Физическое воздействие магнитного поля на структуру воды и катионы солей жесткости открывает широкие возможности для использования магнитной обработки воды.
Магнитная обработка воды широко применяется уже много лет в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Большие перспективы использования магнитной обработки и в водоподготовке для умягчения воды, поскольку ускорение процесса кристаллизации накипеобразующих солей в воде при магнитной обработке, приводит к значительному уменьшению концентраций растворенных в воде катионов Ca2+ и Mg2+ за счет процесса кристаллизации и уменьшения размеров кристаллов, осаждающихся из нагреваемой воды, подвергнутой магнитной обработке. Для удаления из воды трудно осаждаемых тонких взвесей (мути) используется способность омагниченной воды ускорять коагуляцию (слипание и осаждение) взвешенных частиц с последующим образованием мелкодисперстного осадка, что способствует извлечению из воды разного рода взвесей. Омагничивание воды может применяться на водопроводных станциях при значительной мутности природных вод; аналогичная магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения.
Магнитная обработка воды помогает не только предотвращать выпадение накипеобразующих солей из воды, но и значительно уменьшать отложения органических веществ, например, парафинов. Такая обработка оказывается полезной в нефтедобывающей промышленности при добыче высокопарафиновой нефти, причем эффекты магнитного поля возрастают, если нефть содержит воду. Наиболее востребованной и эффективной магнитная обработка воды оказалась в теплообменных устройствах и системах, чувствительных к накипи – в виде образующихся на внутренних стенках труб паровых котлов, теплообменников и других теплообменных аппаратов твёрдых отложений гидрокарбонатных (углекислые соли кальция Са(НСО3)2 и магния Mg(НСО3)2 при нагреве воды разлагающиеся на СаСО3 и Mg(OH)2 с выделением СО2), сульфатных (CaSO4, MgSO4), хлоридных (MgSO4, MgCl2) и в меньшей мере силикатных (SiO3 2- ) солей кальция, магния и железа.
Высокое содержание солей жесткости делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, а несвоевременная очистка теплообменников и труб от накипи в виде карбонатных, хлоридных и сульфатных солей Ca2+, Mg2+ и Fe3+ приводит к уменьшению диаметра трубопровода, что ведёт к повышенному гидравлическому сопротивлению. Снижение сопротивления негативно сказывается на работе теплообменного оборудования.
Накипь обладает коэффициентом теплопроводности значительно ниже, чем металл, из которого изготовлены нагревательные элементы, поэтому на подогрев воды расходуется больше времени. С течением времени энергетические потери могут сделать работу теплообменника на такой воде неэффективной или вовсе невозможной и может привести к аварии.
При большой толщине внутреннего слоя накипи происходит нарушение циркуляции воды; в котельных установках это может привести к перегреву металла, и, в конечном итоге, к его разрушению. Все эти факторы приводят к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и сантехнического оборудования и требует значительных капитальных вложений и дополнительных денежных расходов с целью очистки теплообменной аппаратуры.
В целом, магнитная обработка воды обеспечивает снижение коррозии стальных труб и оборудования на 30-50% (в зависимости от состава воды), что дает возможность увеличить срок эксплуатации теплоэнергетического оборудования, водопроводов и паропроводов и существенно снизить аварийность.
Магнитная обработка воды по сравнению с традиционными способами умягчения воды ионным обменом и обратным осмосом технологически проста, экономична и экологически безопасна.
Обработанная магнитным полем вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и существенно не меняет солевой состав, сохраняя качества питьевой воды.
Использование других методов и технологий обработки воды связано с увеличением материальных затрат и проблемами утилизации использованных в процессе водоподготовки химических реагентов (чаще всего кислот). При этом часто приходится вкладывать дополнительные материальные затраты, изменять режим работы тепловых аппаратов, применять специальные химические реагенты, изменяющие солевой состав обрабатываемой воды и др.
В ионнообменных умягчителях воды используются Na+ -катиониты, которые после катионирования регенерируются раствором хлористого натрия (NaCl). Это создает проблемы для окружающей среды из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей натрия. Воду умягчают также с помощью обратноосмотических мембранных фильтров, проводящих ее глубокое обессоливание.
Однако этот метод менее распространен из-за высокой стоимости обратноосмотических установок и ограниченного ресурса их работы.
Магнитная обработка воды лишена вышеперечисленных недостатков и эффективна при обработке кальциево-карбонатных вод, которые составляют около 80% всех вод России и СНГ.
Сферы применения магнитной обработки воды в теплоэнергетике охватывают паровые котлы, теплообменники, бойлеры, компрессорное оборудование, системы охлаждения двигателей и генераторов, генераторы пара, сети снабжения горячей и холодной водой, системы централизованного отопления, трубопроводы и другое теплообменное оборудование.
Учитывая все эти тенденции и перспективы использования магнитной водообработки во многих отраслях промышленности, в настоящее время актуальна и перспективна разработка новых и совершенствование существующих технологий магнитной обработки воды для достижения более высокой эффективности работы и функционирования аппаратов магнитной обработки воды с целью более полного извлечения из воды солей жесткости и повышения ресурсов их работы.
Сегодня новыми эффективными устройствами магнитной обработки воды являются магнитные преобразователи NEPTUN серии MM.
Механизм воздействия магнитного поля на воду и конструкции аппаратов магнитной обработки воды NEPTUN.
