статья с небольшими изменениями опубликована в журнале "Новости теплоснабжения" №10, 2002 www.ntsn.ru

В процессе работы котельных установок и другого теплотехнического оборудования при использовании жесткой воды на поверхностях нагрева котлов и теплообменных аппаратов образуются твердые отложения, которые принято называть накипью. Накипь обладает высокими механическими свойствами и низкой теплопередающей способностью и поэтому является причиной ряда технических сложностей и дополнительных затрат при эксплуатации теплосилового хозяйства, что побуждает теплоэнергетические службы предприятий искать эффективные способы удаления накипи и защиты от накипи.

 Во-первых, накипь приводит к значительному перерасходу топлива и, соответственно, к снижению коэффициента полезного действия котельных установок. Так, при наличии накипи толщиной всего 1мм котел перерасходует, в среднем, 2…3% топлива, 4…5 мм приводят к потерям топлива до 8…10% и т.д. С ростом потребления топлива увеличивается и количество вредных выбросов в атмосферу.

рис1. 
зависимость перерасхода топлива от толщины слоя накипи для котельных установок низкого давления (по данным ВТИ им. Дзержинского)

 Во-вторых, по окончании отопительного сезона приходится выполнять трудоемкую и дорогостоящую процедуру удаления накипи с поверхности нагрева котлов и теплообменной аппаратуры.
Наиболее распространен кислотный способ удаления накипи, при котором происходит растворение накипи кислотой непосредственно в котле. После очистки сотни литров отработанного раствора, содержащего кислоту, сливаются из котла, нанося непоправимый вред окружающей среде. Применяется еще механический метод удаления накипи, при котором накипь высверливается из труб с помощью специальных приспособлений. Но он применим лишь для некоторых типов котельных установок; кроме того, полностью очистить котел таким способом не удается. При этом в период между очистками накипь образуется вновь, что опять приводит к непроизводительным потерям топлива и увеличению эксплуатационных затрат.

 В-третьих, низкая теплопередача накипи приводит к сильному перегреву металла поверхностей нагрева, из-за чего на трубах появляются трещины, вздутия и деформации. Это нередко является причиной аварийных ситуаций, сокращения межремонтных сроков и увеличения затрат на ремонт и обслуживание.

 В-четвертых, накипь уменьшает сечение труб, увеличивая их гидросопротивление, а это влечет за собой дополнительные потери электроэнергии в насосном оборудовании на перекачку воды.

 В-пятых, перегрев металла, несвоевременная очистка от накипи, некачественное удаление накипи неизбежно приводят к сокращению срока службы котлов в 2-3 раза, неоправданным затратам на приобретение и монтаж новых котельных установок взамен вышедших из строя.

В этой котельной в течение 12 лет было заменено более 20 котлов.
(… а если бы обратились к нам, таких «жертв» не было бы).

Таким образом, защита от накипи и удаление накипи – важнейшие вопросы, связанные с эксплуатацией котельных установок и другого теплотехнического оборудования.

Для защиты от накипи и предотвращения ее образования обычно проводится предварительное химическое умягчение воды в установках докотловой обработки воды (установках химводоподготовки). Однако, приобретение и монтаж котельных и водоподготовительных установок, их эксплуатация связаны со значительными затратами и большим расходом необходимых химических реагентов, в частности, поваренной соли для регенерации фильтров. Эти установки требуют квалифицированного обслуживания. В связи с высокой стоимостью реагентов, недостатком подготовленного обслуживающего персонала эти установки эксплуатируются во многих случаях неудовлетворительно, либо бездействуют. А в большинстве мелких котельных они или отсутствуют, или выполняют декоративную роль. 

Вместе с тем, наряду с химическими, в последние годы находят все более широкое практическое применение физические – безреагентные – методы защиты и удаления накипи в частности, ультразвуковой (акустический). Этот метод не требует больших капитальных затрат, исключает применение химических реагентов, имеет невысокую трудоемкость и не вызывает загрязнения окружающей среды. 

Принцип ультразвуковой безреагентной технологии предотвращения образования накипи основан на воздействии механических колебаний ультразвуковой частоты на процессы образования накипи, протекающие в котлах котельных установок и другом теплотехническом оборудовании при его работе. С помощью ультразвуковой установки в металле котла и в воде, заполняющей его, возбуждаются маломощные акустические (ультразвуковые) колебания. Под действием этих колебаний соли жесткости кристаллизуются непосредственно в объёме воды, образуя мелкодисперсный шлам, а колебания поверхностей нагрева препятствуют осаждению шлама на стенках труб. Поэтому шлам находится в воде во взвешенном состоянии и удаляется из теплоагрегата при регулярных продувках, в результате чего образования накипи не происходит. Кроме этого, ультразвук производит удаление накипи, т.к. оказывает разрушающее действие на ранее образовавшуюся. Ультразвуковые колебания, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия, под влиянием которых прочность связи внутри накипи, а также между накипью и металлом нарушается и образуются трещины. Вода под действием капиллярных сил проникает через трещины – капилляры к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание накипи, таким образом происходит удаление накипи. Содержащиеся в воде газовые пузырьки, также попадая в трещины между накипью и металлом, начинают колебаться с ультразвуковой частотой, ослабляя сцепление накипи с металлом. Отслоившиеся мелкие частицы и чешуйки накипи удаляются из котельной установки при периодических продувках. То есть, происходит постепенное очищение котла и удаление накипи в процессе его работы.

Ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамического сопротивления труб с колеблющимися стенками. Под действием ультразвука улучшается отвод пузырьков пара от поверхности нагрева и дегазация воды вследствие лучшего перемешивания пристенного слоя жидкости, что также способствует увеличению теплопередачи. Трубы поверхностей нагрева имеют естественные дефекты - узкие микронные щели и трещины, где в обычных условиях (без ультразвука) сохраняется кислород воздуха. При воздействии ультразвуковых колебаний кислород легко выходит из этих щелей, в результате этого исключается один из механизмов кислородной коррозии металла труб. 

Приведенные выше факторы взаимосвязаны и в совокупности являются причиной положительного воздействия ультразвука на процессы очистки и удаления накипи, снижения коррозии металла и повышения эффективности работы котельных установок и теплотехнического оборудования.
Научно-производственное предприятие «АГРОПРИБОР» более 20 лет использует ультразвуковой метод и серийно выпускает для целей предотвращения образования и удаления накипи ультразвуковую противонакипную установку «ВОЛНА». Данные приборы успешно эксплуатируются в котельных Пензенской, Тюменской, Московской, Саратовской, Вологодской, Волгоградской, Оренбургской и других областей, Мордовии, Удмуртии, Алтайского края и других регионов России. Акустические (ультразвуковые) противонакипные устройства серии «ВОЛНА» различных моделей с высокой эффективностью применяются для защиты от накипи и удаления накипи в котельных установках с котлами типов ДКВр, ДЕ, КЕ, ДЕВ различной мощности, Е-1/9, ПКН-2М, АБА-4, ВК-21, ТВГ, КВГ, НР-18 и других, скоростных и утилизационных теплообменников, охладителей компрессоров и прочего котельного оборудования.
К настоящему времени в эксплуатации находится более 10 тысяч установок «ВОЛНА».

Многолетний опыт эксплуатации ультразвуковых антинакипных аппаратов типа «ВОЛНА» для защиты от накипи и удаления накипи в котельных установках показал, что в котлах и теплообменниках ранее образовавшаяся накипь после введения ультразвука отслаивается и оседает в виде рыхлого шлама и небольших чешуек; новая накипь не образуется. Удаление из котла выделяющегося шлама осуществляется периодическими продувками в дренаж, а при остановке котельной установки для профилактического осмотра – промывкой струей воды с давлением 0,2…0,3 МПа. 

Таким образом, отпадает необходимость в трудоемкой и дорогостоящей процедуре удаления накипи с элементов котельного оборудования и связанными с ней экологическими проблемами. При непрерывной работе ультразвуковых установок теплоэнергетическое оборудование эксплуатируется в безнакипном режиме, что позволяет поддерживать его коэффициент полезного действия близким к оптимальному и, следовательно, приводит к значительной экономии топлива. Поверхности нагрева при воздействии ультразвука не подвергаются сильному перегреву, увеличивается их теплопередача, снижается коррозия металла, это, в свою очередь, увеличивает срок службы котельных установок и другого теплотехнического оборудования и снижает вероятность возможных аварий.

Применение для защиты от накипи и удаления накипи с элементов котельных установок ультразвукового (акустического) способа исключает загрязнение окружающей среды вредными стоками водоподготовительных установок, а стоимость обработки 1 м³ воды этим способом, как показывают ориентировочные расчеты, в 200-250 раз ниже стоимости химической обработки.

Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и наладкой ультразвуковых приборов для защиты от накипи и удаления накипи в котельных установках «ВОЛНА», окупаются в течение нескольких месяцев их работы. Обслуживание установок не требует привлечения дополнительных трудовых ресурсов и может производиться штатным персоналом котельной после предварительного изучения конструкции установки и правил ее эксплуатации.

Применение ультразвуковых приборов для защиты от накипи и удаления накипи в котельных установках «ВОЛНА»в целях предотвращения накипеобразования в паровых и водогрейных котлах и теплообменной аппаратуре рекомендовано Госгортехнадзором России (письмо №12-1/1100 от 6.12.96 г.

Конструктивно прибор для защиты котельных установок и удаления накипи «ВОЛНА» представляет собой генератор импульсов в комплекте с магнитострикционными преобразователями. Генератор создает ударные электрические импульсы, а преобразователи преобразуют их в механические колебания ультразвуковой частоты. Для передачи колебаний в котел (теплообменник) преобразователи привариваются к наружным поверхностям котла (теплообменника) в определенных точках с помощью электросварки. Генератор питается от однофазной сети 220В и соединяется с преобразователями электрическими кабелями (проводами) обычными методами электромонтажа. Количество преобразователей и точки их расположения выбираются с учетом конструкции котлоагрегата, его мощности и количества накипи, которое, в среднем, образуется за сезон эксплуатации.

В связи с малым потреблением электроэнергии, сравнительно невысокой стоимостью и простотой в обслуживании и в то же время значительной технической и экономической эффективностью, ультразвуковые приборы для защиты от накипи и удаления накипи в элементах котельных установок «ВОЛНА» получают все более широкое распространение для предотвращения накипеобразования в теплотехническом оборудовании в различных регионах России.

Приглашаем к сотрудничеству:

Представителей администраций районов, городов, регионов.

Руководителей, главных энергетиков и специалистов предприятий

Проектные, строительно-монтажные, пусконаладочные организации