Диффузор (в гидроаэродинамике) - профилированная часть канала (трубы), в которой происходит замедление потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем на участке прямой трубы исходного сечения (см. Формула Дарси - Вейсбаха), т. е. его бывает отрицателен; однако при росте длины при постоянном угле раскрытия и при увеличении угла раскрытия диффузора может произойти отрыв потока от стенок (вблизи них образуются вихри), при этом коэффициент сопротивления диффузора очень сильно возрастает .

Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость дозвукового течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов (водопроводах , воздуховодах , газопроводах , нефтепроводах , аэродинамических трубах , реактивных двигателях и др.). В электроакустике часть механической колебательной системы громкоговорителя , предназначенной для возбуждения звуковых волн в окружающем воздухе.

• Диффузором в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
• Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

Конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость течения жидкости или газа.

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных - усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне вентилятора радиального , что позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления ζ (коэффициент Дарси) (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения отрыв пограничного слоя и образования вихрей), а следовательно, уменьшить потери давления , развиваемого вентилятором.

ζ = λ T 8 sin ⁡ α / 2 (1 − 1 n 2) {\displaystyle \zeta ={\frac {\lambda _{T}}{8\sin {\alpha /2}}}\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)} ,

где n = S 1 S 2 {\displaystyle n={\frac {S_{1}}{S_{2}}}} - степень сужения; λ T {\displaystyle \lambda _{T}} - коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Гидравлическое сопротивление конфузора всегда меньше гидравлического сопротивления диффузора такого же размера.

Течения в диффузоре и конфузоре

В конфузоре с небольшим углом раскрытия повышенного вихреобразования обычно не возникает, жидкость меняет направление плавно, и потери давления в основном связаны с ростом скорости. При росте угла раскрытия конфузор превращается во внезапное сужение, образуются застойные зоны с вихрями.

В диффузоре возможен отрыв потока, при этом возникают обширные вихревые зоны у краёв, и энергии теряется достаточно много (почти как при внезапном расширении). Однако, если угол очень маленький и отрыва потока на длине диффузора возникнуть не успевает, его коэффициент сопротивления может стать и отрицательным, как в трубке Вентури . В специально профилированном диффузоре безотрывное течение можно поддерживать более эффективно.

Конфузор - сужающийся участок трубопровода, в котором происходит увеличение скорости потока жидкости или газа.

Диффузор - расширяющийся участок трубопровода, в котором происходит уменьшение скорости потока жидкости или газа.

Сопло Лаваля - техническое приспособление, которое служит для ускорения газового потока проходящего по нему до скоростей превышающих скорость звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.

Сопло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании специальных газодинамических расчётов.

Сопло было предложено в 1890 г. шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин.

В ракетном двигателе сопло Лаваля впервые было использовано американским инженером Робертом Годдардом в 1919 г.

Феномен ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным путём. Позже это явление нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики.

При анализе течения газа в сопле Лаваля принимаются следующие допущения:

1. Газ считается идеальным.

2. Газовый поток является изоэнтропным (то есть имеет постоянную энтропию, силы трения и диссипативные потери не учитываются) и адиабатическим (то есть теплота не подводится и не отводится).

3. Газовое течение является стационарнымым и одномерным, то есть в любой фиксированной точке сопла все параметры потока постоянны во времени и меняются только вдоль оси сопла, причём во всех точках выбранного поперечного сечения параметры потока одинаковы, а вектор скорости газа всюду параллелен оси симметрии сопла.

4. Массовый расход газа одинаков во всех поперечных сечениях потока.

5. Влиянием всех внешних сил и полей (в том числе гравитационного) пренебрегается.

6. Ось симметрии сопла является пространственной координатой x.

