Магнитная обработка воды реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

КУРСОВАЯ РАБОТА

Системы для магнитной обработки воды 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. 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. Также имеются достоверные данные, указывающие на бактерицидное действие магнитного поля, 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 Fe2O3интенсифицирует образование коллоидных гидрофобных золей ионов Fe3+ с ионами хлора Cl- и молекулами воды Н2О общей формулы [xFe2O3.yH2O·zFe3+].3zCl-, 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. 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. 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.

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

Эффект от магнитной очистки воды

Вода, полученная при магнитной обработке, сохраняет свой солевой состав и не образует побочных свойств. За счет обработки магнитным полем достигаются следующие эффекты:

Недостатки

В магнитных системах обработки воды используются магниты большой мощности на основе редкоземельных химических элементов (неодим- железо- бор). При использовании этих элементов при температуре до 120° срок использования таких систем практически бессрочный. Но при нагревании воды свыше 120° магнитные свойства элементов ослабляются. Именно поэтому целесообразно устанавливать приборы для магнитной обработки воды на определенном расстоянии до отопительных систем.

Кроме этого, магнитная обработка не дает полную очистку воды, для получения качественной питьевой воды нужны дополнительные методы и способы очистки.

Принцип действия

Соли кальция и магния, растворенные в воде, находятся в окружении кластеров (скопления молекул) воды. Если температура воды обычная (не выше 25°), ионы кальция и магния не вступают во взаимодействие с другими соединениями, и накипь в этих условиях не образуется. При кипячении воды сила притяжения молекул воды ослабевает, и кластеры распадаются на отдельные молекулы воды. При этом ионы кальция свободно вступают в связь с другими солями, образуя нерастворимые в воде соединения (накипь).

При обработке воды магнитным полем уже в холодной воде начинают разрушаться кластеры воды, после чего примеси, содержащие ионы кальция и магния, могут вступать в соединения с другими примесями, образуя так называемые центры кристаллизации или микрокристаллы. Этот процесс подобен цепной реакции – новые ионы кальция и магния осаждаются не на трубах и системах отопления в результате нагревания, а на микрокристаллах еще до того, как вода начинает нагреваться.

Микрокристаллы после подогревания остаются в воде в виде легко удаляемого осадка (шлама) и обычно скапливаются в специальных отстойниках. Кроме этого, цепная реакция воздействует и на уже образованную накипь, делая ее рыхлой и легко удаляемой. Со временем на оборудовании и поверхности труб образуется защитная оксидная пленка, которая защищает оборудование и трубы от появления коррозии.

Вода, полученная при магнитной обработке, может сохранять свои свойства от 10-12 часов до нескольких суток. Сроки сохранения свойств воды зависят от способов эксплуатации воды и ее состава.

Приборы для магнитной очистки воды

В современной практике применяются два вида приборов для магнитной очистки воды – с помощью постоянных магнитов и электромагнитов.

Резюме

Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным направлением в процессе водоподготовки, что позволяет сделать процесс умягчения воды простым, надежным, доступным и экономичным, с срок службы оборудования и приборов практически бессрочным.

Немного теории

Применение данной теории позволило сделать вывод о том, что для повышения эффекта ΜΟΒ в магнитных аппаратах необходимо увеличить количество пересечений водой силовых линий магнитного поля при одновременном увеличении напряженности магнитного поля.

Для реализации данного способа предложена конструкция магнитного аппарата на постоянных кольцевых магнитах из феррита-бария с отводом теплоты. Кольцевые магниты намагничиваются на расчетную напряженность в специально изготовленном намагничивающем устройстве. В предложенной конструкции аппарата решается несколько задач: увеличивается количество пересечений водой силовых линий магнитного поля; напряженность магнитного поля в аппарате рассчитывается и устанавливается с учетом показателей качества воды и теплофизических параметров теплообменного аппарата; для интенсификации МОВ во время омагничивания отводится теплота. На рис. 1 показан пример использования таких аппаратов на водогрейном котле (3 Гкал/ч).

