Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
ГК НЭК

Аппараты магнитной обработки воды

О. В. Мосин, канд. хим. наук

Сокращенная версия статьи опубликована в журнале «Новости теплоснабжения» № 11 (147) 2012 г.

В статье приводится обзор перспективных современных направлений и подходов в практической реализации противонакипной магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке, для устранения накипеобразования cолей жесткости (карбонатные, хлоридные и сульфатные соли Ca2+, Mg2+, Fe2+ и Fe3+) в теплообменной аппаратуре, трубопроводах и сантехнических системах. Рассмотрены принципы физического воздействия магнитного поля на воду, параметры протекающих в воде физико-химических процессов и поведение расстворенных в подвергнутой магнитной обработке воде солей жесткости. Показано, что воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер. Приведены конструктивные особенности выпускаемых отечественной промышленностью аппаратов магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах – гидромагнитных систем (ГМС), магнитных преобразователях и магнитных активаторов воды. Дана эффективность использования аппаратов магнитной обработки воды в водоподготовке.

Введение

Воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер и в конечном результате сказывается на изменениях структуры воды и гидратированных ионов, физико-химических свойствах и поведении растворённых в ней неорганических солей [1]. При воздействии на воду магнитного поля в ней изменяются скорости химических реакций за счет протекания конкурирующих реакций растворения и осаждения растворенных солей, происходит образование и распад коллоидных комплексов, улучшается электрохимическая коагуляция с последующей седиментацией и кристаллизацией солей [2]. Также имеются достоверные данные, указывающие на бактерицидное действие магнитного поля [3], что существенно для использования магнитной обработки воды в сантехнических системах, где требуется высокий уровень микробной чистоты.

В настоящее время гипотезы, объясняющих механизм воздействия магнитного поля на воду подразделяются на три основные взаимодополняющие группы – коллоидные, ионные и водные. Первые предполагают, что под влиянием магнитного поля в обрабатываемой воде происходит спонтанное образование и распад коллоидных комплексов ионов металлов, фрагменты распада которых формируют центры кристаллизации неорганических солей, что ускоряет их последующую седиментацию. Известно, что наличие в воде ионов металлов (особенно железа Fe3+) и микровключений из ферромагнитных частиц железа Fe2O3 интенсифицирует образование коллоидных гидрофобных золей ионов Fe3+ с ионами хлора Cl- и молекулами воды Н2О общей формулы [xFe2O3.yH2O·zFe3+].3zCl- [4], что может привести к появлению центров кристаллизации на поверхности которых адсорбируются катионы кальция Ca2+ и магния Mg2+, составляющие основу карбонатной жесткости воды, и образованию мелкодисперстного кристаллического осадка, выпадающего в виде шлама. При этом, чем больше и устойчивее гидратная оболочка ионов, тем труднее им сближаться или оседать на адсорбирующих комплексах на поверхностях раздела жидкой и твердой фаз.

Гипотезы второй группы объясняют действие магнитного поля поляризацией растворённых в воде ионов и деформацией их гидратных оболочек, сопровождающаяся уменьшением гидратации – важного фактора, обуславливающего растворимость солей в воде, электролитическую диссоциацию, распределение веществ между фазами, кинетику и равновесие химических реакций в водных растворах, в свою очередь повышающей вероятность сближения гидратов ионов и процессы седиментации и кристаллизации неорганических солей [5]. В научной литературе имеются экспериментальные данные, подтверждающие, что под влиянием магнитного поля происходит временная деформация гидратных оболочек расстворенных в воде ионов, а также изменяется их распределение между твердой и жидкой водяной фазой [6]. Предполагается, что воздействие магнитного поля на расстворенные в воде ионы Ca2+, Mg2+, Fe2+ и Fe3+ может быть также связано с генерированием в движущемся потоке воды слабого электрического тока или с пульсацией давления [7].