7. Отношение локальной скорости v к локальной скорости звука C обозначается числом Маха, которое также понимается местным, то есть зависимым от координаты x:

Из уравнения состояния идеального газа следует: , эдесь ρ - локальная плотность газа, p - локальное давление. С учётом этого, а также с учётом стационарности и одномерности потока уравнение Эйлера принимает вид:

что, учитывая (1), преобразуется в . (2)

Уравнение (2) является ключевым в данном рассуждении.
Рассмотрим его в следующей форме:

(2.1)

Величины и характеризуют относительную степень изменяемости по координате x плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (2.1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (M < 1) плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых (M > 1) - наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

где A - площадь местного сечения сопла,

дифференцируя обе части этого уравнения по x, получаем:

После подстановки из (2) в это уравнение, получаем окончательно:

(3)

Заметим, что при увеличении скорости газа в сопле, выражение: положительно и, следовательно, знак производной определяется знаком выражения: (M 2 − 1)

Из чего можно сделать следуюшие выводы:

При дозвуковой скорости движения газа (M < 1), производная - сопло суживается.

При сверхзвуковой скорости движения газа (M > 1), производная - сопло расширяется.

При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная - площадь поперечного сечения достигает экстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.
Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это превосходство имеет объяснение. Во-первых, рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины), а в реальных тепловых двигателях на этой передаче имеют место большие потери. Во-вторых, газ проходит через сопло так быстро, что не успевает отдать заметное количество своей тепловой энергии через теплоотдачу стенкам сопла, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

Из уравнения состояния идеального газа, и баланса энергии в газовом потоке выводится формула расчёта линейной скорости истечения газа из сопла Лаваля:

(4)

v e - Скорость газа на выходе из сопла, м/с;

T - Абсолютная температура газа на входе;

R - Универсальная газовая постоянная R=8314,5 Дж/(киломоль*К);

M - молярная масса газа, кг/киломоль;

k - Показатель адиабаты k = c p / c v ;

c p - Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(киломоль*К);

c v - Удельная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(киломоль*К);

p e - Абсолютное давление газа на выходе из сопла, Па;

p - Абсолютное давление газа на входе в сопло, Па.

При работе сопла Лаваля в непустой среде (чаще всего речь идет об атмосфере) сверхзвуковое течение может возникнуть только при достаточно большом избыточном давлении газа на входе в сопло по сравнению с давлением окружающей среды.

При возникновении сверхзвукового течения давление газа на выходном срезе сопла может оказаться даже меньше давления окружающей среды (вследствие перерасширения газа при движении по соплу). Такой поток может оставаться стабильным, поскольку давление окружающей среды (пока оно не на много превышает давление газа на срезе сопла) не может распространяться против сверхзвукового потока.

В общем случае удельный импульс сопла Лаваля (при работе как в среде, так и в пустоте) определяется выражением:

(5)

Здесь v e - скорость истечения газа из сопла, определяемая по формуле (4); A e - площадь среза сопла; p e - давление газа на срезе сопла; p 0 - давление окружающей среды; - секундный массовый расход газа через сопло.
Из выражения (5) следует, что удельный импульс и, соответственно, тяга ракетного двигателя в пустоте (при p 0 =0) всегда выше, чем на поверхности Земли. Это находит отражение в характеристиках реальных ракетных двигателей: обычно для двигателей, работающих в атмосфере, указываются по два значения для удельного импулься и тяги - в пустоте и на Земле (например, РД-107).

Зависимость характеристик двигателя от давления газа на срезе сопла p e носит более сложный характер: как следует из уравнения (4), v e растёт с убыванием p e , а добавка - убывает, и при p e < p 0 становится отрицательной.
При фиксированном расходе газа и давлении на входе в сопло величина p e зависит только от площади среза сопла, которую обычно характеризуют относительной величиной - степенью расширения сопла - отношением площади конечного среза к площади критического сечения. Чем больше степень расширения сопла, тем меньше давление p e , и тем больше скорость истечения газа v e .