Опыт использования магнитных аппаратов в котлах и тепловых сетях

В 1990 г. на три котла Е 1/9 котельной воинской части Тихоокеанского флота были установлены аппараты МОВ (Н=482 Э). Котлы отработали с МОВ 13 лет, затем аппараты были заменены на новые, с более современными кольцевыми магнитами. Другие методы водоподготовки не применяются. Котлы питаются водой с общей жесткостью - 0,35 мг-экв/кг, рН=6,7, содержанием железа Fe+2 - 0,4 мг/кг. При ежегодных вскрытиях котлов накипи в верхних барабанах, коллекторах и радиационных трубах не обнаружено. Коррозионных повреждений нет. В нижнем водяном барабане за отопительный сезон скапливается до 5-7 кг рыхлых отложений рыжего цвета, легко удаляемых мастерком.

На котле Е 1/9 аппараты для МОВ устанавливаются после питательного насоса перед обратным клапаном, исключающим попадание пара в питающую магистраль. В случае его неисправности насыщенный пар из барабана котла под давлением 0,9 МПа и температурой 174 ОС поступает в магнитный аппарат, что приводит к тепловому удару и разрушению магнитоисточника.

Для небольших котлов Е 1/9 МОВ является часто единственным методом, защищающим от накипи, т.к. традиционная натрий-катионитовая водоподготовка является высокозатратной: требует замены химических материалов, расхода соли, наличия лаборантского персонала, дополнительных помещений.

Высокая эффективность применения магнитных аппаратов позволила на совещании Госгортехнадзора Приморского округа 07.07.1997 г. принять решение: в соответствии со СНиП 11-35-76 и 2.04207-86, а также, учитывая наличие положительного опыта, рекомендовать МОВ для стальных паровых котлов, допускающих внутри-котловую обработку воды при жесткости исходной воды менее 10 мг-экв/кг; при наличии натрий-катионовых и других фильтров МОВ использовать как дополнительную защиту котла от проскоков жесткости.

Обычно на процессы накипеобразования в водогрейных котлах обращают мало внимания. Это объясняется тем, что тепловые нагрузки поверхностей нагрева в них незначительны по сравнению с паровыми котлами. Однако обычно в контурах отопления с водогрейными котлами устанавливаются сетевые насосы производительностью 200-320 м3/ч, а подпитка воды достигает 50 м3/ч. Так что подача солей с подпиточной водой в систему довольно значительна.

На сегодня также разработана, с учетом рекомендаций [6], и успешно применяется схема установки аппаратов для МОВ с пропуском через них воды до 25% (антирелаксационный контур) от производительности сетевых насосов по обводной магистрали, а 75% воды идет через диафрагму по основному трубопроводу. Кроме этого, при значительных (до 5 м3/ч и выше) расходах на подпитку, обрабатывается и подпиточ-ная вода. При этом производительность одного аппарата для тепловых сетей - до 20 м3/ч. Если расход воды в месте установки аппарата превышает его производительность, то тогда включают блок из нескольких магнитных аппаратов, чтобы покрыть дефицит производительности.

Накопленный нами опыт позволил надеяться на положительный эффект при использовании MOB в тепловых сетях потребителей - жилых домов. В 2002-2003 гг. при финансовой поддержке Агентства США по Международному развитию и Института Устойчивых Сообществ (США) установлено 16 аппаратов в тепловые узлы систем теплоснабжения 6-, 9- и 14-этажных домов Ленинского, Первомайского, Фрунзенского и Первореченского районов г. Владивостока: 12 аппаратов были смонтированы в системах отопления и 4 в системы горячего водоснабжения (ГВС).

До установки магнитных аппаратов толщина накипи на вырезанных контрольных образцах труб систем отопления достигала 3-4 мм, а в системах ГВС - 10 мм.

В аппаратах систем отопления упомянутых экспериментальных зданий Н=286-453 Э, а в аппаратах ГВС Н=430-512 Э при общей жесткости обрабатываемой воды 0,23-0,58 мг-экв/кг. Наблюдения за работой аппаратов проведены в отопительный период 2002-2003 гг.

