+7 (495) 726-96-98, 725-99-20
+7 (916) 868-61-88
innova@inev.ru

О накипи и методах борьбы с ней

Данная статья посвящена проблеме образования накипи на теплообменном оборудовании и путях её решения.

В статье описываются причины образования накипи, исследуются виды накипи, изучаются последствия негативного воздействия накипи на бытовое и промышленное оборудование.

Предпринята попытка классифицировать средства и технологии, уменьшающие вредное воздействие накипи.

 Введение

Вода - уникальное вещество. Наверное нет нужды описывать здесь все её свойства и важность её для жизни человека. Нас интересуют некоторые характерные признаки воды.

Характерные признаки воды включают в себя: текучесть, растворение в себе других элементов, три состояния - пар, вода и лёд, среда для развития живых организмов.

Для нашего исследования особое значение имеет свойство воды растворять в себе другие элементы.

Вода - как теплоноситель

С незапамятных времён человечество использовало воду как теплоноситель, нагревая и испаряя её.

В чём преимущества воды как теплоносителя?

Вода дешева и доступна (по крайне мере в неопустыненных регионах). Вода обладает высокой плотностью, вязкостью и энергоемкостью. Энергоемкость воды - это вообще ключевой параметр для теплоносителя. Вода совершенно безвредна для человека, в отличии от тех же самых химических антифризов и тосолов. Вода недефицитна и её использование в промышленности и энергетике экономически целесообразно.

Что такое накипь?

Накипь - это твёрдые образования, отложения, возникающие при нагреве и испарении воды на стенках любого теплообменного оборудования. Накипь образуется в результате кристаллизации и выпадения содержащихся в воде элементов. Как правило, этими элементами являются кальций и магний. Очень часто о них говорят как о солях жесткости. Влияние солей жесткости на работу любого оборудования пагубно, поэтому человек ещёт способы уменьшения этого вредного воздействия.

накипь

На снимке: силикатная накипь высокой прочности

Виды накипи в котлах

Однако количество элементов, образующих накипь достаточно разнообразно и, как минимум, её классифицируют в следующие виды:

  • карбонатная накипь (углекислые соли кальция и магния — CaCO3, MgCO3);
  • сульфатная накипь (CaSO4);
  • силикатная накипь (кремнекислые соединения кальция, магния, железа, алюминия).

Кроме того, в теплообменном и нагревательном оборудовании, встречаются органические отложения, которые ухудшают его работоспособность, хотя, формально, к накипи, эти отложения не относятся.

органические отложения в теплообменнике

На снимке: органические отложения в трубках теплообменника

Механизм образования накипи

Накипь образуется в процессе нагрева воды. Как правило, температура, при которой начинает образовываться накипь, составляет 40°С и выше.

При нагревании воды соли кальция, магния и др. распадаются на углекислый газ и нерастворимый осадок,

Кроме того, и информации об этом крайне мало встречается в открытых источниках, накипь, во многом, образуется в результате электростатических сил адгезии, возникающих при формировании двойного электрического слоя на границе раздела фаз: металл-вода. Двойной электрический слой возникает при контакте двух фаз, одна из которых является жидкой. Стремление системы к равновесному состоянию приводит к тому, что контактирующие фазы приобретают заряд противоположного знака, равный по величине. Как раз этот механизм и способствует выпадению растворённых в воде солей на поверхность теплообменного оборудования.

Где образуется накипь?

Накипь образуется на поверхностях нагрева/охлаждения любых теплообменных аппаратов - как промышленных, так и бытовых.

Бытовое оборудование, как правило, включает в себя: чайники, кофеварки, утюги, стиральные машины.

Промышленное оборудование: паровые и водогрейные котлы, бойлеры, теплообменники, испарители, охладители, опреснители.

накипь в котле Е-1

На снимке: накипь в паровом котле Е-1-0,9

В любом оборудовании, где имеется трубная часть или полости, по которым проходит вода (нагреваясь или охлаждаясь), возможно образование накипи.

В чём проблема?

Основная причина, связанная с накипью, состоит в том, что она обладает крайне низкой теплопроводностью. Для примера: теплопроводность стали составляет 39 ккал/м*час*град, а теплопроводность накипи -всего 0,1 ккал/м*час*град. Разница почти в 400 раз!

Отложения резко снижают теплообмен, например, через стенку трубы. Таким образом,  для нагрева воды до определённой температуры, в трубе с накипью, потребуется затратить гораздо больше энергии, чем в трубе без накипи. Данные о перерасходе топлива промышленными котлами разнятся из-за различного химического состава накипи, но в среднем, 1 мм. накипи приводит к 1-7% перерасходу топлива.

