Электродинамические декальцификаторы

M. Gozzi

 

Тема, вынесенная в заголовок, относится к непростым вопросам, поскольку многие аппараты не оправдали ожиданий. Не так давно для электронной декальцификации стала применяться новая теоретическая база. Некоторые результаты и опыт эксплуатации такой техники дают основания с большим оптимизмом отнестись к данной технологии.

В настоящее время торговля предлагает множество аппаратов, предназначенных для физической очистки воды. Все их можно разделить на следующие группы: устройства с постоянными магнитами, электролитические, электромагнитные с одинарным и двойным действием и электродинамические. Для последней из перечисленных групп была разработана оригинальная электронная система, отличающаяся от всех других способом генерации электрического поля в гидравлическом контуре.

Здесь, как и в иных аналогичных устройствах, используется высокочастотный источник напряжения, но в отличие от прежних напряжение, индуцируемое в воде, создается посредством трансформатора с ферритовым сердечником.

В первичной обмотке трансформатора генерируются высокочастотные импульсы напряжения, которые во вторичной обмотке, составляемой гидравлическим контуром, индуктируют напряжение, расходящееся по всему трубопроводу и даже на смежные системы.

Таким образом, основное преимущество такого способа в том, что декальцинирующий эффект возникает не только вблизи точки установки устройства, но и распространяется на весь гидравлический контур. При этом эффект сохраняется в том числе, когда вода стоит.

Теоретически в плане электричества большую часть гидравлических систем можно рассматривать в качестве открытых контуров.

Чтобы генерировать электрический ток в открытом контуре необходимо располагать высокочастотным генератором и проводником, который будет действовать в качестве радиоантенны, генерируя стоячую волну. При средней длине домашнего гидравлического контура 60 м и исходном напряжении 10 В на 200 кГц мы получим в оконечной зоне контура напряжение 2,49 В.

Такое напряжение между оконечными участками гидравлической системы порождает переменный поток электронов от одного конца к другому. Образно говоря, принцип действия такого устройства сопоставим с действием реверсивного насоса, который гоняет электроны из конца в конец в обоих направлениях. В рассматриваемом примере пиковое напряжение составит 5 В.

Удаление известковых отложений

Обычно даже старая накипь может удаляться посредством предлагаемой системы. Время, необходимое для удаления, определяется количествами отложений, пористостью камня, типом отложений и скоростью движения воды, а также ее температурой и давлением. В большинстве случаев, если накипь имеет небольшую толщину, отложения кальция растворяются в первые же 3 месяца.

Эти факторы, однако, не дают 100% гарантии очищения системы в любом случае. Следует учитывать, что система, где трубопровод имеет небольшую протяженность и значительные отложения кальция либо пластинчатый теплообменник покрыт солидным слоем известкового камня, может попросту засориться частицами удаленной накипи. В таких случаях рекомендуется декальцификация и промывка системы с предварительной установкой сетчатого фильтра.

В бытовой водопроводной сети использование электродинамической декальцификации может привести к тому, что на протяжении первых трех месяцев работы после установки устройства в водяном контуре из кранов будет литься вода с известковым песком. Применение в сети системы электродинамической декальцификации само по себе не может быть причиной коррозии либо утечек, однако с удалением накипи вода приходит в соприкосновение с металлической поверхностью и может привести к утечке на участках резьбовых соединений.

В охлаждающих башнях и иных системах, где происходит испарение воды, концентрация кальция будет расти, в силу чего здесь потребуется установить фильтр (к примеру, на 50 мк), а также произвести общую промывку для удаления кальция из системы.

Способ установки

Описываемая система состоит из трех основных компонентов:

- источник питания;

- генератор сигнала;

- ферритовый магнитный контур.

В бытовых моделях магнитный контур образован двумя подковообразными ферритовыми сердечниками, установленными в кожухе генератора сигналов. Кожух ферритового сердечника раскрывается на части, чтобы его можно было надеть на водопроводную трубу.

Монтаж устройства на водогрейные колонки, настенные отопительные котлы и иные электробытовые приборы предусматривает подключение к источнику питания посредством кабеля и соединителя.

Как правило, в бытовой системе с настенным отопительным котлом устройство монтируется на участке подачи в него холодной воды. Такое решение, явно самое логичное, может тем не менее оказаться невозможным, если подающая труба располагается вне зоны досягаемости либо имеющееся пространство недостаточно для установки устройства. Тогда его можно смонтировать на трубе душа или водопроводного крана, поскольку, как было отмечено выше, электромагнитный сигнал распространяется как вверх, так и вниз от генератора сигналов.

