Магнитная обработка воды

В последние десятилетия, как в России, так и за рубежом, для борьбы с образованием накипи и отложений на внутренней поверхности труб и теплообменного оборудования применяют магнитную обработку воды. Ее широко используют в конденсаторах паровых турбин, парогенераторах низкого давления и малой производительности, тепловых сетях и системах горячего водоснабжения, в различных теплообменных аппаратах. Эффект, последствия обработки воды в магнитном поле известны давно. Еще в ХIII в. были отмечены лечебные свойства «омагниченной» воды. Но только в ХХ в. началось использование магнитов в технике водоподготовки.

Первый патент на аппарат магнитной обработки воды был выдан в 1946 г. бельгийскому инженеру Т. Вермейрену, еще за 10 лет до этого обнаружившего, что при нагреве воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на поверхности теплообмена накипь не образуется.

 

Гипотезы и факты

Магнитная обработка воды в аппаратах с постоянными магнитами и электромагнитами применяется уже несколько десятилетий. Замечено, что при воздействии магнитного поля на солевые кристаллы последние меняют свою структуру: кристаллы становятся гораздо мельче, и кристаллы кальцита приобретают орагонитную форму. В целом кристаллы карбоната кальция вместо обычной накипи образуют рыхлую массу, легко вымываемую из трубопровода. Кроме того, образовавшаяся большая поверхность множества мелких кристаллов «конкурирует» за отложения с нагретой поверхностью. Более 70% частиц имеют размер менее 0,5 мкм.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен, но имеется ряд гипотез.

Современные воззрения объясняют механизм воздействия магнитного поля на воду и ее примеси поляризационными эффектами и деформацией ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются, образуя кристаллическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоидные примеси воды, другой – изменение структуры 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, легко удаляемый с поверхности теплообменников и трубопроводов. В аппаратах магнитной обработки вода должна двигаться перпендикулярно магнитным силовым линиям.

 

Технология проведения и условия применения метода

Магнитная обработка заключается в пропускании потока воды через магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом или электромагнитом.

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. Метод эффективен при обработке вод кальциево-карбонатного класса, которые составляют около 80% всех вод России.

Условия применения аппаратов для магнитной обработки воды: СНиП II-35-76*, СНиП 41-02-2003 (ранее – СНиП 2.04.07-86) и СП 41-04-2000 (ранее Руководство по проектированию тепловых пунктов. М.: Стройиздат, 1983).

Для чугунных и других паровых котлов с температурой нагрева воды до 110°С допускается:

  • карбонатная жесткость не более 7 ммоль/л;
  • содержание железа (Fe) – до 0,3 мг/л;

обязательна установка шламоотделителя на продувочном трубопроводе котла.

для водогрейных котлов с температурой нагрева воды до 95°С в закрытой системе теплоснабжения:

  • жесткость карбонатная – не более 7 ммоль/л;
  • содержание железа (Fe) – до 0,3 мг/л;
  • воду можно не деаэрировать, если в ней содержание растворенного кислорода – не более 3 мг/л и сумма хлоридов (Cl-) и сульфатов (SO42-) – не более 50 мг/л;

часть циркулирующей воды (не менее 10% общего количества) должна проходить через дополнительный магнитный аппарат для предотвращения «затухания» магнитного воздействия (антирелаксационный контур).

Для системы горячего водоснабжения с температурой нагрева воды ≤70°С должны выполняться все указанные выше условия (жесткость карбонатная, железо, деаэрация), но, кроме того, нужно предусмотреть, чтобы напряженность магнитного поля не была больше 159 · 103 А/м. Другие условия для этой системы указаны в СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», обобщении опыта эксплуатации аппаратов магнитной обработки воды (Информ. письмо ИП-02-02 (ТП). М.: СПО ОРГРЭС, 1998) и СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».

При магнитной обработке воды необходимо учитывать значение поверхностной плотности теплового потока:

для паровых чугунных секционных котлов – не более 25 кВт/м2;

для водогрейных котлов и теплообменников – не более 50 кВт/м2 при температуре нагрева воды до 70 °С и не более 25 кВт/м2 при температуре 70–95 °С.

Для определения противонакипного эффекта Э, %, используется следующее выражение:

Э = (m – mм) · 100/m,

где m и mм – масса накипи (г), образовавшейся на поверхности нагрева при кипячении в одинаковых условиях одного и того же количества воды с одинаковым исходным химическим составом, соответственно, необработанной и обработанной магнитным полем.

В сравнении с распространенными методами умягчения воды (ионообменными, баромембранными) магнитную обработку отличают простота, дешевизна, безопасность, экологичность, низкие эксплуатационные расходы.

 

Технологические особенности метода

Несмотря на все достоинства аппаратов для магнитной обработки воды, на практике эффект обработки зачастую проявлялся только в первый период эксплуатации, затем результат пропадал.

Даже появилось выражение «эффект привыкания воды». Свои свойства омагниченная вода сохраняет меньше суток. Это явление потери магнитных свойств называется релаксацией. Именно поэтому в системах, где вода находится в течение многих часов и дней (оборотные системы водоснабжения, циркуляционные контуры котлов и систем отопления и др.), необходимо предусматривать рециркуляционные системы, куда направлять не менее 10% находящейся в системе воды, и постоянно эту часть воды подмагничивать.

По одной из гипотез основа «омагничивания» воды – наличие в воде ферромагнитных частиц. Эти частицы обволакивают полюсы магнитов, на них налипают всякие другие частицы – происходит шунтирование магнитного поля. Внешне это похоже на шубу, надетую на полюсы

Этим явлением объясняются случаи, когда после некоторого успешного периода эксплуатации магнитного аппарата прекращается его противонакипная «деятельность».

Необходимо не реже чем один раз в 5–7 дней механически очищать полюсы магнита от отложений.

Для того, чтобы «затруднить» накипеобразующей частице осесть на теплонапряженную поверхность, необходимо турбулизировать поток воды. Это значит, что скорость воды около нагретой стенки трубы не должна быть меньше 1 м/с. В то же время длина пути, на протяжении которого осуществляется воздействие магнита на воду, должна быть достаточной.