Выпуск аппаратов электромагнитной обработки воды с целью защиты котельного оборудования и сетей теплоснабжения от образования накипи и защиты от коррозии производится с 1980 года.

Наибольшую популярность эти установки приобретают в последние годы, связано это с программой направленной на децентрализацию теплоснабжения. Аппараты магнитной водоподготовки успешно применяются в системах модульных котельных, сетях автономного теплоснабжения и горячего водоснабжения. Магнитная водоподготовка не только защищает от накипеобразования и коррозии, но успешно применяются в старых сетях для удаления уже образовавшегося слоя накипи. Применение аппаратов водоподготовки ведет к снижению энергозатрат на 15-30% и является системой безреагентной водоподготовки, что в свою очередь тоже ведет к снижению затрат в процессе эксплуатации теплосетей.

МАГНИТНАЯ ВОДОПОДГОТОВКА

История и основной принцип магнитной водоподготовки.

Жесткость воды.

Химический состав природных вод очень разнообразен по химическому составу. Главными примесями речных вод, содержащих 500-600 мг/л растворенных солей, являются ионы кальция, магния, натрия, бикарбонатов, сульфатов и хлоридов. В маломинерализованных речных водах преобладают ионы кальция и магния. Общую жесткость воды определяют так же, 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. 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 повышению затрат на расход топлива. Они также отрицательно сказываются на теплообменных и гидравлических характеристиках, способствуют выводу из строя насосного, запорного и регулировочного оборудования, ускорению коррозионных процессов. Слой в 3 мм на стенках котла или бойлера поглощает 25% тепловой энергии, а если наросло 15 мм, то теряется уже 70% тепла. Отложения толщиной 10 мм образуются менее чем за один год. Многим известно об уровне затрат на ремонт, химические и механические чистки, на замену труб и водонагревательного оборудования. В соответствии с ГОСТом на питьевую воду жесткость воды не должна превышать 7 мг- экв/л. Однако на ряде производств предъявляются более жесткие требования к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,01-0,05 мг-экв/л и ниже). Ниже приведены ориентировочные требования к общей жесткости (мг-экв/л) воды: для подпитки котлов различных типов:

✓ (5-15 атм) - 0,35;
✓ (15-25 атм) - 0,15;
✓ давления (50-100 атм) - 0,035;
✓ (100-185 атм) - 0,005.

Способы умягчения воды.

Существует ряд способов умягчения воды (процесс удаления ионов Са2+ и Mg2+).
✓ распространен химический метод ионного обмена 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 в процессе регенерации смолы создает проблемы из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей. Из питьевой воды солей кальция выводится больше, чем требуется по нормам, при этом вода обогащается натрием, далеко не полезным для организма. Ограничен ресурс работы ионообменных смол (требуется их постоянная замена).
✓ умягчают также при помощи 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. Их выбор определяется химическим составом воды, требуемой степенью умягчения и технико-экономическими показателями.
✓ Вид активации воды при воздействии магнитным полем позволяет во многих случаях без химической обработки воды значительно снизить накипеобразование в теплоэнергетическом оборудовании: котлах, теплообменниках, пароводяных и водоводяных бойлерах, системах горячего водоснабжения, циркуляционных охладительных системах, конденсаторах-испарителях, дистилляторах, системах отопления. Много случаев успешного применения магнитной обработки воды, используемой для охлаждения воздушных компрессоров, газомотокомпрессоров, вакуумных насосов, аммиачных холодильных установок, оборудования для плавки металла индукционным способом, водонагревателей для обогрева ванн хромирования и др. Говоря о накипи на теплоэнергетическом оборудовании, необходимо сказать, что, при наличии накипи перегреваются поверхности нагрева оборудования, что может привести к аварийной ситуации с котлами и т.д. Магнитная активация воды обеспечивает снижение коррозии стальных труб и оборудования на 40-75% (в зависимости от состава воды). А это дает возможность удлинить срок эксплуатации теплоэнергетического оборудования, паропроводов и водопроводов, снизить аварийность с ними.

