Магнитно-импульсная чистка полимерных трубопроводов от минеральных отложений
Магнитно-импульсная чистка полимерных трубопроводов от минеральных отложений
№4(17) 2010
технологии и материалы
В.П. Усачев, президент компании Вотали, Н.К. Даньшин, доктор, доктор физико-математических наук
Существует закоренелое представление о том, что вследствие слабенькой агдезии полимерные трубопроводы, в отличие от железных, не подвержены зарастанию минеральными отложениями. Но это правильно только в первом приближении. По сути, как указывает практика, и полимерные трубы тоже могут копить отложения, сначала при транспортировке по ним технической воды. Потому поиск методов их чистки является тоже очень животрепещущим. В особенности на фоне нарастающей тенденции повсеместной подмены железных трубопроводов полимерными.
Неувязка
Эта неувязка отлично известна. На бытовом уровне — это отложения, накопившиеся задесятилетия эксплуатации на внутренних стенкахтруб и батарей центрального отопления, также водопроводных труб. При современном состоянии теплотрасс центрального отопления до 50-60% термический энергии пропадает по пути от котельных до вводов в жилые дома. Но на входе в дом теплоноситель встречают трубы, тотчас более чем на одну вторую сечения забитые отложениями, владеющими достаточно низкой теплопроводимостью, сказать определеннее — являющимися неплохим теплоизолятором. В итоге и без того уже плохой теплоноситель ворачивается вспять в теплотрассу — обогревать улицу, так и не истратив свое тепло на подогрев жилища до соответствующей нормы.
В промышленном секторе особенная острота трудности чувствуется при уменьшении проектного сечения:
а) ставовых труб, через которые откачиваются шахтные воды;
б) трубопроводов компрессорного и вакуумного оборудования;
в) питающих и отводящих труб водогрейных и паровых котлов, теп-лообменников, форсунок остывания технологической воды на градирнях и др.
В протяжении ряда лет этой неувязкой плотно и удачно занимается компания Вотали ЛТД (Донецк), на практике разрушая закоренелое предубеждение о том, что на воду нереально повлиять магнитным полем. Но тут требуется уточнение. Дело в том, что для физиков вода — это дистиллят Н20, лишенный не только лишь магнитных, да и вообщем каких-то примесей, в том числе и проводящих ток ионов. Утверждать, что на такую воду может действовать магнитное поле, означает противоречить известным еще со времен М. Фарадея и Д. Максвелла законам магнитной индукции. Но если по трубопроводу течет жидкость в виде воды с растворенными в ней солями и механическими примесями, то наружное магнитное поле полностью может с ней вести взаимодействие.
Какова вероятная природа этой восприимчивости?
По современным представлениям все вещества делятся (в простей-шей систематизации) на диамагнетики, парамагнетики и упорядоченные магнетики. Исходя из убеждений взаимодействия с магнитным полем основной энтузиазм представляют последние. Их упорядочение состоит в том, что магнитные моменты локализованных в узлах кристаллической решетки магнитных ионов имеют однообразное направление. Но так можно сказать только о незапятнанных ферромагнетиках, которые свойственны наличием всего одной магнитной подрешетки. Тогда как в природе большая часть солей с магнитными ионами имеют так называемое антиферромагнитное упорядочение, при котором две подрешетки схожих по величине, но обратно направленных магнитных моментов, стопроцентно одна другую компенсируют и вещество в целом оказывается магнитно нейтральным.
Но, неравенство магнитных моментов подрешеток антиферромагнетика по величине либо их не параллельность ведет к воз-никновению результирующего ферромагнитного момента, что в природе тоже встречается достаточно нередко. В таких системах наружным магнитным полем можно вызвать разные магнитные фазовые переходы, к примеру, из ферромагнитного состояния в парамагнитное, из антиферромагнитного в ферромагнитное, переориентацию магнитных моментов вещества из 1-го направления на другое и т.п.
Рис. 1. Генераторы импульсов Илиос и им пульсатор
Что из перечисленных веществ содержится в отложениях на стенах труб и в пропускаемой по ним высокоминерализованной технической воде сказать тяжело даже в определенном случае. А о способности точно указать состав отложений при разных вариантах их формирования и гласить не приходи тся. Но, можно утверждать, что без наличия в воды того либо другого соединения с некомпенсированным магнитным моментом гласить о способности конкретного воздействия на нее магнитным полем не приходится.
Техника, разработка, результаты
Комплекс аппаратуры магнитно-импульсной обработки Илиос, раз-работанной компанией Вотали ЛТД, состоит из ультранизкочастотного генератора электронных импульсов, которыми запитывается серия элек-тромагнитов — импульсаторов (рис. 1). Импульсаторы торцами закрепляются на поверхности подлежащего обработке трубопровода на определенном расстоянии один от другого повдоль его длины.