Рассматривая соотношение давления на срезе сопла и давления окружающей среды, выделяют следующие случаи.

p e = p 0 - оптимальный режим расширения сопла, при котором удельный импульс достгает максимального значения (при прочих равных условиях). При этом, как следует из уравнения (5), импульс становится численно равным скорости истечения газа v e .

p e < p 0 - режим перерасширения. Уменьшение степени расширения сопла (несмотря на уменьшение скорости истечения газа) приведёт к увеличению удельного импульса. При проектировании ракетных двигателей первых ступеней ракет конструкторы часто сознательно идут на перерасширение, поскольку с набором ракетой высоты атмосферное давление падает, уравнивается с давлением на срезе сопла, и удельный импульс двигателя возрастает. Таким образом, жертвуя тягой в начале полёта, получают преимущество на последующих его стадиях, что, как показывают расчёты и практика, в сумме даёт выигрыш в конечной скорости ракеты.

Однако, при значительном превышении давления окружающей среды над давлением в газовом потоке, в нём возникает обратная ударная волна, которая распространяется против потока со сверхзвуковой скоростью, тем большей, чем больше перепад давления на её фронте, что приводит к срыву сверхзвукового течения газа в сопле (полному или частичному). Это явление может явиться причиной автоколебательного процесса, когда сверхзвуковое движение газа в сопле периодически возникает и срывается с частотой от нескольких герц до десятков герц. Для сопел ракетных двигателей, в которых происходят процессы большой мощности, эти автоколебания являются разрушительными, не говоря о том, что эффективность двигателя в таком режиме резко пвдает. Это накладывает ограничение на степень расширения сопла, работающего в атмосфере.

p e > p 0 - режим недорасширения. Недорасширение означает, что не вся внутренняя энергия газа израсходована на его ускорение и, увеличив степень расширения сопла, можно добиться увеличения скорости истечения газа и удельного импульса. В пустоте (при p 0 =0) полностью избежать недорасширения невозможно.

Рис. 1. Схема подвижного соплового насадка.

Неограниченное увеличение степени расширения сопла асимптотически приближает скорость истечения газа к пределу, определяемому его внутренней энергией, при этом увеличивается длина, диаметр выходного сечения, и, следовательно, вес сопла. Конструктор сопла, работающего в пустоте, должен принять решение: при какой степени расширения дальнейшее увеличение размера и веса сопла не стоит того увеличения скорости истечения, которое может быть достигнуто в результате. Такое решение принимается на основании всестороннего рассмотрения функционирования всего аппарата в целом.

Вышесказанное объясняет то обстоятельство, что ракетные двигатели, работающие в плотных слоях атмосферы, как правило, имеют степень расширения меньшую, чем двигатели, работающие в пустоте. Например, у двигателя F-1 первой ступени носителя Сатурн-5 степень расширения составляет 16:1, а RL 10B-2 - двигатель, используемый NASA на ускорителях межпланетных зондов, имеет степень расширения равную 250:1.

Стремление добиться эффективной работы двигателя как на Земле, так и на высоте заставляет конструкторов искать технические решения, позволяющие достигнуть эту цель. Одним из таких решений явился подвижный сопловой насадок - «продолжение» сопла, которое пристыковывается к нему по достижении ракетой разреженных слоёв атмосферы, увеличивая, таким образом, степень расширения сопла. Схема действия насадка изображена на рисунке 1. Здесь (1) - собственно сопло Лаваля; (2) - сопловой насадок; А - положение насадка при работе в нижних, наиболее плотных, слоях атмосферы; В - положение насадка на большой высоте. Эта схема была практически реализована в конструкции двигателя НК-33-1.

Работая с водой, зачастую приходится выбирать, как бороться с солями жесткости, коих в нынешней воде содержится в избытке. Процессы умягчения сегодня получили большое распространение. Как раз из-за того, что найти качественную воду, мягкую с нормальным показателем кислотно-щелочного баланса с каждым годом все сложнее и сложнее. Пребывание человечества на Земле отражается на экологии все острее.

Так работа в бассейне подразумевает обязательное использование реагентов для водоподготовки. Не могут без них обойтись ионообменные умягчители, а также разного рода сорбционные фильтры и обезжелезиватели. И это при том, что удаление накипи проводить не надо, закупать средства для такого устранения тоже. Реагенты для водоподготовки по-прежнему актуальны.