Гипотезы третьей группы постулируют, что магнитное поле за счет поляризации дипольных молекул воды оказывает воздействие непосредственно на структуру ассоциатов воды, образованных из множества молекул воды, связанных друг с другом посредством низкоэнергетичных межмолекулярных ван-дер-вальсовых, диполь-дипольных и водородных связей, что может привести к деформации водородных связей и их частичному разрыву, миграции подвижных протонов Н+ в ассоциативных элементах воды и перераспределению молекул воды во временных ассоциативных образованиях молекул воды – кластерах общей формулы (Н2О)n, где n по последним данным может достигать от десятков до нескольких сотен единиц [8]. Эти эффекты в совокупности могут привести к изменению структуры воды, что обуславливает наблюдаемые изменения её плотности, поверхностного натяжения, вязкости, значения рН и физико-химических параметров протекающих в воде процессов, в т. ч. растворения и кристаллизации расстворенных в воде неорганических солей [9]. В результате содержащиеся в воде магниевые и кальциевые соли теряют способность формироваться в виде плотного отложения - вместо карбоната кальция СаСО3 образуется более щадящая мелкокристаллическая полиморфная форма СаСО3, по структуре напоминающая арагонит, который или совсем не выделяется из воды, поскольку рост кристаллов останавливается на стадии микрокристаллов, или выделяется в виде тонкодисперсной взвеси, скапливающейся в грязевиках или отстойниках. Также имеются сведения о влиянии магнитной водообработки на уменьшение концентрации в воде кислорода и углекислого газа, что объясняется возникновением метастабильных клатратных структур катионов металлов по типу гексааквакомплекса [Са(Н2О6)]2+. Комплексное воздействие магнитного поля на структуру воды и гидратированные катионы солей жесткости открывает широкие перспективы для использования магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке.

Магнитная обработка воды широко внедряется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Так, в строительстве обработка цемента магнитной водой в процессе его гидратации сокращает сроки затвердевания клинкерных составляющих цемента с водой, а мелкокристаллическая структура формирующихся твердых гидратов придает изделиям большую прочность и повышает их стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды [10]. В сельском хозяйстве пятичасовое замачивание семян в омагниченной воде заметно повышает урожай; полив омагниченной водой стимулирует на 15-20% рост и урожайность сои, подсолнечника, кукурузы, помидоров [11]. В медицине применение намагниченной воды способствует растворению почечных конкрементов, оказывает бактерицидное действие [12]. Предполагается, что биологическая активность омагниченной воды связана с повышением проницаемости биологических мембран тканевых клеток за счёт большей структурированности омагниченной воды, т.к. под воздействием магнитного поля молекулы воды, представляющие собой диполи ориентируются упорядоченно относительно полюсов магнита [13].

Перспективно использование магнитной обработки в водоподготовке для умягчения воды, поскольку ускорение процесса кристаллизации накипеобразующих солей в воде при магнитной обработке, приводит к значительному уменьшению концентраций растворенных в воде ионов Ca2+ и Mg2+ за счет процесса кристаллизации и уменьшения размеров кристаллов, осаждающихся из нагреваемой воды, подвергнутой магнитной обработке. Для удаления из воды трудно осаждаемых тонких взвесей (мути) используется способность омагниченной воды изменять агрегатную устойчивость и ускорять коагуляцию (слипание и осаждение) взвешенных частиц с последующим образованием мелкодисперстного осадка, что способствует извлечению из воды разного рода взвесей. Омагничивание воды может применяться на водопроводных станциях при значительной мутности природных вод; аналогичная магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения.

Магнитная обработка воды помогает не только предотвращать выпадение накипеобразующих солей из воды, но и значительно уменьшать отложения органических веществ, например, парафинов. Такая обработка оказывается полезной в нефтедобывающей промышленности при добыче высокопарафиновой нефти, причем эффекты магнитного поля возрастают, если нефть содержит воду.

Наиболее востребованной и эффективной магнитная обработка воды оказалась в теплообменных устройствах и системах, чувствительных к накипи – в виде образующихся на внутренних стенках труб паровых котлов, теплообменников и других теплообменных аппаратов твёрдых отложений гидрокарбонатных (углекислые соли кальция Са(НСО3)2 и и магния Mg(НСО3)2 при нагреве воды разлагающиеся на СаСО3 и Mg(OH)2 с выделением СО2), сульфатных (CaSO4, MgSO4), хлоридных (MgSO4, MgCl2) и в меньшей мере силикатных (SiO32-) солей кальция, магния и железа [14].

Повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, а несвоевременная очистка теплообменников и труб от накипи в виде карбонатных, хлоридных и сульфатных солей Ca2+, Mg2+ и Fe3+ приводит к уменьшению диаметра трубопровода, что ведёт к повышенному гидравлическому сопротивлению, что в свою очередь негативно сказывается на работе теплообменного оборудования. Поскольку накипь обладает чрезвычайно малым коэффициентом теплопроводности, чем металл, из которого изготовлены нагревательные элементы, на подогрев воды расходуется больше времени. Поэтому с течением времени энергетические потери могут сделать работу теплообменника на такой воде неэффективной или вовсе невозможной. При большой толщине внутреннего слоя накипи происходит нарушение циркуляции воды; в котельных установках это может привести к перегреву металла, и, в конечном итоге, к его разрушению. Все эти факторы приводят к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и сантехнического оборудования и требует значительных капитальных вложений и дополнительных денежных расходов с целью очистки теплообменной аппаратуры. В целом, магнитная обработка воды обеспечивает снижение коррозии стальных труб и оборудования на 30-50% (в зависимости от состава воды), что дает возможность увеличить срок эксплуатации теплоэнергетического оборудования, водопроводов и паропроводов и существенно снизить аварийность [15].

Согласно СНиП 11-35-76 “Котельные установки”, магнитную обработку воды для теплооборудования и водогрейных котлов целесообразно проводить, если содержание ионов железа Fe2+ и Fe3+ в воде не превышает 0,3 мг/л, кислорода - 3 мг/л, постоянная жесткость (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2) - 50 мг/л, карбонатная жёсткость (Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2) не выше 9 мг-экв/л, а температура нагрева воды не должна превышать 95 0С. Для питания паровых котлов – стальных, допускающих внутрикотловую обработку воды, и чугунных секционных – использование магнитной технологии обработки воды возможно, если карбонатная жёсткость воды не превышает 10 мг-экв/л, содержание Fe2+ и Fe3+ в воде - 0,3 мг/л, при поступлении воды из водопровода или поверхностного источника [16]. Ряд производств устанавливает более жесткие регламентации к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,035-0,05 мг-экв/л): для водотрубных котлов (15-25 ати) - 0,15 мг-экв/л; жаротрубных котлов (5-15 ати) - 0,35 мг-экв/л; котлов высокого давления (50-100 ати) - 0,035 мг-экв/л.

Магнитная обработка воды по сравнению с традиционными способами умягчения воды ионным обменом и обратным осмосом технологически проста, экономична и экологически безопасна. Обработанная магнитным полем вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и существенно не меняет солевой состав, сохраняя качества питьевой воды. Использование других методов и технологий может быть связано с увеличением материальных затратат и проблемами утилизации использованных в процессе водоподготовки химических реагентов (чаще всего кислот). При этом часто приходится вкладывать дополнительные материальные затраты, изменять режим работы тепловых аппаратов, применять специальные химические реагенты, изменяющие солевой состав обрабатываемой воды и др. В ионнообменных умягчителях воды используются Na+-катиониты, которые после катионирования регенерируются раствором хлористого натрия (NaCl) [17]. Это создает проблемы для окружающей среды из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей натрия. Воду умягчают также с помощью обратноосмотических мембранных фильтров, проводящих ее глубокое обессоливание. Однако этот метод менее распространен из-за высокой стоимости мембран и ограниченного ресурса их работы.

Магнитная обработка воды лишена вышеперечисленных недостатков и эффективна при обработке кальциево-карбонатных вод, которые составляют около 80% всех вод России. Сферы применения магнитной обработки воды в теплоэнергетике охватывают паровые котлы, теплообменники, бойлеры, компрессорное оборудование, системы охлаждения двигателей и генераторов, генераторы пара, сети снабжения горячей и холодной водой, системы централизованного отопления, трубопроводы и другое теплообменное оборудование.

