О накипи и методах борьбы с ней

Опубликовано akolosov - 18.02.2019

Вам уже приходилось сталкиваться с вредными последствиями воздействия накипи?

Стиральная машина, кофемашина, газовые котёл... Кто из них стал последней жертвой известкового налёта?

Хотите узнать больше - что такое накипь и как с ней бороться?

Читайте нашу статью! Мы давно занимаемся вопросами защиты оборудования от накипи и уверены, что наши знания будут полезными для вас!

образцы накипи

На снимке: образцы накипи из труб, взятые нами для исследования

Что такое накипь?

Накипь - это твёрдые образования, возникающие при нагреве и испарении воды на стенках любого нагревательного оборудования.

Накипь образуется в результате кристаллизации содержащихся в воде солей жесткости - кальция (Са) и магния (Mg).

накипь

На снимке: накипь высокой прочности, взятая из очищаемого нами теплообменника

Чем опасна накипь?

Накипь 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!

А это значит, что при работе котла, чайника или тэна, им приходится затрачивать больше газа или электроэнергии на нагрев и испарение жидкости.

И это ещё полбеды.

Отложения напкипи выводят из строя оборудование и приборы, делая невозможными их эксплуатацию!

Накипь, осевшая на тенах стиральных машин, приводит к перегоранию нагревательного элемента. Накипь, осевшая в жиклёрах кофемашин, приводит к невозможности подачи жидкости. Накипь, забившая змеевик газового котла приводит к его протечке и дорогостоящему ремонту.

Отложения, возникающие при работе промышленных котлов могут привести к разрыву труб и аварийной ситуации!

По роду деятельности мы каждый день сталкиваемся с различными котлами и иногда удивляемся, насколько беспечны люди, эксплуатирующие газовые котлы большой мощности...

На снимке вы можете видеть, что труба котла полностью забита накипью. Вода не проходит через неё, труба постоянно перегрета и это может привести к взрыву! Однако такой котел продолжал работать...

накипь в котловой трубе

На снимке: накипь в трубе котла ДЕ-10-14

Таким образом, возникновение накипи в нагревательном оборудовании, приводит к следующим негативным последствиям:

  • Перерасход топлива и электроэнергии;
  • Ускоренный износ и поломка оборудования;
  • Невозможность реализации технологического процесса;
  • Вероятность возникновения аварийной ситуации;

Виды накипи

Количество химических элементов, из которых образуется 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).

За 15 лет работы наша компания накопила значительное количество образцов накипи из разных уголков России. Нами было исследовано более 100 образцов накипи и определён их химический состав.

исходный образец накипи образец накипи для исследования

На снимке: исходный образец накипи и её измельченный вид для проведения исследований

По результатам исследования мы выяснили, что содержание накипи, в подавляющем большинстве образцов содержит элементы:

Cа/Mg - от 87 до 96%

Fe - от 0,06 до 7,5%

SiO2  - от 0,02 до 1,8%

Можно ли по внешнему виду накипи узнать её химический состав?

На основании проведённых исследований более чем 100 образцов накипи, мы определили, что:

Однозначно определить химический состав накипи по её внешнему виду не представляется возможным!

Слишком много факторов влияет на цвет и консистенцию накипи - исходный состав воды, температура, давление, при которых образуется накипь. Кроме того, в накипи содержится ещё много элементов, которых очень мало по количеству, но они влияют на цвет и характер отложений.

Например:

накипь оранжевого цвета перемолотая накипь оранжевого цвета
накипь черного цвета змельченная накипь черного увета

На снимке: образцы накипи, имеющие различный цвет и консистенцию

На этих снимках представлены отложения, существенно отличающиеся по цвету и физической структуре. Удивительно, но эти отложения имеют практически одинаковый химический состав! Однако различные температуры и давления, при которых сформировались эти образцы накипи, привели к такой разнице в цвете и структуре!

    При какой температуре образуется накипь?

    Накипь начинает образовываться при температуре от 40°С и выше.

    Достаточно подробную информацию о температуре и скорости образования накипи в устройствах приготовления горячей воды, мы нашли в книге Владислава Шафлика "Современные системы горячего водоснабжения", Киев, "Таки справы", 2010.

    В таблице приведены данные о зависимости скорости образования накипи от жесткости воды и температуры.

    скорость образования накипи

    На рисунке: данные о скорости образования накипи в зависимости от температуры

    Каков механизм образования накипи?

    Если говорить кратко, то накипь образуется потому, что в результате нагрева жидкости, соли жесткости (Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2), содержащиеся в ней, начинают распадаться на углекислый газ и нерастворимый осадок.

    Ещё один механизм образования накипи

    Кроме того, существует ещё один путь образования накипи, хотя информации о нём крайне мало встречается в открытых источниках.

    В результате электростатических сил адгезии, возникающих при формировании двойного электрического слоя на границе раздела фаз: металл-вода, контактирующие фазы приобретают заряд противоположного знака, что способствует выпадению растворённых в воде солей на поверхность теплообменного оборудования.

    Где образуется накипь?

    В чайниках, кофеварках, утюгах, стиральных машинах, бойлерах, отопительных газовых котлах, накипь образуется внутри труб, змеевиков и жиклёров при нагревании и кипячении воды.

    В промышленных паровых и водогрейных котлах, бойлерах и теплообменниках, накипь образуется внутри труб или емкостей, в которых происходит нагрев воды и получение пара.

    Как можно решить проблему с накипью?

    Наш опыт свидетельствует, что существует несколько эффективных способов борьбы с накипью. Однако все они, по сути, сводятся к двум основным методам:

    Накипь можно либо предотвратить, либо удалить!

    Далее мы расскажем об этих методах подробнее и рассмотрим конкретные способы и технологии, для решения проблем с накипью.

    Предотвращение образования накипи

    1. Умягчение

    Основным способом, служащим для  предотвращения образования накипи, является умягчение.

    Под термином "умягчение" понимается процесс очищения воды от солей жесткости (Са и Mg), являющихся основной причиной образования накипи.

    В процессе умягчения из воды удаляются ионы кальция (Ca) и магния (Mg). 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.

    2. Противонакипные устройства

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. Гидродинамическая очистка от накипи

    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)

    4. 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.