В целом механизм накипеобразования и влияние на него постоянного магнитного поля представляется следующим. В котельных и бойлерных тепло подводится к поверхностям нагрева, концентрация накипеобразователей в воде, прошедшей предварительную деаэрацию, повышается, накипь из солей жесткости прикипает к поверхности нагрева. Во внутридомовых сетях и отопительных приборах процесс обратный: теплота отводится. При оптимальной для накипеобразования температуре 50-90 ОС и высоким содержанием кислорода из потока воды накипе-образователи, механические частицы, органика осаждаются на внутреннюю поверхность труб и отопительных приборов, под слоем накипи идет интенсивная коррозия. Химический анализ образцов накипи, выполненный Геологическим Институтом ДВО РАН, показал, что в нашем случае в системах отопления и ГВС до МОВ накипь состоит из окислов железа Fe2О3 соответственно на 63-81% и 75-81%. После прохождения отопительного периода 2002-2003 гг. и применения MOB содержание Fe2О3 в накипи систем отопления снизилось до 57-66% (на 6-15%), в системах ГВС до 62-68% (на 13%) (рис. 2). На основании полученных результатов можно сделать предварительный вывод: под воздействием магнитного поля частицы накипеобразователей разрушаются на более мелкие фракции, при этом частицы абсорбируют на себя кислород и другие растворенные газы, которые движутся вместе с ними в толще воды, не оседая на поверхности теплообмена, задерживаются в грязевиках. Таким образом, содержание кислорода в воде снижается, коррозия поверхностей труб уменьшается. Этот вывод подтверждается опытом работы организаций, генерирующих тепло.

Полученные результаты позволили рассчитать изменение коэффициента теплопередачи загрязненных накипью труб: установлено увеличение коэффициента теплопередачи на 1,0-3,21% после МОВ. Анализ показал, что рост коэффициента теплопередачи обусловлен не только уменьшением толщины накипи, но и изменением ее химического состава - уменьшением содержания окислов железа Fe2О3.

Расчетный годовой экономический эффект за счет экономии тепла в системах отопления составил 145 тыс. руб. или 230 т угля. При зольности угля Павловского угольного разреза в 25% -это 57,5 т золы, не выброшенной в золоотвалы. Это - наш вклад в защиту окружающей среды [8].

Выводы и рекомендации

1. За период с 1988 г. по 2005 г. на паровые и водогрейные котлы 340 промышленных предприятий России установлено 1036 аппаратов для МОВ. Таким образом, осуществлен самый масштабный проект внедрения безреагентных способов обработки воды энергетических установок на предприятиях Сибири и Дальнего Востока России.

2. Применение магнитных аппаратов для паровых и водогрейных котлов эффективно в области создания противокоррозионных защитных пленок магнитита на поверхностях барабанов, подъемных и радиационных труб.

3. При использовании в качестве питательной воды паровых котлов воды с общей жесткостью до 0,4 мг-экв/кг возможно исключение натрий-катионитовых фильтров из системы водоподготовки при установке на подпитке котлов водой аппаратов для МОВ. Наблюдался безнакипный режим работы котлов ДКВР 4/13 при работе только на аппаратах при жесткости воды 6,9 мг-экв/кг.

мг-экв/кг, что приведет к значительному снижению затрат на катионит, соли для регенерации и воды на собственные нужды.

5. Внутренняя поверхность котлов при применении аппаратов для МОВ очищается от ранее образовавшейся накипи толщиной 2,5-3 мм приблизительно за 6-8 месяцев. При этом необходимо следить за тем, чтобы отслоившиеся чешуйки накипи не забили радиационные трубы. Для этого необходимо раз в 2-3 недели после установки МОВ останавливать котел для осмотра до полного очищения поверхности нагрева, тщательно соблюдать режим продувок котла при эксплуатации для выведения образовавшегося шлама.

6. При наличии натрий-катионитовых и других фильтров МОВ следует использовать как дополнительную коррекционную защиту котла от проскоков солей жесткости с подпиточной водой.

7. При вскрытиях котлов в межремонтный период не требуется их чистка химическими методами - налет, образовавшийся при МОВ, легко смывается напором воды из шланга, что значительно снижает трудозатраты по очистке котлов.

8. Органы Государственного надзора за эксплуатацией паровых котлов положительно оценивают эффективность МОВ и разрешают применение магнитных аппаратов для обработки воды котлов низкого и среднего давления.

9. Применение МОВ для обработки воды в водогрейных котлах позволяет сэкономить большое количество топлива, снизить выбросы тепла и золы в окружающую среду.