Учитывая все эти тенденции и перспективы использования магнитной водообработки во многих отраслях промышленности, в настоящее время весьма актуальна разработка новых и совершенствование существующих технологий магнитной обработки воды для достижения более высокой эффективности работы и функционирования аппаратов магнитной обработки воды с целью более полного извлечения из воды солей жесткости и повышения ресурсов их работы.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и конструкции аппаратов магнитной обработки воды

Принцип действия существующих магнитных аппаратов умягчения воды основан на комплексном многофакторном воздействии магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами или электромагнитами на растворённые в воде гидратированные катионы металлов и структуру гидратов и водных ассоциатов, что приводит к изменению скорости электрохимической коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных заряженных частиц в потоке намагниченной жидкости и образованию многочисленных центров кристаллизации, состоящих из кристаллов практически одинакового размера.

В процессе магнитной обработки воды происходят несколько процессов:

-смещение электромагнитным полем равновесия между структурными компонентами воды и гидратированными ионами;

-увеличение центров кристаллизации растворенных в воде солей в заданном объеме воды на микровключениях из дисперстных феррочастиц;

-изменение скорости коагуляции и седиментации дисперсных частиц в обрабатываемом магнитном поле потоке жидкости.

Противонакипный эффект при магнитной обработке воды зависит от состава обрабатываемой воды, напряженности магнитного поля, скорости движения воды, продолжительности ее пребывания в магнитном поле и других факторов. В целом, противонакипный эффект при магнитной обработке воды усиливается с повышением температуры обрабатываемой воды; при более высоком содержании ионов Ca2+ и Mg2+; с увеличением значения рН воды: а также при уменьшении общей минерализации воды.

При движении потока молекул воды в магнитном поле перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y (см. вектор V), будет возникать момент сил F1, F2 (сила Лоренса), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости (рис. 1). При движении молекулы в горизонтальной плоскости, вдоль оси Z , будет возникать момент сил в вертикальной плоскости. Но полюса магнита будут всегда препятствовать повороту молекулы, и поэтому тормозить движение молекул перпендикулярно линиям магнитного поля. Это приводит к тому, что в молекуле воды, помещённой между двумя полюсами магнита остаётся только одна степень свободы – колебание вдоль оси X - силовых линий приложенного магнитного поля. По всем остальным координатам движение молекул воды будет ограниченным: молекула воды становится "зажатой" между полюсами магнита, совершая лишь колебательные движения относительно оси X. Определённое положение диполей молекул воды в магнитном поле вдоль силовых линий поля будет сохраняться, тем самым делая расположение диполей воды более упорядоченным.

Рис. 1. Поведение молекулы воды в магнитном поле.

Экспериментально доказано, что на неподвижную воду магнитные поля действуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая вода обладает некоторой электропроводностью; при ее перемещении в магнитных полях генерируется небольшой электрический ток [18]. Поэтому данный способ обработки движущейся в потоке воды часто обозначается магнитогидродинамической обработкой (МГДО). С использованием современных методов МГДО можно добиться таких эффектов в водоподготовке как, увеличение значения рН воды (для уменьшения короззионной активности потока воды), создание локального увеличения концентрации ионов в локальном объёме воды (для преобразования избыточного содержания ионов солей жёсткости в тонкодисперсную кристаллическую фазу и предотвращения выпадения солей на поверхности трубопроводов и теплообменного оборудования) и др. [19].

Конструктивно большинство аппаратов магнитной обработки воды представляют собой магнитодинамическую ячейку, изготавливаемую в виде полого цилиндрического элемента из ферромагнитного материала, с магнитами внутри, врезающегося в водопроводную трубу с помощью фланцевого или резьбового соединения с кольцевым зазором, площадь поперечного сечения которого не меньше площади проходного сечения подводящего и отводящего трубопроводов, что не приводит к существенному падению давлению на выходе апарата [20]. В результате ламинарного стационарного течения электропроводящей жидкости, каковой является вода, в магнитодинамической ячейке, находящейся в однородном поперечном магнитном поле с индукцией B0 (рис. 2), генерируется сила Лоренца [21], величина которой зависит от заряда q частицы, скорости её движения u и индукции магнитного поля B.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости движения жидкости и к линиям индукции магнитного поля В, в результате чего заряжённые частицы и ионы в потоке жидкости движутся по окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям вектора B [22]. Таким образом, выбирая необходимое расположение вектора магнитной индукции В относительно вектора скорости потока жидкости, можно целенаправленно воздействовать на ионы солей жёсткости Ca2+, Mg2+, Fe2+ и Fe3+, перераспределяя их в заданном объёме водной среды.