Принцип действия новых магнитных аппаратов умягчения воды основан на комплексном многофакторном воздействии магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами на растворённые в воде гидратированные катионы металлов и структуру гидратов и водных ассоциатов, что приводит к изменению скорости электрохимической коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных заряженных частиц в потоке намагниченной жидкости и образованию многочисленных центров кристаллизации, состоящих из кристаллов практически одинакового размера. В процессе магнитной обработки воды происходят несколько процессов:
–смещение электромагнитным полем равновесия между структурными компонентами воды и гидратированными ионами;
–увеличение центров кристаллизации растворенных в воде солей в заданном объеме воды на микровключениях из дисперстных феррочастиц;
–изменение скорости коагуляции и седиментации дисперсных частиц в обрабатываемом магнитном поле потоке жидкости.
Противонакипный эффект при магнитной обработке воды зависит от состава обрабатываемой воды, напряженности магнитного поля, скорости движения воды, продолжительности ее пребывания в магнитном поле и других факторов. В целом, противонакипный эффект при магнитной обработке воды усиливается с повышением температуры обрабатываемой воды; при более высоком содержании катионов Ca2+ и Mg2+; с увеличением значения рН воды: а также при уменьшении общей минерализации воды.
В конструкциях магнитных аппаратов NEPTUN применяются постоянные магниты на основе современных порошкообразных носителей – сплавов редкоземельных металлов неодима (Nd), железа (Fe), титана (Ti) и бора (B). Магниты из редкоземельных сплавов обладают большим сроком эксплуатации более 30 лет, намагниченностью 1500–2400 кА/м, остаточной индукцией 1,2–1,3 Тл, энергией магнитного поля 280–320 кД/м3 и не теряют своих свойств при нагреве до 180 0 С и выше.
Основным элементом магнитного преобразователя является многополюсный магнит цилиндрической формы, создающий симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу магнита меняют направление на противоположное.
За счет соответствующего расположения магнитов, создающих высокоградиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку, достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на растворенные в воде ионы накипеобразующих солей.
В результате кристаллизация накипеобразующих солей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая удаляется потоком воды при продувки системы в специальные отстойники или грязевики, устанавливаемые в любой системе отопления, горячего водоснабжения, а также в технологических системах различного назначения.
Оптимальный интервал скоростей движения потока воды для промышленных магнитных преобразователей составляет 0,5–4,0 м/с, оптимальное давление – 16 атм. Срок эксплуатации составляет, как правило, более 30 лет.
Эти аппараты могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водяных котлах, системах водонагрева различного технологического оборудования (компрессорные станции, электрические машины, термическое оборудование и др.).
Разработанные нашими инженерами магнитные преобразователи, выпускаемые серийно на нашем производстве рассчитаны на расход воды от 1 до 2200 м3 /час, соответственно на трубопроводы диаметром 25 – 400 мм с фланцевыми (вверху) и резьбовыми (внизу) соединениями. Магнитные преобразователи для ТЭЦ с диаметрами труб 800-1600 мм и расходом воды 5000-17000 м3 в час изготавливаются нашей компанией только после тщательного расчета всей схемы водоснабжения систем охлаждения конденсаторов.
Современные аппараты для магнитной обработки воды на основе постоянных редкоземельных магнитах NEPTUN используются для предотвращения накипи; для снижения эффекта накипеобразования в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения, нагревательных элементов котельного оборудования, теплообменников, парогенераторов, охлаждающего оборудования и т.п.;
для предотвращения очаговой коррозии в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения;
осветления воды (например, после хлорирования);
в этом случае скорость осаждения накипеобразующих солей увеличивается в 2–3 раза, что требует отстойники меньшей 16 емкости;
для увеличения фильтроцикла систем химической водоподготовки – фильтроцикл увеличивается в 1,5 раза при уменьшении потребление реагентов, а также для очистки теплообменных агрегатов.
При этом аппараты магнитной обработки воды могут использоваться самостоятельно или как составная часть любых установок, подверженных накипеобразованию в процессе эксплуатации – систем подготовки воды в жилых помещениях, коттеджах, детских и лечебно-профилактических учреждениях, для водоподготовки в пищевой промышленности и т.п.
Основные процессы магнитной обработки:
–при магнитной обработке воды происходит воздействие на саму воду, на механические примеси и ионы накипеобразующих солей и на природу протекающих в воде физико-химических процессов растворения и кристаллизации;
–в воде, прошедшей магнитную обработку, возможны изменения гидратации ионов, растворимости солей, значения рН, что выражается в изменении химических реакций и скорости коррозионных процессов.
Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным динамично развивающимся современным направлением в водоподготовке для умягчения воды, вызывающее множество сопутствующих физико-химических эффектов, физическую природу и область применения которых еще только начинают изучать.
Сейчас нашей компаний выпускаются современные и высокоэффективные аппараты магнитной обработки воды на постоянных магнитах, находящие широкое применение в теплоэнергетике и водообработке.
Неоспоримыми достоинствами магнитной обработки аппаратами NEPTUN в отличие от традиционных схем умягчения воды с помощью ионного обмена и обратного осмоса является простота технологической схемы, экологическая безопасность и экономичность. Кроме этого метод магнитной обработки воды NEPTUN не требует каких-либо химических реактивов и поэтому является экологически чистым.
Все преобразователи воды производяться в Москве в России с использованием отечественных материалов и комплектующих.
Нашими преобразователями NEPTUN MM пользуются более 2000 предприятий в России и более 100 предприятий в других странах.
Опыт создания систем магнитной обработки воды на производстве более 20-ти лет.