Принцип работы УЭП-1
Что происходит в воде без влияния УЭП-1?
Так, в необработанной воде при нагревании, содержащийся в воде гидрокарбонат кальция переходит в нерастворимый карбонат кальция - кальцит. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением:
Ca(HCO3)2 <= t=> CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ( Гидрокарбонат кальция) (Карбонат кальция)
Форма кристаллов карбоната кальция похожа на лучи с колючками, расходящиеся в разные стороны, которые цепляются друг за друга очень прочно (рис.1).
Благодаря этой форме кристаллы соединяются между собой как «крючки с застёжками» и, соответственно, образуют сложно удаляемые известковые отложения – то есть накипь. Кристаллы кальцита цепляются друг за друга слой за слоем образуя толстый слой накипи.
В процессе работы электронно-электромагнитных противонакипных устройств УЭП-1 происходит воздействие на воду и очищаемые поверхности импульсного электромагнитного поля, определённого оптимальными параметрами по амплитуде, частоте, скорости нарастания и убывания, закона изменения во времени, в результате чего одновременно достигаются ТРИ ЭФФЕКТА:
Эффект первый - препятствие образованию накипи
При воздействии импульсного электромагнитного поля проявляется эффект кавитации.
Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных паром и небольшим количеством углекислого газа.
В результате кавитации, в воде повышается вероятность столкновения ионов кальция и магния, за счет чего образуются зародышевые центры кристаллизации. Данные центры являются энергетически более выгодными по сравнению с обычными местами образования накипи и, следовательно, накипь начинает образовываться не на стенках, а на созданных центрах кристаллизации в объеме воды.
Карбонат кальция может кристаллизоваться в двух модификациях - кальцит и арагонит, при этом основной солью, осаждающейся на теплообменном оборудовании, является карбонат в форме кальцита. Под воздействием электромагнитных волн кальцит, размер частиц которого составляет порядка 30 мкм, кристаллизуется в виде арагонита, размером 5-6 мкм. У арагонита ниже адгезия (прилипание) к материалу теплообменной поверхности, а также ниже силы когезии (слипания) кристаллов между собой. Арагонит выделяется в объеме жидкости в виде хрупкого и рыхлого осадка. Арагонит менее устойчив к пресыщению, чем кальцит. Поэтому его выделение происходит мгновенно и, что важно в объеме жидкости. Арагонит имеет идентичную химическую формулу, как и у кальцита, но другую кристаллическую форму. Арагонит образует игольчатые кристаллы. В форме палочек кристаллы карбоната больше не обладают способностью к образованию известковых отложений. (Рис.2)
Эффект второй - разрушение уже сформированного слоя накипи
Электромагнитное воздействие способствует более активному процессу разрушения накипи, так как внутренняя поверхность металлических труб (поверхностей) приобретает слабый положительный заряд. Ионы кальция тоже имеют положительный заряд и в результате, происходит отталкивание одноименно заряженных ионов друг от друга, т.е. от стенок к центру трубы. Определённая УЭП-1 частота и амплитуда электромагнитных волн ускоряет колебательные движения положительных и отрицательных ионов, что приводит к разрушению сформировавшейся плотной структуры накипи.
Также, в процессе обработки воды с помощью электромагнитных импульсов образуются кавитационные пузырьки, заполненные углекислым газом СО2. При соприкосновении с поверхностью накипи, кавитационные пузырьки разрушаются. Происходит высвобождение углекислого газа, в воде образующего углекислоту H2O + CO2 = H2CO3. Углекислота – это естественное средство, встречающееся в природе и растворяющее известковые отложения. Освобождённая углекислота постепенно устраняет уже имеющиеся в трубопроводе известковые отложения, при этом бережно относясь к материалу труб.
Справочно:
В Институте физической химии РАН проводилась опытная проверка эффективности работы электромагнитных устройств в части результативности разрушения старых накипеобразований.
Испытания проводили по следующей экспресс-методике:
Искусственно приготовленный раствор с общей жесткостью 21,9 мг-экв/л (примерно в 7,5 раз выше жесткости воды р. Москва) и значением рН 7,5-7,8 пропускали в режиме непрерывной циркуляции. Циркуляцию осуществляли последовательно через стеклянную промежуточную емкость, стальную трубу и фторопластовую цилиндрическую ячейку. Отложения солей жесткости происходило на алюминиевом диске, помещенном на дне фторопластовой ячейки. Температура циркулирующего раствора поддерживали на уровне 85±5 ºС. Время циркуляции раствора – 2,5 часа. После окончания циркуляции диск вынимали из ячейки, промывали и высушивали на воздухе при 100ºС. В результате, получали некое количество на диске осадка солей жесткости.
После изучалось изменение структуры осадка солей жесткости. Каждый образец (два образца) с осажденными солями жесткости поместили на 5 часов:
- в раствор воды без обработки электромагнитным устройством;
- в раствор воды, предварительно обработанный электромагнитным устройством.
Исследование структуры образцов проводились с помощью атомно-силового микроскопа при увеличении *10000 раз. Полученные результаты представлены на рис. 3 и 4. Из графиков видно, что без обработки воды осадок имеет плотную аморфную структуру. С обработкой воды импульсным электромагнитным полем проявляется гранулярная структура осадка, что свидетельствует о его размягчении и расслаивании. Почти в 2 раза уменьшилась и высота отложений.
По результатам актов испытаний в промышленных условиях, начало разрушения и отслаивания отложений от стенок теплообменного и теплоэнергетического оборудования начинает наблюдаться после десяти суток работы устройств. В дальнейшем накипь превращается в тонкодисперсную массу, легко смываемую проточной водой.
Эффект третий - образование защитного противокоррозионного слоя
Под воздействием радиально направленного электромагнитного поля, свободные электроны в металлической трубе (поверхности) притягиваются от внутренней стенки к внешней поверхности. В результате этого, металл на внутренней стенке приобретает слабый положительный заряд, т.е. становится обеднён электронами и соответственно инертным к коррозии.
Основные уравнения электрохимической реакции:
2Fe + 2H2O+ O2 ---> 2Fe2++ 4OH----> 2Fe(OH)2 –окисление железа;
2Fe(OH)2+ H2O+ O2---> 2Fe(OH)3 –гидрооксиджелеза (осаждается);
Fe(OH)3---> Fe2O3+H2O – ржавчина
Первое уравнение можно представить в виде связанных частичных реакций:
Fe --->Fe2++ 2e
O2+ 2H2O+ 4e--->4OH-
Электромагнитное поле притягивает к внешней поверхности металлической трубы (поверхности) освободившиеся свободные электроны, образовавшиеся в результате первой частичной реакции. Возникает эффект «Пассивирования», т.е. без свободных электронов процесс окисления железа не может происходить, металл становится пассивным к коррозии. Пассивность металла к коррозии имеет определённую протяжённость, ограниченную окислительной силой воды над электромагнитным полем.
Также, под воздействием углекислоты на внутренней поверхности очищенной металлической трубы (поверхности) создаётся защитная слой-плёнка из высших окислов металла (Fe3O4, Fe5O6), которая препятствует возникновению обычной и язвенной коррозии.