Кроме того, слой накипи вызывает ускоренное старение того участка металла, который она закрывает с внутренней стороны. В самом деле: если с одной стороны, скажем, трубы, путём сжигания пламени производится нагрев металла, то с другой стороны трубы слой накипи препятствует теплопередаче и нагреву жидкости. Тепло не отводится от стенки трубы, возникают локальные перегревы, зачастую металл начинает течь и образуются сквозные свищи. А это, на промышленном оборудовании, например, на паровых или водогрейных котлах большой мощности, приводит к аварийной ситуации.

В случае с бытовым оборудованием, накипь делает невозможным его дальнейшую эксплуатацию. Накипь, осевшая на тенах стиральных машин, приводит к перегоранию нагревательного элемента. Накипь, осевшая в жиклёрах кофемашин, приводит к невозможности подачи жидкости и т.п.

Таким образом, возникновение накипи на теплообменном оборудовании приводит к следующим последствиям:

  • Перерасход топлива;
  • Ускоренный износ участков и деталей оборудования;
  • Невозможность реализации заданного технологического процесса;
  • Вероятность возникновения аварийной ситуации;

В целом, причины более чем веские, для того, чтобы обратить на эту проблему пристальное внимание.

Пути решения

Опыт работы нашей компании свидетельствует, что существует несколько эффективных способов борьбы с накипью. Однако все они, по сути, сводятся к двум основным методам: либо к предотвращению образования накипи - профилактике, либо к очистке от образовавшихся отложений.

Чтобы предотвратить образование отложений, нужно очистить воду от солей жесткости и примесей. Это делается за счёт фильтров и ионно-обменных процессов, реализованных в установках водоподготовки, без которых не обходится ни одна промышленная котельная (да и бытовая, тоже). Также, для предотвращения образования накипи, существуют способы магнитной обработки воды, на которых основан принцип действия противонакипных устройств, но об их эффективности мы поговорим далее.

Для очистки от накипи используются химические реагенты и технологии, о которых речь пойдёт далее.

В общем виде, логика выбора того или иного метода борьбы с накипью, определяется двумя факторами: технологический и экономический.

Предотвращение образования накипи

Основным способом, служащим для решения задачи предотвращения образования накипи, является водоподготовка. Под термином "водоподготовка" понимается процесс очищения воды от солей жесткости, являющихся основной причиной образования накипи - умягчение. Кроме того, в ходе водоподготовки, выполняются и другие мероприятия: фильтрование от механических примесей, осветление, деаэрация, обеззараживание и прочие процедуры. Основной операцией, для борьбы с накипью, является умягчение.

В целом, под умягчением воды, понимается процесс, основной целью которого является снижение жесткости воды. При этом из воды удаляются ионы кальция (Ca) и магния (Mg), служащие главной причиной образования накипи. Это делается за счёт того, что воду пропускают через смолу или соль, содержащие в себе ионы натрия. При этом ионы кальция и магния из воды переходят в смолу или соль, а ионы натрия замещают их и переходят в воду. Таким образом происходит умягчение воды и снижается её общая жесткость.

Существуют следующие требования к жесткости воды:

Питательная вода паровых котлов и бойлеров (ГОСТ Р 55682.12-2013), ммоль/л        <0,02

Существуют самые различные установки по умягчению, которые могут быть сконструированы и подобраны под исходную жесткость воды, кроме того, ступеней умягчения может быть несколько.

Также существуют установки обратного осмоса, которые могут выдавать из себя на выходе практически дистиллированную воду.

Таким образом, актуальность водоподготовки воды сложно переоценить. Эта процедура является основной и наиболее распространённой для получения требуемого качества воды. Все без исключения котельные, работающие в большой энергетике, ЖКХ и предприятиях, оснащены системами водоподготовки. Однако это недешёвое удовольствие, поскольку стоимость водоподготовки складывается из первоначальных затрат на оборудование (покупка и монтаж), а также из дальнейших работ, связанных с регенерацией ионообменного вещества и техническим обслуживанием фильтров.

Отдельно нужно сказать о различных противонакипных устройствах, позиционирующихся как средство для предотвращения образования накипи. В нашей организации накоплен значительный опыт эксплуатации различных противонакипных устройств. Кроме того, мы сами выпускаем противонакипное устройство ЭКОФОР, предназначенное для предотвращения образования накипи и коррозии на паровых и водогрейных котлах.