Рассматривая более подробно виды используемых в системе умягчения воды реагентов, рассмотрим, как работает система очищения воды и какие фильтры могут применяться на этих этапах. Также скажем пару фраз о целесообразности устранения излишков жесткости воды.

Использование грязной воды может вылиться во множество негативных последствий. Вы будете использовать намного больше топлива или электричества. Есть высокий риск остаться без дорогостоящего оборудования. Постоянные чистки приведут к сокращению срока эксплуатации приборов. Из-за жесткой воды вы будете использовать гораздо больше моющих средств, т.к. она плохо их растворяет.

Для солей жесткости нет особой разницы, где оседать. Будут это ваши внутренние органы или волосы, им все равно. Образовывать накипь и вредить соли жесткости могут на любых поверхностях. Потому для человеческого здоровья излишняя жесткость излишне вредна. С использованием и потреблением подобной воды, вы можете нажить себе и язву, и хронический пиелонефрит.

Для промышленности применение подобной воды выливается в бешенные просто расходы на электроэнергию. Но главное, из-за плохой передачи тепла, промышленное оборудование, вместе с бытовыми приборами пачками выходит из строя. Не пропуская тепло, накипь заставляет всю мощь нагрева застревать внутри поверхности. Она начинает раскалять себя. Не в состоянии отдать тепло дальше, материал поверхности трескается, в лучшем случае, в худшем – промышленное оборудование разрывает. Часто при неправильной очистке поверхностей от накипи такое явление происходит в котельных.

Поэтому водоподготовка что для квартиры, что для собственного дома или крупного производства нужна. Только вот в быту наши люди еще не дошли до той степени восприятия вреда от использования жестковатой воды, чтобы не стремиться экономить на водоочистке. В промышленности же, особенно в таких отраслях, как микроэлектроника или производство любых напитков обойтись без нельзя. Они часть производственного процессе иногда и сам основной процесс.

С актуальностью и насущностью реагентов для водоподготовки в свете самой системы немного разобрались. Теперь, в качестве краткого вводного курса – состав системы водоочистки. Постараюсь привести пример наиболее наполненной системы, чтобы было понятно, на каких этапах могут применяться реагенты для водоподготовки.

Начинают подготовку воды с механической чистки. Эта ступень есть всегда, когда забор воды ведется из реки, озера, в общем, из любых источников без предварительной очистки, или же очистки централизованной. Здесь из воды устраняют любые твердые загрязнения, вплоть до песчинок.

После того, как все твердые включения удалены, не мешало бы устранить запах из воды. Вот в таких сорбционных фильтрах очень часто применяют разнообразные реагенты для водоподготовки. Но о них чуть позже.

После устранения запаха, из воды убирают излишки железа и бактерии с вирусами. Здесь также могут использовать фильтрующий песок, который поможет удержать железистые примеси. Для дезинфекции больше всего используют реагенты для водоподготовки. Собственно основное назначение реагентов – дезинфекция. Поэтому здесь очень много разных веществ применяют, и мы постараемся просмотреть самые основные.

После дезинфекции уже наступает пора умягчения воды. Здесь могут устанавливать самые разные фильтрующие установки. Если говорить об тех же реагентах, то их могут использовать в химических умягчителях воды. В качестве примера можно привести ионообменный фильтр для воды, который восстанавливается с помощью сильно соляного раствора, в качестве реагента для водоподготовки.

Здесь также могут установить , он идеально подходит для обработки воды в теплоэнергетике или собственном доме. Но фильтрующих элементов в этой установке нет. Реагенты при его работе не используются, в чем собственно его основной плюс эксплуатации в подобных отраслях.

Другой вариант применяемых фильтров – ультрафильтрация, микрофильтрация с помощью обратного осмоса и других мембранных устройств. Здесь могут использоваться реагенты для водоподготовки, но только в определенных моделях устройств. И заканчивается вся система очистки от нежелательных примесей фильтром-кондиционером. Если того требует итоговое состояние воды. Такой фильтр устанавливают в том случае, когда в конце нужно получить качественную питьевую воду. Причем вода должна быть не только мягкой, но и полезной.