Генератор запрограммирован так, что он отправляет импульсы в элек-тромагниты, расположенные на поверхности трубы, попеременно, создавая повдоль нее своеобразную бегущую волну. Невзирая на то, что серия магнитных импульсаторов обычно локализуется на сравнимо маленьком отрезке трубы, разрушение отложений происходит на расстоянии нескольких сотен метров по направлению потока воды!
Примеры результатов таковой обработки наглядно представлены на рис. 2 — в форме сопоставления состояния объектов импульсного омагничивания до и после. Уместно привести один из соответствующих отзывов по результатам внедрения магнитной обработки — в этом случае от АП Шахта им. Ф. Засядько. В нем сказано: В схеме дегазации шахты от метана используются вакуумные насосы, которые употребляют для остывания воду обратного цикла. Даже при температуре 20-35 °С (имеется ввиду при относительно низкой температуре — авт.) на внутренних поверхностях этих насосов, трубопроводов и агрегатов отложения накипи лежали плотной стеклообразной массой шириной до 6 мм. После установки системы Илиос уже через 30-35 суток мы были приятно удивлены: отложения стали мягенькими, а на отдельных участках слой накипи был вымыт до металла. Давление в системе снизилось с 5 до 4,1 атм. ….
И это всего только один отзыв из ряда схожих.
Рис. 2. Состояние трубы в системе жаркого водоснабжении (а) и теплообменника (б) до (справа) и после (слева) магнитной обработки комплексом Илиос
Рис. 3. Отложения в полимерной трубе диметром 25 мм, применяемой в системе теплоснабжения
Как видно из этого отзыва, данные аппараты могут устанавливаться не только лишь на время, нужное для разрушения отложений, да и работать в неизменном режиме. В последнем случае они, после устранения от-ложений, станут пожизненной кандидатурой реагентам, обычно применяе-мым при классическом методе химподготовки воды для водогрейных и паровых котлов.
Другими словами, в один прекрасный момент смонтировав на трубопроводе импульсаторы системы Илиос, можно запамятовать о необходимости каждогодней реагентной обработки воды для обратного цикла теплоснабжения, предпринимаемой, к примеру, перед отопительным сезоном в системе централизованного тепло- и водоснабжения. И не непременно в системах, где вода (точнее сказать — жидкость) употребляется в качестве теплоносителя, да и там, где ей предназначена оборотная роль — охладителя.
До ближайшего времени эффективность магнитно-импульсной чистки демонстрировалась только на железных трубах и конструкциях. Но, как оказывается, она может удачно применяться и для чистки от отложений полимерных труб.
В качестве примера на рис. 3 показаны минеральные отложения в полипропиленовой трубе с внутренним поперечником 25 мм, используемой в системе теплоснабжения одной из гостиниц п.
Приморское (Крым), а на рис. 4. — отслоившиеся куски отложений.
В свое время в гостинице были установлены вакуумные гелиоколлекторы нагрева воды от солнечной энергии и смонтирована двухконтурная система, использующая пластинчатые теплообменники для нагрева воды для бытовых целей (до 55-60оС). Инженерная разводка систем была выполнена средством полифузионной сварки труб из полипропилена способом сокрытой проводки.
По истечении полутора лет эксплуатации этой системы подача жаркой воды фактически закончилась. Как выяснилось, это вышло от обрастания внутренней полости трубы минеральными отложениями шириной до 2 мм, которые, из-за низкой агдезии полимерной поверхности трубы, обвалились и стопроцентно закупорили ее проходное сечение в местах сварки и на поворотах. В конечном счете, это привело к нарушению штатного гидродинамического режима всей системы, т.е. к прекращению подогрева помещений.
Делему удалось решить при помощи магнитоимпульсной обработки теплоносителя.
Для этого на трубопроводе, подающем сырую воду в пластинчатый теплообменник, были смонтированы два импульсатора. Энергопотребление аппарата Илиос (от сети 220 В) составляет около 60 Вт/час. Уже через неделю хозяева гостиницы ощутили эффек! рабогы но безреагентной чистке всей системы. Хотя еще в течение месяца фильтры грубой чистки системы пришлось прочищать от вымываемых товаров разрушения отложений, также некое время вытерпеть дискомфорт, так как из кранов шла немного мутная вода. Но главное, был достигнут приятный экономический итог! В гостинице не потребовалось делать полгого ремонта по подмене всех труб жаркого водоснабжения. Трубы стали незапятнанными от минеральных отложений. Температурный и гидравлический режимы стопроцентно восстановились. И в предстоящем, при повсевременно работающей аппаратуре Илиос, отложения в теплообменнике и трубах не скапливаются (рис. 5).