10. Использование МОВ в системах отопления и ГВС позволит значительно улучшить комфортность проживания людей в жилых домах.

1. Стукалов П.С., Васильев Е.В. Глебов Н.А. Магнитная обработка воды. Л.: Судостроение, 1969. - 176 с.

2. ГульковА.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока. Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1990.

3. Domyshev A. Y. Experience and perspective of magnetic processing of water in ship s and coastal energetic plants // Materials International Conference Shipbuilding and ocean engineering problems and perspectives: Vladivostok 2001. Р. 387-393.

4. Магнитная обработка местных вод для питания котлов малой и средней производительности. Отчет Дальрыбвтуза, Владивосток, 1973.

5. Домышев А.Ю. Магнитная обработка воды на паровых и водогрейных котлах предприятий Сибири и Дальнего Востока // Опыт прохождения осенне-зимнего отопительного периода 2002-2003 гг. и задачи перед энерго-службами Приморского края. Владивосток: Издательство Дальневосточного Университета, 2003. С. 91-95.

6. Борщов Д.Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности. М.: Стройиздат, 1989, С. 102-103.

8. Домышев А.Ю. Результаты противонакипного и противокоррозионного омагничивания воды тепловых сетей жилых домов г. Владивостока в отопительный период 2002-2003 гг. //В сб. Российской инженерной академии. Дальневосточное отделение. Выпуск 9. Владивосток: Дальневосточный государственный технический университет, 2004. С. 12-15.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и растворенные в ней вещества пока не получил точного объяснения. Хорошо известно одно: при использовании магнитной обработки воды количество накипи на поверхности элементов систем теплоснабжении снижается.

. на 30–50 %, а ранее выпавшие отложения постепенно разрушаются. По одной из версий это происходит в результате воздействия на них угольной кислоты. Нередко производители устройств магнитной обработки пишут, что их оборудование умягчает воду, но это не так. Эффект заключается в существенном уменьшении вредного воздействия солей жескости. В отличие от систем, использующих, например, ионный обмен и мембранное разделение, магнитные не удаляют из воды ионы кальция Ca+ и магния Mg+. Приборы магнитной обработки воды – так называемые магнитные преобразователи - могут использоваться автономно или в составе комплексных систем водоподготовки в промышленном и бытовом теплоснабжении, кондиционировании, охлаждении, защищая от накипи ТЭНы, теплообменники, накопительные емкости и т.д.

Если эти условия не выполнены, проектировщикам придется предусмотреть дополнительные устройства для предварительного умягчения, обезжелезивания, вакуумной деаэрации и т.д. Как правило, качество воды, при котором эффективно работает каждая конкретная модель магнитного преобразователя, подробно оговаривается и производителем – в техническом паспорте изделия.

Магнитные преобразователи

Все магнитные преобразователи можно разделить на две группы: с постоянными магнитами и электромагнитами. Постоянные магниты изготавливают из специальных материалов, характеризующихся высокой коэрцитивной силой (значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания магнита) и остаточной магнитной индукцией. Как правило, в магнитных преобразователях воды применяются ферромагнетики и сплавы редкоземельных металлов. В последнем случае магниты создают сильное и стабильное поле, могут эффективно работать при температурах до 200 °С и почти полностью сохраняют свои магнитные свойства на протяжении нескольких лет.

Для обработки воды в инженерных системах требуется переменное магнитное поле – в противном случае на поверхности магнитов или трубы, на которую смонтирован прибор, будут накапливаться частицы различных ферромагнитных примесей (ржавчина, частицы металла и т.д.). Поэтому преобразователи собирают из нескольких (от 4 и более) постоянных магнитов таким образом, чтобы положительный и отрицательный полюса чередовались.

Внешние магнитные преобразователи обычно состоят из двух частей. Их стягивают друг с другом с помощью нескольких винтов и таким образом закрепляют на трубе. Подобные модели есть в ассортименте компаний Mediagon AG и Aquamax. Некоторые внешние магнитные преобразователи имеют в своем корпусе углубления соответствующей формы и могут просто надеваться на трубы (например, модель XCAL Shuttle компании Aquamax). С точки зрения установки, внешние магнитные преобразователи очень удобны, а их использование не приводит к осаждению на поверхности трубы различных примесей. В то же время, приобретая такой преобразователь, пользователь обязан учитывать магнитную проницаемость материала трубы, на которую его планируется установить.

