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Гидромультиполи ММТ выгодно отличаются от подобных устройств на основе электромагнитов, выпускавшихся ранее рядом предприятий России.

• Отсутствует потребление электроэнергии и проблемы, связанные с ремонтом при электрическом пробое обмоток электромагнита.
• Имеют более высокие градиенты магнитных полей, необходимых для эффективной работы устройств.
• Эффективность магнитов на основе редкоземельных элементов – сплавов неодим- железо- бор более чем в 10 раз выше чем у ферритовых магнитов, ранее использовавшихся для подобной целей.
• Длительный срок эксплуатации – более 50 лет.
• Не используют электроэнергию, на требуют обслуживания.
• Абсолютно экологически чистый метод, реагенты отсутствуют.
• Цены значительно ниже зарубежных аналогов.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Гидромультиполь состоит из цилиндрического корпуса (диаметр корпуса, как правило, в 1.5-2 раза больше диаметра подводящего и отводящего трубопроводов, для обеспечения сохранности площади проходного сечения, а длина в 2-3 раза больше диаметра корпуса) и магнитной системы в форме цилиндрического стержня, расположенной соосно внутри корпуса.

Основным элементом гидромультиполя является многополюсный магнитный элемент цилиндрической формы, создающий аксиально-симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу меняет направление на противоположное. Магнитный элемент соосно установлен в корпусе, представляющем собой стандартную трубу из магнитопроводящего материала (сталь 10…сталь 20), составляя единую магнитную систему.

Магнитная система состоит из чередующихся постоянных высоко энергетических магнитов неодим- железо- бор и магнитопроводов, создающих высокоградиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку.

За счет имеющейся в данной системе топографии поля достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на воду и приводит к тому, что кристаллизация примесей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая оседает в «грязевиках», либо легко удаляется периодической промывкой (продувкой) системы.

Гидромультиполи, предназначенные для использования в бытовых устройствах, изготавливаются из пищевой нержавеющей стали 12Х18Н10Т, и являются абсолютно безопасными для потребителей. Все гидромультиполи ММТ рассчитаны на давление 16 атмосфер и температуру воды до 90°C.

Большое практическое значение имеет хорошо организованное выведение из водяной системы теплообменных аппаратов, тонкодисперсного шлама и кусков накипи.

Котлы должны быть оборудованы грязевиками или барабанами для сборки шлама и должны регулярно подвергаться продувке для удаления шлама.

Необходимо осуществлять постоянный контроль мутности котловой воды.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Гидромультиполи ММТ рассчитаны на расход воды от 0,08 до 2500 м 3/час (соответственно, на трубопроводы диаметром 15- 500 мм).

. Имеется опыт создания устройств на существенно больший расход воды. Так в системе подготовки воды на ТЭЦ-26 Мосэнерго установлены пять магнитных аппаратов для водоводов (размер каждого 2000 х 4000 мм)

В качестве источника магнитного поля использован современный магнитный материал системы неодим- железо- бор с магнитной энергией (ВН) > 260 кдж/м3.

Размерный ряд гидромультиполей ММТ представлен на рис.2. Размерный ряд построен исходя из стандартных значений условного прохода (Ду) выпускаемых стальных труб:

• ра диальная составляющая магнитной индукции вблизи внутренней стенки корпуса гидромультиполя не менее 0,2 Тл.
• число участков перемены знака магнитной индукции 5-6 (в зависимости от типоразмера).
• градиент значения магнитной индукции от 0,7 до 1,8 Тл/см (в зависимости от типоразмера и расположения точки наблюдения в рабочем зазоре магнитной системы)
• рабочая температура воды до 115 ° С.

Поставка гидромультиполей осуществляется в различных вариантах в зависимости от характера соединения (резьбовое, сварное, фланцевое).

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»)

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.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОЛЕЙ ЖЕСТКОСТИ «ТЕРМИТ»

Технические характеристики приборов «Термит».

Таблица 1.

Электрохимический способ водоподготовки

Электрохимические методы обработки жидкостей предназначены:

• Для предотвращения накипи и коррозии в системах теплоснабжения, горячего водоснабжения, системах оборотного охлаждения промышленных предприятий.
• Стабилизационной обработки подпиточной и сетевой воды в системах отопления и горячего водоснабжения, а также в системах оборотного водяного охлаждения.

Механизм действия аппаратов

Работа антинакипного аппарата (тип АЭ-А) основана на электрохимическом воздействии слабого электрического поля, образующегося между специальными электродами при определенной плотности тока на растворенные в воде соли жесткости и соединения железа.