Понимание сущности магнитной обработки воды как наиболее перспективного метода безреагентной водоподготовки.
Понятием «безреагентный метод» обработки воды объединяется комплекс способов, не связанных с применением химических веществ: магнитный (магнитогидродинамический), ультразвуковой, обработка токами высокой частоты, способ обратного осмоса.
Магнитный способ обработки воды. Из всех известных на сегодня способов очистки и защиты от накипи и коррозии (химических и физических) применение магнитных и электромагнитных аппаратов является наиболее перспективным.
Способ этот не требует значительных сооружений, каких-либо реагентов и специальных лабораторий, прост в эксплуатации и достаточно оперативен. Применение магнитных и электромагнитных аппаратов в малой и большой теплоэнергетике играет большую роль для решения одной из актуальных проблем - экономии топлива, сохранения и продления срока службы теплоэнергетического оборудования, тепловых сетей и защиты окружающей среды от сброса отработанных реагентов.

Некоторые данные о влиянии магнитного поля на свойства воды и ее примесей.
✓ наложении магнитного поля концентрация растворенных солей в воде фактически не изменяется, но соли жесткости выделяются вместо накипи в ином физическом состоянии - в виде тонкодисперсного шлама.
✓ проявления эффекта водообработки необходимым условием, кроме действия магнитного поля, является перемещение потока жидкости перпендикулярно магнитному полю. Эффект будет стабильным, если магнитное поле воздействует многократно и в течение значительного времени (этому соответствует протяженность рабочего зазора (камеры) электромагнитного аппарата.
✓ что эффект влияния магнитного поля на предотвращение накипи определяется в основном термодинамической неравномерностью по солям жесткости, на момент воздействия магнитным полем. Этому способствует и наличие ферромагнитных окислов железа, обусловливающих образование центров кристаллизации. Это и положено, как один из возможных вариантов, в основу трактовки механизма воздействия магнитного поля на воду в теплоэнергетике.
✓ Магнитное поле обладает способностью перестраивать структуру воды, что обусловлено растворенным в воде кислородом.

Магнитное поле и кристаллизация
Одним из основных условий кристаллизации является пересыщенное состояние раствора. В дальнейшем в результате фазовых превращений образуются центры кристаллизации, на которых и происходит выделение кристаллизующего вещества. Таким образом, кинетика кристаллизации определяется следующими условиями: пресыщением, возникновением микрозародышей (первичных аморфных частиц), их ростом и, наконец, образованием центров кристаллизации.
В результате взаимодействия 2-х молекул (ионов) возникают мельчайшие структурные образования, которые объединяются с третьей молекулой (ионом) и т.д. Сначала могут образовываться короткие цепи или плоские мономолекулярные слои. В этих условиях силы отталкивания молекул (ионов) друг от друга оказываются меньше сил их взаимного притяжения, и равнодействующая этих сил приводит к агломерации данных молекул (ионов), к образованию ими элементов кристаллической решетки, т.е. к возникновению кристаллического зародыша, являющегося элементарной частицей твердой фазы.
Кристаллизация может происходить значительно быстрее и легче, если в растворе уже существует твердая поверхность. Примером влияния готовой поверхности на кристаллизацию может служить тот факт, что зародыши кристаллизации (и накипь) обычно образуются на поверхности нагрева или охлаждения теплового агрегата, т.к. энергия, затрачиваемая на их образование на твердой стенке, будет значительно меньше энергии, необходимой для образования в объеме воды. При этом на образование зародыша и кристаллизацию будут влиять также электрическое взаимодействие и характер поверхности: наличие шероховатости, трещины, т.е. факторы, увеличивающие площадь поверхности, в присутствии которых величина работы образования зародыша может быть настолько уменьшена, что выделение твердой фазы в известных условиях может произойти даже из непресыщенного раствора.