Электромагнитный сигнал устройства электродинамической декальцификации может проходить не только по жилищу, где оно установлено, но и достигать соседнего.

Данное устройство удаления известковых отложений находит применение не только в бытовых водопроводных сетях и теплостанциях. Оно используется в химической и нефтехимической промышленности на рабочих теплообменниках и охлаждающих башнях, системах кондиционирования и пр. В промышленных моделях генератор сигналов монтируется на водопроводной трубе в герметичном контейнере. Магнитный контур образуется несколькими соединенными между собой сердечниками, охватывающими прокачивающую линию.

Монтаж на теплостанции производится по тем же критериям, которые используются при работе с настенными отопительными котлами.

Наличие резервуаров большой емкости, песочных или аналогичных фильтров и клапанов из ПВХ либо иных непроводящих материалов в известной мере ограничивают прохождение электромагнитных сигналов. Стало быть, устройство следует монтировать на определенном удалении от сетевых компонентов такого рода.

Рисунок 1. Система электродинамического удаления известковых отложений. Состоит из высокочастотного генератора и проводника, генерирующих стоячую волну.

Опыт эксплуатации

Рассмотрим три случая использования электродинамической системы удаления известковых отложений, определяющие для эксплуатационников и проектировщиков отправные точки для сопоставления данных примеров с иными похожими случаями.

Охлаждающая башня

Целью испытаний была проверка эффективности электродинамической системы удаления известковых отложений при очистке воды, поступающей из охлаждающей башни, контроль показателей уровня коррозии на теплообменниках и водопроводных трубах.

Поставленная задача и полученные результаты должны были лечь в основу рекомендаций по организации очистки воды на перспективных сетях.

Последние 10 лет в очистке воды гидравлических сетей используются полифосфаты, – для предотвращения образования неорганических отложений, летучих осаждений и других осадков, – пришедшие на замену хрому и цинку, применявшимся в качестве антикоррозийных минеральных солей. Такая очистка позволяет существенно ограничить рост водорослей и бактерий.

Рисунок 2. Напряжение, индуктируемое в воде, создается посредством трансформатора с ферритовым сердечником

С учетом того, что власти сегодня ужесточают требования к условиям применения химических загрязняющих веществ и тяжелых металлов, имея целью снизить ущерб, наносимый окружающей среде, производители химических препаратов разработали новые составы с добавками на органической основе, не являющиеся, по заявлению производителей, вредными для окружающей среды.

Рисунок 3. Типовая схема установки электродинамической системы удаления известковых отложений на сети с настенным отопительным котлом. Для домашнего применения с целью упрощения монтажа ферритовый сердечник разделен на две части, объединяемые пружиной.

Эффективность таких добавок, однако, достаточно сомнительна. Мнения пользователей о них весьма противоречивы. К тому же и стоят они довольно дорого.

Исходя из этих соображений было решено провести испытания с применением новой электрофизической технологии, которая должна была заменить прежний метод химической очистки. В качестве задач испытательных работ были поставлены:

- снижение (по сравнению с химическими препаратами) стоимостных показателей;

- сокращение процедуры ежедневного технического обслуживания, обусловленной использованием химической очистки, специалистами эксплуатационной организации и испытательной лаборатории.

Рисунок 4. Электродинамическая система удаления кальциевых отложений для применения в бытовой отопительной сети

С организацией работ было предложено ознакомиться представителям различных компаний – производителей устройств, основанных как на магнитном воздействии, так и на каталитическом. Были проверены и изучены технические, теоретические и оперативные параметры устройств. В некоторых случаях были проведены лабораторные испытания, а также консультации с рядом компаний, применявших аналогичные устройства на различной стадии испытаний.

После углубленного изучения и тщательного рассмотрения применимых устройств специалисты пришли к заключению, что технология электродинамической декальцификации имеет большие перспективы, нежели иные способы очистки воды на основе физических процессов.

Испытания проводились на теплообменнике промышленного типа. Теплообменник имел существенные известковые отложения. С помощью соответствующего инструмента был измерен вес теплообменника до и после испытаний на предмет выявления изменения общего веса агрегата.

Целью данных испытаний было показать возможности новой системы удаления извести.

Система была смонтирована на подающей трубе теплообменника, питающегося неочищенной водой с расходом 20000 л/ч, откуда затем вода отводилась на охлаждающую башню.

Первичный контур теплообменника питался горячей водой (90°С) в объемах 10000 л/ч, давая рост температуры холодной воды на 15–20°С. На подающей и отводной трубах агрегата были установлены манометры и термометры, что позволило тщательно контролировать все стадии испытаний. Эксперимент должен был прояснить три параметра:

- действие системы удаления извести на имеющиеся отложения;

- предотвращение образования известковых отложений от химически не обработанной воды;

- способность системы снизить уровень коррозии.