Основные виды реагентов для водоподготовки

Медленно, но верно, мы добрались к рассмотрению основных видов реагентов для водоподготовки. Применение таких веществ, не просто помогают очищать воду, они выполняют куда более широкую функцию. С их помощью поддерживается на должном уровне водно-химический режим бассейнов, приборов умягчения, охлаждения на производстве. Любая сложная система подготовки воды без химических вкраплений не будет работать столь эффективно, во многих направлениях. Заменить реагенты может только и купить ее можно везде сейчас.

Как я уже говорила, добавление в воду реагентов для водоподготовки поможет качественно улучшить осветление воды. Все реагенты можно разделить на следующие группы – коагулянты, флокулянты, антискаланты, биоциды . Еще есть группа специальных моющих веществ, которые используют для очистки мембран в том же обратном осмосе.

1. Особняком стоят реагенты с определенным целевым назначением . Одни используются для парового котельного оборудования, другие для открытых и закрытых систем охлаждения, И наконец есть еще группа реагентов для водоподготовки теплообменных устройств.Задача коагулянтов состоит в том, чтобы поспособствовать быстрому слипанию мелких частичек. Они становятся в процессе слипания большими по размеру, потом эти частицы быстрее оседают. И так же легче вымываются из системы.
2. Флокулянты служат для ускорения соединения неустойчивых частиц. Таким образом, в воде быстрее образуются белые хлопья, которые легче отфильтровываются. Флокулянты как раз необходимы для осветления воды. С их помощью производительность фильтров-осветлителей повышается.
3. Антискаланты позволяют убрать умягчение из перед системой обратного осмоса. Да и срок использования мембран эти реагенты для водоподготовки значительно продлевают. Часто их также применяют для поддержания на определенном уровне химического состояния воды в системах охлаждения. При этом использование антискалантов помогает предотвратить образование накипи в таких промывочных системах и тоже способствует увеличению производительности систем.
4. Отдельный вид реагентов для водоподготовки составляют специальные моющие средства , предназначенные для очистки тонких и чувствительных мембран в любых мембранных фильтрах для воды. Естественно, когда мембраны находятся постоянно в работе, то спустя время они забиваются примесями разного рода. Кроме того, на мембранах, из-за фильтрации и бактерий с вирусами может образовываться и развиваться биопленка. С помощью специальных реагентов для водоподготовки, вы быстро растворите эту пленку и мембрана снова начнет работать, как новая. При этом целостность мембран сохраняется.
5. Следующим популярным видом реагентов являются биоциды . Их прямое назначение пруды, бассейны. Эти вещества не дают развиваться эрозии, и наростам различных иловых биологических отложений. Биоциды облюбовали бактерии, грибки, плесень, почти все виды микроорганизмов. Они прекрасно с ними справляются и что немаловажно за короткое время.
6. В качестве реагентов для водоподготовки в паровых котельных, где, кстати требования к качеству получаемого пара очень и очень жесткие, чаще всего используют смесь различных аминов . Они должны в обязательном порядке работать с любым видом котлов и кондиционеров. Амины не производят в первозданном виде. Их получают смешиванием нескольких веществ. После получения такой смеси, обязательно ее тестируют. Амины должны легко устранять или нейтрализовать угольную кислоту в воде. Этот же реагент должен в процессе работы создавать на поверхностях углеродистой стали незаметную, но очень полезную магнитную пленку, которая будет защищать поверхности оборудования от коррозии и отложений накипи.

Следующая группа видов реагентов служит для защиты систем охлаждения двух видов – открытого и закрытого. Оборотные системы водоснабжения зависят от качества исходной воды очень сильно. Мало того, вода будет работать тем эффективнее, чем дольше она будет оставаться качественной после оборотов, чем постоянее химический состав оборотной воды, тем дольше и качественнее работает оборотная система.