устройство ЭКОФОР для защиты от накипи

На снимке: взрывозащищённое исполнение противонакипного устройства ЭКОФОР

В скором времени на нашем сайте мы разместим обобщение нашего опыта по эксплуатации противонакипных устройств. Сейчас же заметим, что они, к сожалению, не являются панацеей и причиной для отказа от существующих систем водоподготовки. Эти устройства должны применяться как дополнение к имеющимся системам умягчения. Эффективность этих устройств зависит от огромного количества факторов: габариты, параметры теплоносителя, химический состав воды и проч.

Очистка от накипи

Вторым направлением, обеспечивающим поддержание чистоты теплообменных аппаратов является их периодическая очистка от накипи. Это относится как к бытовым, так и промышленным агрегатам.

Существует несколько основных способов чистки оборудования от накипи. Перечислим основные из них: химическая промывка, механическая очистка, гидродинамическая очистка, электроразрядная очистка. Опишем, вкратце, данные методы.

Химическая промывка

Под химической промывкой подразумевают растворение накипи в оборудовании за счёт циркуляции в нём нагретого кислотного или щелочного раствора.

В общем виде создаётся замкнутый контур, в который входит: очищаемый объект, химический насос, промежуточный бак и кислотощелочестойкие шланги.

промывка бытового котла

На снимке: химическая промывка бытового газового котла

Кислотный, например, раствор, подогретый до определенной температуры, циркулирует по замкнутому контуру в течении нескольких часов, за счёт чего производится растворение накипи и отмывка оборудования. Как правило, для химической промывки, используют соляную, серную, ортофосфорную и сульфаминовую кислоты.

Схема химической реакции при химической промывке оборудования сульфаминовой кислотой, например, выглядит следующим образом:

СаСО3+2NH2SO3H            Ca(NH2SO3)2+H2O+CO2

Применяют, также, концентраты низкомолекулярных кислот (НМК). В ряде случаев, например для подготовки оборудования к пуску и отмывки его от производственных загрязнений: масел, ржавчины и окалины, используют щелочение каустической содой.

Химическая промывка незаменима для водогрейных водотрубных котлов типа КВГМ, ПТВМ, НР, ЗИО российского производства, а также жаротрубных котлов всех типов Viessman, Bosh, ICI, Loose и других производителей. Это обусловлено тем, что конструктивно, данные котлы, не имеют открытого доступа к своим трубкам, из-за чего единственно возможной становится их кислотная промывка.

Механическая очистка от накипи

Один из наиболее распространённых и известных способов очистки котлов и другого оборудования от накипи. Метод заключается в том, что в очищаемую трубу заводится механическая шарошка (бур, фреза), которая вращается в трубе за счёт электрического или воздушного привода. За счёт механического вращения, острые края шарошки достаточно эффективно счищают слой имеющейся накипи. Однако, при таком способе очистки, возможно ненормируемое воздействие шарошки на поверхность очищаемых труб, что в ряде случаев может приводить к утоньшению их стенок. Несмотря на это, метод имеет своих многочисленных сторонников, и наша компания имеет в наличии оборудование для механической очистки. Метод используют для очистки от накипи паровых котлов типа ДЕ, ДКВР, КЕ, ШБ, Е, трубок теплообменных аппаратов в сахарной, химической промышленности и т.д.

Гидродинамическая очистка

Принцип гидродинамической очистки основан на том, что вода, под высоким давлением, подаётся, посредством шланга высокого давления и форсунки, в трубу, что обеспечивает её отмывку от накипи. Данный метод эффективен для оборудования, у которого имеется открытый доступ к очищаемым трубам - теплообменников, бойлеров, паровых котлов Е, ДКВ, ДЕ, КЕ.

промывка трубок установкой высокого давления

На снимке: гидродинамическая промывка теплообменника установкой высокого давления (ГУВД)

Электроразрядная очистка

Этот метод сравнительно новый, в нашем случае, он берёт начало от технологий, связанных с разрушением горных пород под воздействием электрического разряда. Благодаря серьёзной научно-исследовательской работе около 20 лет назад удалось создать технологию Стример 50/0,25, которая обладает уникальными возможностями по очистке котлов и теплообменников от накипи.

Выбор

Таким образом, в настоящей статье рассмотрены некоторые аспекты, связанные с образованием накипи и методами борьбы с ней. В случае, если эта тематика актуальна для вас, вы можете связаться с нашими специалистами по телефонам (495) 726-96-98  и (916) 868-61-88 и получить исчерпывающую консультацию по всем вопросам.


Теги: накипь, отложения