В магнитных преобразователях с электромагнитом в качестве источника поля используется изолированный провод, который наматывают на трубу, а иногда – на полый цилиндр, выполненный из диэлектрика. Данное устройство представляет собой обычную катушку индуктивности: когда по проводу проходит электрический ток, в трубе генерируется переменное магнитное поле. Ток на катушку подается от электронного блока, с помощью которого можно изменять мощность прибора в довольно широком диапазоне. Например, магнитный преобразователь EUV 500 компании Aquatech может эффективно обрабатывать от 24 до 1100 м3 воды в час. В зависимости от модели, блок управления позволяет вручную устанавливать мощность прибора или автоматически регулирует производительность магнитного преобразователя с учетом показаний расходометра, времени суток и т.д. В наиболее совершенных моделях магнитных преобразователей предусмотрены режимы работы со стальными трубами.

Основными достоинствами электромагнитных преобразователей являются простота установки и возможность изменять мощность прибора в зависимости от расхода воды, позволяющие более качественно и гибко обрабатывать воду и существенно снижать количество электроэнергии, потребляемой преобразователем. Главный недостаток данных приборов – постоянное потребление электроэнергии. Кроме того, рядом с местом их работы должен находиться источник переменного тока. Стоимость бытовых преобразователей, работающих на электромагнитах, в разы выше, чем у аналогичных приборов, использующих постоянные магниты. Однако цены на магнитные и электромагнитные преобразователи большой производительности сопоставимы, что обусловлено высокой стоимостью мощных постоянных магнитов.

Установка и эксплуатация

Эффективность того или иного магнитного преобразователя зависит от целого ряда факторов: места установки прибора в системе; температуры и химического состава воды; напряженности и конфигурации поля; материала трубы, на которую монтируются приборы (для моделей внешнего размещения).

При установке преобразователя на системы горячего и холодного водоснабжения следует соблюдать следующие основные правила. Во-первых, прежде чем пройти магнитную обработку, вода должна пройти механическую очистку в соответствующем фильтре. Во-вторых, производители рекомендуютустанавливать приборы как можно ближе к защищаемому оборудованию.

В жилом доме магнитный преобразователь рекомендуется использовать не только для обработки воды, поступающей, например, в водонагреватель, но и воды системы холодного водоснабжения. Это позволит защитить от накипи ТЭНы различных бытовых приборов (стиральных машин, чайников и т.д.). Если в схему водоснабжения дома включен накопительный бак, магнитный преобразователь следует устанавливать и на его выходе (выходах), поскольку за время нахождения в баке обработанная вода может потерять свои антинакипные свойства.

В небольших гостиницах, малосемейных жилых домах и других зданиях с собственной системой приготовления горячей воды и протяженным циркуляционным контуром ГВС магнитный преобразователь следует устанавливать не только на подаче в бойлер холодной воды, но и на входе в него обратной линии.

Химический состав воды и ее температура имеют большое значение для эффективного проведения магнитной обработки. Соответствующие требования сформулированы в нормативных документах, регламентирующих проектирование и эксплуатацию тепловых сетей, пунктов и т.д.

Если элемент преобразователя, генерирующий магнитное поле, находится снаружи трубопровода, эффективность магнитной обработки будет зависеть не только от мощности и конфигурации магнитного поля относительно потока воды, но и от магнитной проницаемости материала трубы.

Отметим, что неграмотное использование магнитных преобразователей приводит к засорению системы образующимся шламом, который необходимо удалять из трубопроводов с помощью механических фильтров, а из котлов – используя специальные устройства, предусмотренные СНиП II-35-76*.

Как было сказано ранее, при магнитной обработке в трубах образуется угольная кислота (H2CO3), быстро распадающаяся на воду и углекислый газ (CO2). В открытых системах (ГВС) он будет выходить через водопроводные краны, а в закрытых может привести к завоздушиванию. Поэтому на такие системы вместе с магнитными преобразователями необходимо устанавливать дегазаторы.