Рис. 2 – Схема течения потока воды в магнитогидродинамической ячейке. σ - электропроводность стенок ячейки; В0 – амплитудное значение вектора индукции магнитного поля.

Согласно теоретическим расчётам, чтобы инициировать кристаллизацию солей жёсткости внутри объёма движущейся по трубе жидкости от стенок труб в зазорах магнитного устройства, задаётся такое направление индукции магнитного поля В0, при котором в середине зазоров образовалась зона с нулевым значением индукции. С этой целью магниты в устройстве располагаются одинаковыми полюсами навстречу друг другу (рис. 3). Под действием силы Лоренца в водной среде возникает противоток анионов и катионов, взаимодействующих в зоне с нулевым значением магнитной индукции, что способствует созданию в этой зоне концентрации взаимодействующих друг с другом ионов, что приводит к их последующему осаждению и созданию центров кристаллизации накипеобразующих солей.

Рис. 3 – Схема расположения магнитов, линий индукции, векторов силы Лоренца и ионов в МГДО. 1 – анионы, 2 – направление индуцированных токов, 3 – зоны с нулевым значением индукции, 4 – катионы.

Отечественной промышленностью выпускается два типа аппаратов для магнитной обработки воды (АМО) – на постоянных магнитах и работающих от источников переменного тока электромагнитах (соленоид с феромагнетиком), генерирующих переменное магнитное поле. Кроме устройств с электромагнитами применяются аппараты импульсного магнитного поля, распространение которого в пространстве характеризуется частотной модуляцией и импульсами с интервалами в микросекунды, способные генерировать сильные с индукцией 5-100 Тл и сверхсильные магнитные поля с индукцией более 100 Тл. Для этого используются главным образом геликоидальные соленоиды, изготовленные из прочных сплавов стали и бронзы. При получении сверхсильных постоянных магнитных полей с большей индукцией используются сверхпроводящие электромагниты

Требования, регламентирующие условия работы всех аппаратов магнитной обработки воды следующие:

-Подогрев воды в аппарате должен быть не выше 95 °С;

-Содержание ионов железа Fe2+, Fe3+ в обрабатываемой воде - не более 0,3 мг/л.

-Суммарное содержание хлоридов и сульфатов Са2+ и Mg2+ (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2) - не более 50 мг/л;

-Карбонатная жесткость (Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2), - не выше 9 мг-экв/л;

-Содержание в воде растворенного кислорода - не более 3 мг/л,

-Скорость движения потока воды в аппарате 1-3 м/с.

В магнитных аппаратах, работающих от электромагнитов, вода подвергается непрерывному регулируемому воздействию магнитного поля различной напряженности с чередующимися по направлению векторами магнитной индукции, а электромагниты могут быть расположены как внутри, так и вне аппарата. Электромагнит состоит из трехобмоточной катушки и магнитопровода, образуемого сердечником, кольцами каркаса катушки и кожухом. Между сердечником и катушкой образован кольцевой зазор для прохода обрабатываемой воды. Магнитное поле дважды пересекает поток воды в направлении, перпендикулярном ее движению. Блок управления обеспечивает однополупериодное выпрямление переменного тока в постоянный. Для установки электромагнита в трубопровод предусмотрены переходники. Сам аппарат нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию. При наличии в системе центробежного насоса аппарат магнитной обработки устанавливается после него.

В конструкциях магнитных аппаратов второго типа применяются постоянные магниты на основе современных порошкообразных носителей - магнитофоров, ферромагнетиков из феррита бария и редкоземельных магнитных материалов из сплавов редкоземельных металлов неодима (Nd), самария (Sm) с цирконием (Zr), железом (Fe), медью (Cu), титаном (Ti), кобальтом (Co) и бором (B). Последние на основе неодима (Nd), железа (Fe), титана (Ti) и бора (B) предпочтительнее, т.к. они обладают большим сроком эксплуатации, намагниченностью 1500-2400 кА/м, остаточной индукцией 1,2-1,3 Тл, энергией магнитного поля 280-320 кД/м3 (табл. 1) и не теряют своих свойств при нагреве до 150 0С.