Что может по препятствовать качественной работе таких систем? Естественно, это образование коррозии и ее остатки в системе, шлам, биологические наросты, тот же ил можно сюда отнести. Все это значительно снижает КПД работы системы. Да и эксплуатационные расходы на постоянные чистки системы растут. Добавьте сюда ускорившийся процесс износа деталей оборудования в системе. Если же в оборотной системе разработать и установить , хотя бы с использованием реагентов для умягчения, это уже решит процентов 80-90 всех проблем.

И еще одна группа реагентов для водоподготовки – это группа веществ, которые служат защитой для теплообменников. Для этого также есть специальные вещества, которые максимально эффективно работают в сложном теплообменном оборудовании. Очень часто реагенты представлены смесью ортофосфарной кислоты и активных комплексонов.

Плюсы использования химических реагентов для водоподготовки

• Отлично чистит поверхности разборных теплонасосов и паяных моделей насосов, компрессоров и конденсаторов, маслоохладителей, любых приборов систем охлаждения;
• нет агрессивных реакций при контакте с нержавейкой, медью или их сплавами;
• реагенты отлично устраняют ржавчину с окалиной, а также накипные отложения.

Такие реагенты для водоподготовки лучше всего разводить с водой в пропорциях – один к трем или пяти. Промывать стоит по-разному, в зависимости от степени загрязнения. Такая чистка может продлиться от 2 до 10 часов. При работе этих веществ, следует гарантировать в системе постоянную циркуляцию и статическое травление. Плюсом котловых реагентов является тот факт, что они не вредные для человеческого здоровья и могут разлагаться внутри котлов, не оставляя после себя какие-либо следы. Это огромный плюс в пользу таких реагентов.

Реагенты, применяемые для водогрейного котельного оборудования немного отличаются от них же, но для паровых котлов. Задача состоит еще и в том, чтобы устранить из воды излишки растворенных газообразных веществ в воде. Для этого очень часто используют деаэраторы. Это вещества способные поспособствовать выведению из воды растворенного кислорода, который крайне негативно влияет на котельное оборудование.

Такие вещества вступают в реакцию с растворенным кислородом и делают его неактивным. Коррозионная активность водных ресурсов при этом значительно снижается. Применение таких веществ дает значительное улучшение, и стабильность работы котла. Плюс снижение колебаний концентраций кислорода в воде дает возможность получать качественный пар без перепадов значений.

Чтобы поддерживать показатель содержания кислорода в воде на нужном уровне необходимо установить в системе подготовки воды дозатор, который автоматически с определенной периодичностью будет впрыскивать в систему такие редукторы кислорода.

Из реагентов для водоподготовки можно еще отметить нейтрализаторы конденсата. В процессе работы с подпиточной жестковатой водой в системе выделяется углекислый газ. И все бы ничего, кабы в процессе работы воды и газа не образовывалась угольная кислота. Она очень способствует коррозионной активности, образующегося конденсата на поверхностях. Это потом приводит к резкому сокращению срока службы трубопроводов.

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что одного для создания надежной защиты от жесткости в воде будет недостаточно. Так или иначе, но обойтись без специальных реагентов, особенно в теплоэнергетике и в системах тонкой очистки не обойтись. Поэтому так важно знать и понимать, какие вещества, сегодня используются для этих целей. Тогда и процесс производства будет защищен от вредных примесей, еще на стадии проектировки системы подготовки воды. Мы рассмотрели минусы и плюсы использования реагентов для водоподготовки. Продолжение смотрите в следующей нашей статье.

В. Мацура, к.х.н., Д. Жихарев, к.х.н.

Для обеспечения надежной эксплуатации современного водогрейного жаротрубного котла необходимо поддерживать правильный водный режим, определяемый набором показателей качества контурной воды и диапазонами нормативных значений этих показателей. Требования к качеству воды для заполнения и подпитки системы отопления с водогрейными котлами регламентируются большинством производителей котельного оборудования, а также рядом специальных нормативных документов.

