Конспект лекций по предмету Энергетический аудит в зданий и сооружений

Магнитная обработка воды
Действие магнитного поля в отношении предотвращения образования накипи следует рассматривать как фактор, влияющий на процесс кристаллизации малорастворимых соединений, в том числе на образование затравочных кристаллов - центров кристаллизации. Аналогичный процесс происходит в котловой или сетевой воде при предварительной обработке воды щелочными реагентами на фосфатной основе. Рост кинетики выделения газовых примесей из водного раствора при магнитной обработке также оказывает влияние на ход коррозионных процессов в трубопроводах. В конечном итоге магнитная обработка приводит к снижению интенсивности осаждения накипи и уменьшению коррозионной активности среды.
Основными параметрами аппаратов для обработки воды магнитным полем служат: напряженность магнитного поля в рабочем зазоре аппарата, продолжительность пребывания воды в активной зоне магнитного поля, градиент напряженности, кратность и периодичность направления воздействия магнитного поля на воду, скорость движения воды в рабочем зазоре. Эффект магнитной обработки воды зависит также от ее температуры, наличия в ней оксидов железа, условий нахождения воды после обработки, интервала с момента обработки до ее использования. При решении вопроса о возможности применения магнитной обработки необходимо учитывать требования СНиП II-35-76 и рекомендации производителей, которые указываются в паспортах на устройства для магнитной обработки воды.
Магнитную обработку применяют для борьбы с солевыми отложениями и коррозией в бойлерах, котлах, в местных системах горячего водоснабжения и отопления, в тепловых сетях.
Там, где водоподготовка котловой воды не предусматривается вообще (бойлеры ЦТП и малые котельные, воздухоохладители компрессоров и т.п.), и при этом высокие жесткость и агрессивность воды, нарастание накипи и коррозия идут особенно быстро. Это влечет за собой нарушение оптимальных режимов работы теплопередающих аппаратов, повышенный расход первичных энергоносителей, необходимость постоянных чисток оборудования и трубопроводной арматуры.
В условиях крайнего дефицита у предприятий средств на содержание, ремонт и модернизацию оборудования систем отопления и водоснабжения, появляется необходимость в таком методе обработки воды, который позволит решить задачу снижения образования накипи и коррозии при максимально возможном упрощении и удешевлении требуемого оборудования. Доступность внедрения технологии магнитной обработки воды делает ее на сегодняшний день наиболее подходящей для защиты отопительных систем и тепловых сетей от образования солевых отложений и коррозии.
ЗАО «Элмат-ПМ» проведены испытания опытных образцов аппаратов для магнитной обработки воды, и на основе положительных результатов их работы был налажен серийный выпуск аппаратов, предназначенных для магнитной обработки воды - магнитных полеградиентных активаторов. В настоящее время производимое оборудование для магнитной обработки воды установлено и успешно применяется на предприятиях энергетики и коммунального хозяйства во многих регионах России.
Особенное внимание следует уделить применению технологии магнитной обработки воды для защиты отопительных систем и водопроводных сетей от образования твердых отложений накипи и коррозии при проектировании и строительстве общественных зданий различного назначения в связи с все более распространяющимися системами децентрализованного отопления.
В системах децентрализованного теплоснабжения при использовании в нагревателях воды непосредственно из водопровода, возникает опасность внутренней коррозии и зашламления местных водогрейных устройств, отопительных приборов и трубопроводов. В этом случае необходимо предусматривать соответственно противокоррозионную и противонакипную защиту местных систем водоснабжения. Одним из основных путей такой защиты в настоящее время является местная магнитная обработка воды. Магнитные аппараты водоподготовки устанавливаются:

• 
  перед маломощными генераторами тепла (газовые водонагреватели, бойлеры, малолитражные котлы, и т.п.);
  
• 
  на теплоподающих трубопроводах в квартирах и коттеджах;
  
• 
  на главных теплоподающих стояках (в подвале или на чердаке многоквартирного дома);
  
• 
  на подающих и циркуляционных трубопроводах мини котельных.
  

Радиус действия децентрализованной магнитной обработки воды не велик, часто ограничивается квартирой или домом, но такая схема является независимой от централизованных систем водо- и теплоснабжения.
Предупреждение образования накипи и коррозии имеет большое значение для долговечности систем централизованного теплоснабжения, экономии тепла и электроэнергии. В результате коррозии безвозвратно теряется металл, коррозионные налеты в трубах повышают шероховатость, гидравлические сопротивления и расход электроэнергии на перекачку теплоносителя. При окислении металла объем образующихся продуктов коррозии увеличивается в 3-4 раза, за счет чего существенно уменьшается поперечное сечение труб, особенно малого диаметра. Коррозионные продукты, смытые водой со стенок труб, разносятся по всей системе, забивают проходы в отопительные приборы и арматуру, вызывая разрегулировку. Отложения и занос сечения трубок снижают теплопроизводительность подогревателей. Нагревательные аппараты работают в неоптимальных режимах, снижается их КПД.
Магнитная обработка воды осуществляется:

• 
  на котельных;
  
• 
  на центральных тепловых пунктах (ЦТП);
  
• 
  на местных тепловых пунктах (МТП).
  