Таблица 1. Основные физические параметры редкоземельных постоянных магнитов.

Состав магнита Остаточная индукция, Тл Намагниченность, кА/м Энергия магнитного поля, кД/м3
Sm-Zr-Fe-Co-Cu 1,0-1,1 1500-2400 180-220
Nd-Fe-Co-Ti-Cu-B 1,2-1,3 1500-2400 280-320

Постоянные магниты, ориентированные определенным образом располагаются соосно внутри цилиндрического корпуса магнитного элемента, изготовленного из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, на концах которого находятся снабженные центрирующими элементами конусные наконечники, соединенные аргонно-дуговой сваркой. Основным элементом магнитного преобразователя (магнитнодинамичейской ячейки) является многополюсный магнит цилиндрической формы, создающий симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу магнита меняют направление на противоположное. За счет соответствующего расположения магнитов, создающих высокоградиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку, достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на расстворенные в воде ионы накипеобразующих солей. В результате кристаллизация накипеобразующих солей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая удаляются потоком воды при продувки системы в специальные отстойники или грязевики, устанавливаемого в любой системе отопления, горячего водоснабжения, а также в технологических системах различного назначения. Оптимальный интервал скоростей движения потока воды для ГМС составляет 0,5-4,0 м/с, оптимальное давление – 16 атм. Срок эксплуатации составляет, как правило, 10 лет.

В экономическом плане более выгодно использовать аппараты на постоянных магнитах. Основной недостаток этих аппаратов в том, что постоянные магниты на основе феррита бария размагничиваются на 40-50% после 5 лет эксплуатации. При проектировании магнитных аппаратов задается тип аппарата, eгo производительность, индукция магнитного поля в рабочем зазоре или соответствующая ей напряженность магнитного поля, скорость воды в рабочем зазоре, время прохождения водой активной зоны аппарата, состав ферромагнетика (аппараты с электромагнитами), магнитный сплав и размеры магнита (аппараты с постоянными магнитами).

Выпускаемые отечественной промышленностью устройства магнитной обработки воды подразделяются на работающие на электромагнитах аппараты магнитной обработки воды (АМО) и использующие постоянные магниты гидромагнитные системы (ГМС), магнитные преобразователи (гидромультиполи) (МПВ, MWS, ММТ) и активаторы воды серий АМП, МПАВ, МВС, КЕМА бытового и промышленного назначения. Большинство из них схожи по конструкции и принципу действия (рис. 4 и рис. 5). ГМС выгодно отличаются от магнитных устройств на основе электромагнитов и магнитотвердых ферритов, поскольку при их эксплуатации отсутствуют проблемы, связанные с потреблением электроэнергии и с ремонтом при электрическом пробое обмоток электромагнита [23]. Эти аппараты могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водяных котлах, системах водонагрева различного технологического оборудования (компрессорные станции, электрические машины, термическое оборудование и др.). Хотя ГМС рассчитаны на расход воды от 0,08 до 1100 м3/час, соответственно на трубопроводы диаметром 15-325 мм, однако есть опыт создания магнитных аппаратов для ТЭЦ с размерами трубопровода 4000 х 2000 мм.

Рис. 4 Виды аппаратов для магнитной обработки воды (ГМС) на постоянных магнитах с фланцевыми (вверху) и резьбовыми (внизу) соединениями.

Рис. 5. Аппарат магнитной обработки воды на электромагнитах АМО-25УХЛ.