Для соблюдения норм и, соответственно, поддержания правильного водного режима котельной установки требуется специальная подготовка воды. Использование неподготовленной воды часто приводит к значительному снижению КПД котельного оборудования (вследствие образования различного рода отложений на теплообменных поверхностях), а также развитию коррозионных повреждений оборудования и трубопроводов. В общих случаях подготовка воды состоит из предварительной (докотловой) и коррекционной (внутрикотловой) стадий. Накипь (твердый слой, препятствующий эффективной теплопередаче) возникает в результате образования отложений малорастворимых соединений кальция, магния, железа и кремния на внутренних поверхностях теплопередающих элементов систем отопления. Наиболее чувствительны к образованию накипи теплообменные поверхности пучков дымогарных труб, проходящих через водную часть жаротрубных (газотрубных) водогрейных котлов . Растущее тепловое сопротивление слоя накипи вызывает увеличение температуры жаровых труб со стороны топочной части. Нарушение же теплообмена приводит к значительному перегреву трубных поверхностей, повреждению конструкционных элементов и аварийным остановкам котельного оборудования. Также накипь образуется в экономайзерах, запорно-регулирующей арматуре, циркуляционных насосах и трубопроводах.

Растворенный кислород и углекислый газ вызывают так называемую точечную коррозию элементов оборудования, образуя мелкие кратеры на поверхности металла. Некоторые из таких кратеров увеличиваются до возникновения свищей. При высоких температурах агрессивное воздействие коррозионно-активных газов увеличивается.

Негативное воздействие на металлические поверхности в системах отопления оказывают также теплофикационная вода с низким значением pH и продукты коррозии, прежде всего, соединения железа.

Применение установок натрий-катионирования для снижения общей жесткости, перед подачей на заполнение или подпитку контура котла или тепловой сети, связано с определенными капитальными и эксплуатационными затратами. Использование деаэраторов для удаления растворенных коррозионно-активных газов из теплофикационной воды экономически неэффективно (вследствие высоких энергетических затрат).

Метод подготовки теплофикационной воды с использованием химических реагентов заключается в том, что с помощью специально подобранных компонентов предотвращается образование накипи на внутренних поверхностях конструкционных элементов систем отопления. Обычно такой процесс коррекционной подготовки воды организуют следующим образом: посредством насоса-дозатора в воду, циркулирующую в системе отопления, подается небольшое количество специальных химических соединений, препятствующих осаждению малорастворимых солей на теплопередающих поверхностях. При этом иногда общая жесткость воды в системе отопления остается равной общей жесткости исходной воды, поступающей на подпитку.

Существует целый ряд химических реагентов (ИОМС, ОЭДФ, АФОН, ПАФ, НТФ, комплексоны на основе солей фосфорорганических кислот и др.), рекомендуемых к применению в контурах водогрейных котлов и тепловых сетей для связывания части ионов жесткости в растворимые соединения. Не вдаваясь в суть действия этих реагентов, можно сказать, что они только лишь препятствуют росту кристаллов солей жесткости на внутренних поверхностях элементов оборудования, не оказывая влияния на значение pH теплофикационной воды и содержание коррозионно-активных растворенных газов.

Широко распространенный цинковый комплекс оксиэтилидендифосфоновой кислоты (Na 2 ZnОЭДФ) позиционировался как химический реагент, совмещающий действие пленкообразующего ингибитора коррозии и противонакипное действие. Однако появившиеся в последние годы результаты исследований показывают, что эффективность действия данного реагента не очень высока.

Широкое применение комплексонов на основе фосфонатов иногда приводит к отрицательным последствиям - забиванию проходов в пучках теплообменных трубок сетевых подогревателей карбонатами кальция и магния. Это объясняется так: концентрация активного компонента в комплексоне меняется от партии к партии, что не позволяет выдерживать эффективную дозировку реагента достаточно точно.

Подготовку воды в контурах водогрейных котлов и тепловых сетей с использованием комплексонов типа ИОМС, ОЭДФ и других следует совмещать с деаэрацией, иногда - с частичной деминерализацией исходной воды, а также дозированием дополнительных химических реагентов для корректировки pH.