Роль магнитного поля и окислов железа в образовании центров кристаллизации.
Магнитное поле обусловливает образование кристаллических микрозародышей накипеобразователей в водных растворах. В дальнейшем при нагревании зародыши превращаются в кристаллические центры. Их количество значительно больше, а размер меньше, чем при отсутствии предварительной обработки воды магнитным полем. Кроме того, сокращается латентный период кристаллизации, т.е. твердая фаза выделяется раньше.
Большое значение имеет индуцированный электрический ток, возникающий при наложении магнитного поля; при этом нарушаются условия гидратации ионов и создаются благоприятные условия для их сближения и образования кристаллических центров.
Важна роль железа, присутствующего в воде в коллоидном состоянии, как возбудителя кристаллизации. Под действием магнитного поля устойчивость поля железа нарушается, и образуются частицы, которые быстрее коагулируют, укрупняются и адсорбируют накипеобразователи. При этом получаются более рыхлые осадки, чем в отсутствие воздействия магнитного поля на воду. Помимо того, в результате старения коллоида его ядро может распадаться с образованием ферромагнитных частиц, положительно влияющих на противонакипной эффект.
Ферромагнитные окислы железа, входящие в состав кристаллических частиц, могут проявлять стрикционный эффект, приводящий к дроблению зародыша, в результате которого увеличивается количество центров кристаллизации и соответственно возрастает противонакипной эффект.

УСТРОЙСТВА МАГНИТНОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ

Электромагнитные аппараты
Электромагнитные аппараты предназначены для электромагнитной обработки воды с целью снижения карбонатных отложений на теплоотдающих поверхностях отопительных котлов и скоростных водоподогревателей систем отопления и горячего водоснабжения а так же обработке воды, циркулирующей через теплообменное оборудование тепловых пунктов и употребляемой для горячего водоснабжения оборотного охлаждения.

Одновременно      с магнитной обработкой воды     рекомендуется осуществлять мероприятия по удалению механических примесей методом фильтрования или отстоя.

Принцип работы
Принцип действия электромагнитных аппаратов основан на физическом явлении, заключающемся в том, что растворенные в воде соли жесткости под воздействием магнитного поля определенной напряженности и полярности претерпевают определенные структурные изменения, в результате чего создаются условия для образования ионных абсоциатов, которые являются зародышами новой фазы и могут выполнять роль центров кристаллизации.
Благодаря этому при нагревании и выпаривании воды, подвергнутой магнитной обработке, растворенные в ней соли кальция и магния не осаждаются на поверхностях, а выпадают в виде мелкодисперсного кристаллического шлама.

Устройство и работа электромагнитных аппаратов.
Общий вид в разрезе электромагнитного аппарата показан на рисунке. Электромагнитный аппарат состоит из корпуса, изготовленного из стальной трубы, во внутрь которого в процессе сборки аппарата вставляется электромагнитная система, состоящая из кожуха (немагнитный материал), намагничивающих катушек, полюсных колец, сердечника.
С одной стороны, кожух электромагнита закрыт конусной гайкой, с другой стороны имеется фланец, соединяемый с фланцем корпуса с помощью болтов.
Между фланцем кожуха и корпуса устанавливается резиновая прокладка.
Центровка кожуха электромагнита внутри корпуса аппарата осуществляется при помощи регулировочного винта.
Поступающая в электромагнитный аппарат вода проходит по рабочему зазору, пересекает магнитные поля и подвергается магнитной обработке.

​Аппарат электромагнитной обработки воды – в разрезе

​

​

​

​

​

​

​

​

​

1-Корпус аппарата, 2-Намагничевающие катушки, 3-Полюсные кольца, 4-Сердечник, 5-Кожух электромагнита, 6-Конусная гайка, 7-Фланец кожуха электромагнита, 8-Фланец корпуса, 9-регулировочный винт, 10-Рабочий зазор, 11-Боковой патрубок, 12-Переходные муфты, 13-Распорные втулки.

Внешний вид прямоточного аппарата!