Современные аппараты для магнитной обработки воды на основе постоянных (табл. 1) и электромагнитов (табл. 2) используются для предотвращения накипи; для снижения эффекта накипеобразования в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения, нагревательных элементов котельного оборудования, теплообменников, парогенераторов, охлаждающего оборудования и т.п.; для предотвращения очаговой коррозии в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения; осветления воды (например после хлорирования); в этом случае скорость осаждения накипеобразующих солей увеличивается в 2-3 раза, что требует отстойники меньшей емкости; для увеличения фильтроцикла систем химической водоподготовки - фильтроцикл увеличивается в 1,5 раза при уменьшении потребление реагентов, а также для очистки теплообменных агрегатов [24]. При этом аппараты магнитной обработки воды могут использоваться самостоятельно или как составная часть любых установок, подверженных накипеобразованию в процессе эксплуатации - систем подготовки воды в жилых помещениях, коттеджах, детских и лечебно-профилактических учреждениях, для водоподготовки в пищевой промышленности и т.п. Применение этих аппаратов наиболее эффективно для обработки воды с преобладанием карбонатной жесткости до 4 мг-экв/л, и общей жесткости до 6 мг-экв/л при общей минерализации до 500 мг/л.

Табл. 2. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на постоянных магнитах.

Основные характеристики:

· Условный диаметр (мм.): 10 ; 15; 20; 25; 32

· Номинальное давление (МПа): 1

Параметр
Модель аппарата
АМП 10 РЦ АМП 15 РЦ АМП 20РЦ АМП25РЦ АМП32РЦ
Амплитудное значение магнитной индукции (В0) на поверхности рабочей зоны, мТл 180
Количество рабочих зон 5
Номинальный расход воды, миним./норм./макс.
м3/час
0.15/0.5/0.71 0.35/1.15/1.65 0.65/1.9/2.9 1.0/3.0/4.5 1.6/4.8/7.4
Диаметр условного прохода, мм 10 15 20 25 32
Соединение, дюйм ½ 1/2 3/4 1 11/4
Максимальное рабочее давление, МПА) 1
Рабочий температурный интервал эксплуатации, 0С 5–120
Размеры, (LxD ), мм 108х32 124х34 148х41 172х50 150х56
Масса, кг 0.5 0.75 0.8 1.2 1.8

Табл. 3. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на электромагнитах.

Основные характеристики:

· Условный диаметр (мм.): 80 ; 100; 200; 600

· Номинальное давление (МПа): 1.6

Параметр Модель аппарата
АМО-25УХЛ АМО-100УХЛ АМО-200УХЛ AMO-600УХЛ
Напряжение, В 220
Частота сети, Гц 60
Производительность по обрабатываемой воде м3 25 100 200 600
Напряженность магнитного поля, кА/м 200
Температура обрабатываемой воды, °С 60 40 50 70
Рабочее давление воды, МПа 1,6
Потребляемая электромагнитом мощность, КВт 0,35 0,5 0,5 1,8
Габаритные размеры электромагнита, мм 260х410 440х835 520х950 755х1100
Габаритные размеры блока питания, мм 250х350х250
Масса электромагнита, кг 40 200 330 1000
Масса блока питания, кг 8,0

Выводы

На основании данной работы можно сделать следующие выводы:

1) при магнитной обработке воды происходит воздействие на саму воду, на механические примеси и ионы накипеобразующих солей и на природу протекающих в воде физико-химических процессов расстворения и кристаллизации;

2) в воде, прошедшей магнитную обработку, возможны изменения гидратации ионов, растворимости солей, значения рН, что выражается в изменении химических реакций и скорости коррозионных процессов.

Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным динамично развивающимся современным направлением в водоподготовке для умягчения воды, вызывающее множество сопутствующих физико-химических эффектов, физическую природу и область применения которых еще только начинают изучать. Сейчас отечественной промышленностью выпускаются различные аппараты магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах, находящие широкое применение в теплоэнергетике и водообработке. Неоспоримыми достоинствами магнитной обработки в отличие от традиционных схем умягчения воды с помощью ионного обмена и обратного осмоса является простота технологической схемы, экологическая безопасность и экономичность. Кроме этого метод магнитной обработки воды не требует каких-либо химических реактивов и поэтому является экологически чистым.