Аппараты для магнитной обработки воды устанавливаются непосредственно перед установками по приготовлению горячей воды (котлами, бойлерами, теплообменниками). Такая схема позволяет защищать от накипи и коррозии отопительные приборы и водопроводные сети квартала.
Магнитная обработка воды также применяется для защиты магистральных трубопроводов, соединяющих котельные и тепловые пункты с потребителями воды. Это позволяет увеличить срок службы трубопроводов на 10-15 лет, что составляет около 30% от нормативной продолжительности эксплуатации.
Метод магнитной обработки воды для защиты труб и оборудования систем водоснабжения и отопления от накипи и коррозии показал:

• 
  высокую эффективность защиты трубопроводов и оборудования систем водоснабжения и отопления от отложений и коррозии;
  
• 
  резкое уменьшение трудоемкости обслуживания оборудования систем водоснабжения и отопления, за счет увеличения межремонтных сроков;
  
• 
  значительное увеличение срока службы генераторов тепла и трубопроводной арматуры и уменьшение затрат на водоподготовку систем водоснабжения и отопления.
  

Общий экономический эффект от внедрения систем магнитной обработки воды достигается за счет минимизации эксплуатационных затрат, связанных с обслуживанием оборудования систем водоснабжения и теплоснабжения, а также снижения перерасхода первичных энергоносителей при работе нагревателей за пределами оптимальных условий и режимов.
Системы магнитной обработки также могут найти широкое применение в существующих системах водоподготовки для увеличения их эффективности.
Одним из таких направлений является использование магнитных активаторов воды в системах ионного обмена. Особенностью эксплуатации ионообменных фильтров является недостаточно полное использование емкости загрузки между регенерациями при достаточно высоких скоростях фильтрования, то есть в момент «проскока» извлекаемого иона через фильтр, когда фильтр отключается на регенерацию, значительный объем ионита заполнен лишь частично. Это связано с особенностями протекания диффузных процессов в системе «вода-ионит»: при низких концентрациях извлекаемого иона лимитирующим процессом становится диффузия его к поверхности ионита. Предварительная магнитная обработка воды облегчает движение ионов в растворе, что позволяет свести до минимума зону активного обмена ионами в толще загрузки, и соответственно более полно использовать емкость ионита. Аналогичные процессы протекают в режимах регенерации и последующей отмывки ионита, что приводит также к снижению издержек, связанных с регенерацией.
Нами проведены испытания магнитных активаторов в системе водоподготовки одной из котельных ООО «Дмитровтеплосервис», использующей натрий-катионирование. Предварительная магнитная обработка воды перед подачей на ионообменный фильтр привела к существенному увеличению динамической рабочей емкости ионита, к снижению расхода реагентов на регенерацию и воды на технологические нужды, при этом окупаемость системы не превысила 6,5 месяцев отопительного сезона. Данные подтверждены актом испытаний.
Аналогичного эффекта можно ожидать во всех способах подготовки и очистки воды, где существенное влияние на эффективность оказывает интенсивность протекания диффузных процессов в растворе.
Использование магнитной обработки в системах реагентного осветления (коагуляции) повышает эффективность очистки и качество образующегося осадка. Магнитная обработка позволяет увеличить плотность и гидравлическую крупность хлопьев скоагулированной взвеси, повысить производительность водоочистных сооружений 1-ой ступени и снизить мутность осветленной воды от 2 до 8 раз.
Исследования в данной области проводились еще в середине прошлого столетия в период интенсивного разрастания городов и строительства станций подготовки питьевой воды. Однако в то время магнитные системы с необходимыми характеристиками можно было получить лишь при использовании электромагнитов, что связано с дополнительными затратами на обслуживание, затратами электроэнергии и повышенными требованиями безопасности. Поэтому, несмотря на рекомендации по использованию магнитной обработки в промышленных системах очистки воды, метод не получил достаточного распространения. С появлением высокоэнергетических постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов появилась возможность добиться необходимых параметров работы магнитных аппаратов на постоянных магнитах.
В настоящее время ведется лабораторная экспериментальная работа по подтверждению воздействия магнитных полей на процессы коагуляции и получению необходимых данных для технико-экономического обоснования внедрения магнитной обработки в промышленные системы подготовки воды. При этом производится оценка влияния магнитной обработки как очищаемой воды перед вводом коагулянта, так и обработки концентрированного раствора реагента и влияния наложения магнитных полей непосредственно в зоне смешения и первичного хлопьеобразования.
Использование систем магнитной обработки воды также может повысить эффективность работы систем биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, существенно снизив необходимое время на аэрацию. Это позволит существенно повысить производительность существующих станций аэрации без ввода в эксплуатацию новых капитальных сооружений. Лабораторное моделирование процессов биологической очистки является достаточно проблематичным, поэтому мы будем рады любым предложениям о сотрудничестве в исследовательской работе со стороны организаций, эксплуатирующих станции аэрации.