Электрохимический аппарат, с одной стороны, ускоряет выделение из обрабатываемой воды множества микрокристаллов солей жесткости, не способных осаждаться при данной дисперсности на теплопередающих поверхностях, а с другой стороны, выполняет роль электрофильтра, инициируя осаждение на катодных пластинах положительно заряженных микрочастиц солей жесткости и соединений трехвалентного железа

Работа стабилизационного аппарата (тип АЭ-С) основана на электрохимическом растворении анодного материала, обладающего щелочными свойствами, за счет чего происходит увеличение рН обрабатываемой воды. Увеличение рН подпиточной и сетевой воды способствует снижению коррозионных свойств мягких вод, уменьшению содержания агрессивной углекислоты.

Преимущества:

1. Возможность использования в качестве основной и единственной системы водоподготовки, обеспечивающей полное соответствие с нормами качества воды для водогрейных котлов и другого теплообменного оборудования;
2. Снижение затрат и занятости персона на обслуживание системы подготовки воды, простота обслуживания,
3. Исключение всех затрат, связанных с использованием поваренной соли для водоподготовки и загрязняющих стоков при регенерации фильтров.
4. Возможность очистки теплообменного оборудования, водогрейных и паровых котлов малого и среднего давления «на ходу».
5. Низкие эксплуатационные затраты; годовая экономическая эффективность по замене ионообменного способа подготовки на электрохимический (при объеме подготовки 10 куб. м/час) составит около  2 500 000 руб/год;
6. Очистка не только от солей жесткости но от Fe
7. Полная совместимость и возможность одновременного применения с традиционными водоумягчительными фильтрами.

		Слева – анодные пластины антинакипного аппарата до 1 мес.эксплуатации. Справа – анодные пластины антинакипного аппарата после 3 мес. эксплуатации

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАКИПИ
АКУСТИЧЕСКИЕ ПРОТИВОНАКИПНЫЕ УСТРОЙСТВА

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.

В настоящее время существует несколько технологий, уменьшающих скорость накипеобразования в теплообменном оборудовании. К их числу относятся магнитная, электромагнитная и ультразвуковая обработка воды. В основу этих технологий положены различные физические принципы воздействия на образующийся слой накипи и процесс ее формирования, но все они способствуют кристаллизации солей жесткости в толще воды и препятствуют достижению кристаллами размеров, необходимых для образования осадка.

Ультразвуковая технология выделяется в этом ряду тем, что обеспечивает одновременное воздействие на образование и оседание накипи несколькими различными механизмами.

При озвучивании воды ультразвуком достаточной интенсивности происходит разрушение, раскалывание образующихся в нагреваемой воде кристаллов солей жесткости. Появление в воде большого количества зародышей кристаллов приводит к более интенсивной кристаллизации солей в толще нагреваемой воды, росту и последующему разрушению под действием ультразвука кристаллов солей.

Следующим механизмом воздействия ультразвуковой технологии на образование накипи служит возбуждение высокочастотных колебаний на поверхности теплообмена.

Распространяясь по всей поверхности теплообменного оборудования, ультразвуковые колебания препятствуют формированию на нем накипных отложений, замедляя осаждение образующихся кристаллов солей. За счет различной механической жесткости металла и слоя накипных отложений изгибные колебания теплообменной поверхности разрушают так же сформированный слой накипи. Это разрушение сопровождается отслоением и откалыванием кусочков накипи. Размеры этих кусочков зависят от толщины слоя накипи и увеличиваются с ее ростом. При значительной толщине слоя образованной ранее накипи относительно диаметра водопроводящих каналов существует опасность их засорения и закупорки. Поэтому одним из

основных требований успешного применения ультразвуковой технологии является предварительная очистка теплообменных поверхностей от сформированного до установки ультразвуковых устройств слоя накипных отложений.

АПУ состоит из генератора и магнитострикционных преобразователей.

Конструктивно генератор выполнен в виде настенного блока, соединенного кабелями с преобразователями. Внутри корпуса размещены выпрямитель, тиристорный блок с накопительными конденсаторами, плата управления, фильтр питания, трансформатор и колодка для подключения магнитострикционных преобразователей.

Генератор смонтирован на металлическом шасси, которое закрывается передней панелью генератора. На боковой панели генератора расположен светодиод красного цвета, сигнализирующий о включении генератора, установлены два предохранителя на 5 А, тумблер для включения питания. Здесь же расположены вводы в корпус кабелей от магнитострикционных преобразователей и розетка питания.

Корпус генератора выполнен из термостойкой пластмассы и имеет брызгозащитное исполнение.

АПУ серии «Акустик-Т» имеют следующие технические характеристики:

таблица 1

Заключение

Как показывает практика защиты теплообменных аппаратов от накипи наиболее эффективным средством, приближающимся по эффективности к 100% является совместное применение магнитной и акустической обработки.

В настоящее время освоен выпуск эффективных акустических аппаратов (по запросу мы можем предоставить более подробную информацию), и обеспечить необходимые предварительные исследования и поставку.