Несмотря на все достоинства аппаратов магнитной обработки воды, на практике эффект магнитного поля зачастую проявляется только в первый период эксплуатации, затем эффект постепенно снижается. Это явление потери магнитных свойств воды называется релаксацией. Поэтому в тепловых сетях кроме омагничивания подпиточной воды часто необходимо обрабатывать воду, циркулирующую в системе путем создания так называемого антирелаксационного контура, при помощи которого обрабатывается вся вода, циркулирующая в системе.

Список литературы

1. Очков В. Ф. Магнитная обработка воды: история и современное состояние // Энергосбережение и водоподготовка, 2006, № 2, с. 23-29.

2. Классен В. И. Омагничивание водных систем, Химия, Москва, 1978, с. 45.

3. Соловьева Г. Р. Перспективы применения магнитной обработки воды в медицине, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1974, с. 112.

4. Креетов Г. А. Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Ленинград, 1984.

5. Мартынова О. И., Гусев Б.Т., Леонтьев Е.А., К вопросу о механизме влияния магнитного поля на водные растворы солей // Успехи физических наук, 1969, № 98, с. 25-31.

6. Чеснокова Л.Н. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Цветметинформация, Москва, 1971, с. 75.

7. Kronenberg K. Experimental evidence for the effects of magnetic fields on moving water // IEEE Transactions on Magnetics (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1985, V. 21, № 5, p. 2059–2061.

8. Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды и физическая реальность // Сознание и физическая реальность. 2011, Т. 16, № 9, с. 16-32.

9. Банников В.В. Электромагнитная обработка воды. // Экология производства, 2004, № 4, с. 25-32.

10. Пороцкий Е.М., Петрова В.М. Исследование влияния магнитной обработки воды на физико-химические свойства цемента, раствора и бетона, Материалы научной конференции, ЛИСИ, Ленинград, 1971, с. 28-30.

11. Espinosa A.V., Rubio F. Soaking in water treated with electromagnetic fields for stimulation of germination in seeds of pawpaw (Carica papaya L.) // Centro Agricola, 1997, V. 24, № 1, p. 36-40.

12. Гребнев А.Н., Классен В.И., Стефановская Л.К., Жужгова В.П. Растворимость мочевого камня человека в омагниченной воде, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1971, с. 142.

13. Шимкус Э.М., Аксенов Ж.П., Каленкович Н.И., Живой В.Я. О некоторых лечебных свойствах воды, обработанной магнитным полем, в сб.: Влияние электромагнитных полей на биологические объекты, Харьков, 1973, с. 212.

14. Штереншис И.П. Современное состояние проблемы магнитной обработки воды в теплоэнергетике (обзор), Атоминформэнерго, Москва, 1973, с. 78.

15. Мартынова О.И., Копылов А.С., Теребенихин У.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния магнитной обработки на процессы накипеобразования и коррозии // Теплоэнергетика, 1979, №. 6, с. 34-36.

16. СНиП 11-35-76 “Котельные установки”. Москва, 1998.

17. Щелоков Я.М. О магнитной обработке воды // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 8, № 24, с. 41-42.

18. Присяжнюк В.Я. Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы // СОК, Рубрика Сантехника и водоснабжение, 2004, № 11, с. 45-59.

19. Тебенихин Е.Ф., Гусев Б.Т. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике, Энергия, Москва, 1970, с. 144.

20. С. И. Кошоридзе С.И., Левин Ю.К. Физическая модель снижения накипеобразования при магнитной обработке воды в теплоэнергетических устройствах // Теплоэнергетика, 2009, № 4, с. 66-68.

Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока, Владивосток, изд-во Дальневосточного университета, 1990, с. 134.

21. Савельев И.В. Курс общей физики, том 2, Электричество и магнетизм. Волны. Оптика, Наука, Москва, 1978, с. 480.

22. Брановер Г.Г., Циннобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред, Наука, Москва, 1970, с. 380.

23. Домнин А.И. Гидромагнитные системы – устройства для предотвращения образования накипи и точечной коррозии // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 12, № 28, с. 31-32.

24. Мосин О.В. Магнитные системы обработки воды. Основные перспективы и направления // Сантехника, 2011, № 1, c. 21-25.

О. В. Мосин , Аппараты магнитной обработки воды

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения", № 11 (147), 2012, www.ntsn.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru