Ультразвуковая технология защиты от накипи – принципы и методы

Одной из основных причин снижения эффективности работы теплообменников и котлов является их загрязнение твердыми отложениями. Наряду с традиционными способами — химической подготовкой нагреваемой воды и соблюдением температурных и скоростных режимов, применяются и акустические (ультразвуковые) противонакипные устройства.
Физические принципы ультразвуковой защиты от накипи.
Существует несколько физических методов, уменьшающих скорость образования накипи. Все они способствуют кристаллизации солей жесткости в толще воды и препятствуют достижению кристаллами размеров, необходимых для образования осадка. Ультразвуковая технология выделяется в этом ряду тем, что воздействует на образование и оседание накипи несколькими различными способами одновременно.
Во-первых, при озвучивании воды ультразвуком достаточной интенсивности, происходит разрушение, раскалывание образующихся в нагреваемой воде кристаллов солей жесткости. При контакте твердого тела с жидкостью накипь образуется на твердом теле. Это может быть или теплообменная поверхность или взвешенные в воде частицы, являющиеся центрами кристаллизации растворенных в воде солей. В обычных условиях общая площадь поверхности взвешенных в воде частиц меньше площади теплообменной поверхности оборудования и именно на ней и происходит образование накипи. Но под воздействием ультразвука происходит раскалывание кристаллов карбоната кальция, находящихся в воде, их средние размеры уменьшаются с 10 до 1 микрона, увеличивается их количество и общая площадь поверхности.
Под действием ультразвука в воде резко (примерно в 1000 раз) возрастает количество центров кристаллизации. Это приводит к переносу процесса образования накипи с теплообменной поверхности в жидкость, в толщу воды, к кристаллизации солей непосредственно в водной массе, что связано с появлением под действием ультразвука большого количества зародышей кристаллов, к постоянному возникновению, росту и раскалыванию кристаллов солей.
Во-вторых, ультразвук возбуждает высокочастотные колебания в металлической теплообменной поверхности. Распространяясь по поверхности, ультразвуковые колебания препятствуют формированию на ней накипных отложений, замедляя осаждение образующихся кристаллов солей. За счет различной механической жесткости металла и слоя накипных отложений изгибные колебания теплообменной поверхности разрушают формирующийся слой накипи. А если на теплообменной поверхности уже был слой накипи, то ультразвук разрушает его, что сопровождается отслоением и откалыванием кусочков накипи. Размеры этих кусочков зависят от толщины слоя накипи и увеличиваются с ее ростом. При значительной толщине слоя образованной ранее накипи, существует опасность засорения и закупорки каналов. Поэтому одним из основных требований успешного применения ультразвуковой технологии является предварительная очистка, насколько это возможно, от старого слоя накипных отложений. Следует иметь в виду, что некоторых случаях применение противонакипных устройств не избавляет от накипи навсегда, но скорость оседания накипи уменьшается в несколько раз. В самых тяжелых случаях – при воде с карбонатной жесткостью более чем 10 мг-экв/литр, срок службы нагревателя между чисткой или заменой трубного пучка увеличивается не менее, чем в три раза. При жесткости воды менее 8 мг-экв/литр, срок службы между чистками увеличивается в 4…5 раз. А для котлов и теплообменников, в которых за год образуется не более 2 мм отложений, о проблемах с накипью можно забыть.
Метод создания ультразвуковых колебаний в теплообменном оборудовании.
Каким же образом создаются ультразвуковые колебания в металлической поверхности нагрева и в нагреваемой воде? Как известно, ультразвук быстро затухает в воздухе, но беспрепятственно распространяется в металле и воде. «Закачка» ультразвука в котлы и теплообменнике происходит следующим образом. К агрегату привариваются ультразвуковые преобразователи — излучатели ультразвука. Внутри излучателя находится сердечник из магнитострикционного материала – это специальный сплав, обладающий способностью менять свои размеры под действием электрического тока, проходящего по обмотке сердечника. В устройствах используется один из лучших магнитострикционных материалов – пермендюр, состоящий из сплава кобальта с железом, с добавлением ванадия. Сердечник из пермендюра припаян к стальному наконечнику выполненному под сварку, которым излучатель приваривается к защищаемому оборудованию. Излучатели соединены кабелем с ультразвуковым генератором и непрерывно получают от генератора электрические импульсы специальной формы с несущей ультразвуковой частотой от 18 до 25 кГц. Этот электрический сигнал преобразуется магнитострикционным сердечником в механические колебания той же частоты. А поскольку излучатель приварен к защищаемому агрегату и представляет с ним единое целое, ультразвуковые колебания возбуждаются во всей конструкции теплообменника или котла и распространяются как во всей теплообменной поверхности, так и переизлучаются в воду от поверхности. Таким образом, мы создали в металле и воде непрерывные микроколебания с амплитудой в несколько микрон, которые безопасны для сварки и вальцовки, но разрушительны для карбоната кальция и других твердых отложений.
А как быть с пластинчатыми теплообменниками? Как подать ультразвук в каждую пластину, если они отделены друг от друга резиновыми прокладками? Эта проблема решается следующим образом — в пластинчатых теплообменниках ультразвук подается непосредственно в воду. Для этого излучатель ультразвука снабжается специальным наконечником для излучения в воду и врезается в патрубки нагреваемой воды. А ультразвуковое поле, возбужденное в воде возбуждает колебания и в пластинах и не позволяет накипи оседать на них. Акустические противонакипные устройства 24 часа в сутки и 365 дней в году защищают теплообменную поверхность, причем не только от карбоната кальция и гипса, но и твердых отложений любой природы, кроме ржавчины. Чистая поверхность нагрева — интенсивный теплообмен. Интенсивный теплообмен – уменьшение удельного расхода топлива в котлах и удельного расхода теплоносителя в теплообменниках, экономия газа, воды и электроэнергии. Что это, как не энергосбережение в чистом виде?