С учетом того, что для сотворения систем водо- и теплоснабжения все почаще используются полимерные материалы, а российский рынок полимерных труб быстро развивается, предложенный метод их очитки, по нашему воззрению, имеет неплохую перспективу. Во всяком случае, уже на данный момент он высоко нужен и отыскал применение, как в индустрии, так и в системе ЖКХ.
Догадка о механизме магнитноимпульсного разрушения отложений
При том, что положительные результаты данной магнитной обработки не вызывают сомнения, к истинному времени она не имеет теоретического обоснования. Потому выскажем только догадку этого парадокса. Но до этого укажем на отличительные технические особенности способа, принципные исходя из убеждений электродинамики. Состоят они в последующем:
1. Конструкция и размещение импульсаторов по отношению к тру-бопроводу значит, что на объект действует магнитное поле с сильной пространственной неоднородностью.
2. Так как электромагниты запитываются импульсным током, то обработка осуществляется не магнитным, а электрическим полем, характеризующимся не только лишь с пространственной, но также и сильной временной неоднородностью.
3. Запитка электромагнитов не стационарным, а импульсным током позволяет создавать огромную мощность поля в импульсе.
О чем может гласить тот факт, что разрушение отложений пролон-гируется только по направлению потока воды, а в трубе, заполненной недвижной жидкостью, оно локализуется только в месте установки импульсаторов?
Можно представить, что поблизости расположения импульсаторов дви-жущаяся жидкость насыщается некоторыми вирусами разрушения, которые потом переносятся потоком повдоль трубы, по пути выполняя свою созида-тельную работу по разрушению отложений. Но что это могут быть за вирусы? Попытаемся увязать их природу с фазовыми переходами.
В последние годы исследователи, специализирующиеся исследованием структу-ры воды, говорят, что в ней, под действием наружных воздействий разной природы могут реализоваться более 10-ка разных фазовых состояний, различающихся конфигурацией и геометрическими размерами молекул.
Как понятно, тот либо другой фазовый переход можно вызвать методом конфигурации во времени 1-го из наружных характеристик — температуры, механического напряжения, гидростатического либо гидродинамического давления, электронного либо магнитного поля. К примеру, общеизвестный каскад фазовых переходов в воде (лед-жидкостьпар) происходит при изменении температуры. Но что может происходить в ней под действием изменяющегося во времени магнитного поля?
Из теории фазовых переходов понятно, что благодаря так называе-мому магнито-упругому взаимодействию большая часть магнитных фазовых переходов сопровождается одновременными структурными переходами, при которых меняются геометрические размеры молекулярной ячейки. Это может выражаться в изменении как минимум одной из 3-х постоян-ных решетки.
Очередной узнаваемый факт — после снятия наружного параметра, вызвавшего фазовый переход, новенькая фаза может: 1) одномоментно ворачиваться в начальное состояние; 2) релаксировать, т.е. ворачиваться в начальное состояние в протяжении некого времени; 3) оставаться размеренной навечно либо в течение долгого времени.
Рис. 4. Соответствующие размеры фрагментов минеральных отложений
Для жидкостей характерен 2-ой случай. После уяснения этих причин вернемся к нашим баранам.
Что такое импульс магнитного поля? Это нарастающий и спадающий во времени наружный параметр. При достаточной напряженности магнитного поля в импульсе и наличии в воде магнито-чувствительных ионов, в ней, при нарастании поля, может вызываться целый каскад магнитных фазовых переходов. Посреди их возможно окажется хотя бы один, который сопровождается одновременным структурным перевоплощением в структуре воды. А хоть какой структурный переход, как понятно, сопровождается конфигурацией линейных размеров — одиночных молекул либо их кластеров.
Дальше эти молекулы (кластеры) уносятся потоком воды, по пути внедряясь в рыхловатый поверхностный слой отложений. Но оказавшись за пределами воздействия магнитного поля они начинают релаксировать в начальную фазу, т.е восстанавливать свои начальные линейные размеры.
Эта перестройка и вызывает разрушение приповерхностного слоя отложений. Таковой процесс еще больше возможен, если фазовый переход вызывает уменьшение обьема кластера, который после внедрения в приповерхностный слой отложений в итоге релаксации начинает, расширяется (тут уместно вспомнить сказку А.С. Пушкина О царе Салтане — о том, как подросший в бочке принц разрушает ее изнутри). Но на замену срелаксировавшему молекулярному кластеру с потоком воды на его место прибывает новый, и все повторяется. Такая догадка стопроцентно согласуется с наблюдаемой на практике статикой и динамикой разрушения минеральных отложений обозначенным выше способом — отложения разрушаются медлительно, послойно и только по направлению движения потока воды.