По истечении 5 месяцев испытаний были получены следующие результаты:

- Концентрация кальция (Са++), обозначаемая формулой, в воде на выходе из агрегата поначалу увеличилась. Затем по мере продолжения испытаний концентрация постепенно снижалась. К концу испытаний концентрация СаСО₃ на выходе была примерно равной концентрации на входе, из чего стало возможным определить количество кальциевых отложений, удаленных из теплообменника.

Рисунок 5. Типовая схема установки системы удаления извести на теплостанции

- Параллельно сокращению содержания кальция отмечен существенный постепенный рост коэффициента теплопередачи, т. е. увеличился КПД теплообменника.

- Постепенное сокращение падения давления воды между входом и выходом из теплообменника.

В конце указанного периода отмечена стабилизация содержания кальция на входе и выходе.

По завершении испытаний теплообменник был вскрыт. Экспертами зафиксированы следующие обстоятельства:

- трубы полностью очищены, известковые отложения удалены;

- крышки теплообменника совершенно чистые;

- на оболочке в некоторых местах отмечены черные пятна.

Пятна указывают на тенденцию к замедлению коррозии металла в силу образования на участках с содержанием оксида железа оксидантной пленки.

На следующей стадии испытаний определялась эффективность системы в снижении уровня коррозии, для чего на выходе из теплообменника были установлены контрольные пробирки. Раз в месяц они проверялись, и результаты проверок оказались достаточно многообещающими, степень коррозии существенно снижалась.

Паровые котлы

Электродинамический декальцификатор был установлен на паровой масляный диатермический котел мощностью 4000 кг/ч с максимальным давлением 12 бар.

Систему удаления извести смонтировали на трубе испарителя, который по ряду причин имел солидные известковые отложения в пучке труб.

Целью применения системы было превратить застарелую твердую накипь в некий водный раствор с тем, чтобы затем иметь возможность удалить ее путем многократной промывки испарителя. Примерно через месяц работы системы удаления извести испаритель полностью опорожнили. При этом с водой из него вышло значительное количество накипи.

Примерно через 2 месяца испаритель еще раз полностью опорожнили. Результаты на этот раз были еще более впечатляющими. Эксперты через смотровой люк проверили пучок труб и констатировали, что покрытые прежде солидным слоем накипи трубы очистились, и известковых отложений на поверхности металла не осталось.

Декальцификатор в итоге оставили на испарителе, оснастив последний сливным клапаном с часовым механизмом, чтобы завершить очистку трубопровода от известковых осадков.

Рисунок 6. Охлаждающая башня поперечного течения, оснащенная системой удаления извести

Кольцевые контуры

Одна компания – производитель химико-фармацевтических добавок установила электронную систему удаления извести на кольцевой контур охлажденной воды, обслуживающий в том числе вакуумные насосы и соответствующие теплообменники. В силу особенностей рабочей температуры насосов (примерно 60°С) и жесткости воды в контуре проблема образования известковых отложений в насосных радиаторах представлялась достаточно актуальной, что выражалось в перегреве и срабатывании термодатчиков безопасности.

Как правило, это означало:

- необходимость проведения технико-профилактических работ по химическому удалению отложений;

- потери выработки производственных мощностей;

- сложности с очисткой, поскольку каналы радиаторов образованы трубками малого диаметра.

В ходе эксперимента измерялись рабочие параметры одного из радиаторов непосредственно перед запуском устройства удаления извести и через 3 месяца непрерывной работы системы.

В ходе финальной проверки было установлено, что указанный радиатор находился в стадии очищения от отложений. В частности, накипь из твердой корки превратилась в полужидкую массу, которую легко можно удалить промывкой водой.

Отрицательных побочных эффектов отмечено не было, что лишний раз подтвердило эффективность применения указанной системы при общем сокращении эксплуатационных расходов.

Аналитические результаты экспериментов достаточно определенно показывают, что системы удаления извести электронного типа (электродинамические декальцификаторы) оказывают эффективное воздействие на имеющуюся в теплообменниках и водопроводе известковую накипь и предотвращают образование новых отложений.

Как бы там ни было, реальную эффективность использования такой технологии еще предстоит проверить в ходе прикладных контрольных испытаний на бытовых сетях и малых теплостанциях. Именно эти области применения, как наиболее распространенные, могут явиться отличным испытательным стендом для систем удаления извести.

 

Перепечатано с сокращениями из журнала RCI 4/2000.

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.