Композиционные химические реагенты

Рассмотрим сравнительную характеристику композиционных химических реагентов для коррекционной подготовки воды в системах отопления. Все перечисленные ниже химические препараты относятся к реагентам комплексного действия, призванным обеспечить коррекцию теплофикационной воды сразу по нескольким параметрам: значение pH, содержание растворенного кислорода и углекислого газа, накипеобразующее действие растворенных солей.

Nalco 77385

Химический реагент Nalco 77385, выпускаемый Nalco Company (США), предназначен для предотвращения развития коррозии и образования отложений в закрытых системах тепло- и водоснабжения. В его состав входит смесь органических и неорганических ингибиторов коррозии, включая компоненты на основе молибдат- и нитрит-ионов, щелочь для коррекции pH и дисперсанты. Следует также отметить, что присутствие в составе продукта токсичных молибдат- и нитрит-ионов сильно ограничивает возможность его использования (в связи с трудностью его утилизации). Рекомендуемая дозировка реагента составляет 5000-7000 г на 1 м 3 воды в системе отопления.

Advantage K350

Продукт Advantage K350 (компания Ashland, США) - реагент комплексного действия, предназначенный для предотвращения развития коррозии и образования отложений в системах отопления с местным нагревом. Данный продукт эффективно связывает растворенный кислород даже при низких температурах, способствует коррекции уровня pH теплофикационной воды и поглощает свободную двуокись углерода. В состав реагента входят: N, N-диэтилгидроксиламин, 2-амино-2-метил-1-пропанол, гидроксид калия, смесь синтетических полимеров. Синтетические полимеры, входящие в состав реагента, предотвращают образование отложений на внутренних поверхностях котлов, труб, теплообменников, запорно-регулирующей арматуры и измерительных устройств. Данный химический реагент также предохраняет от коррозии медные и бронзовые элементы.

N, N-диэтилгидроксиламин, относящийся к классу органических аминов, способствует формированию магнетитовой пленки, предохраняющей от коррозии внутренние поверхности элементов систем отопления.

2-амино-2-метил-1-пропанол в совокупности с гидроксидом калия составляют систему, которая эффективно увеличивает и стабилизирует в оптимальном диапазоне значение pH теплофикационной воды. Стабилизация pH способствует поддержанию остальных параметров водного режима и сохранению защитной магнетитовой пленки. Отметим, что 2-амино-2-метил-1-пропанол, как pH-стабилизирующий компонент, не приводит, в отличие от гидроксидов калия и натрия, к существенному увеличению солесодержания и электропроводности оборотной воды в системе отопления.

Растворимые полимеры, входящие в состав реагента Advantage K350, синтезированы специально для использования в условиях функционирования систем отопления и имеют постоянный состав, что гарантирует постоянство качества продукции от партии к партии. Именно синтетические полимеры наиболее эффективны в предотвращении образования отложений. При сбросе части теплофикационной воды в канализацию все компоненты химического реагента полностью разлагаются до безопасных соединений. Необходимо отметить, что реагент характеризуется довольно высокой ценой.

Когда система отопления заполнена и подпитывается предварительно умягченной водой, рекомендуется использовать реагент Advantage K350A. Реагент Advantage K350B следует применять, когда необходимо существенно повысить уровень pH теплофикационной воды. Если же вода в системе отопления не проходила предварительного умягчения, применяется реагент Advantage K350D. Advantage K350A/B дозируются непосредственно в воду, циркулирующую в системе отопления, в количестве 0,2-0,4 л/м 3 .

Hydro X

Реагент Hydro X (компания Hydro X, Дания) представляет собой жидкий товарный продукт, который используется для коррекционной подготовки теплофикационной воды в контурах водогрейных котлов и тепловых сетей. Особенностью данного реагента является присутствие гидроксида натрия в сравнительно высокой (20 г/л) концентрации, что ограничивает возможность эффективного его использования для коррекции pH. Hydro X позиционируется как универсальный реагент, который может применяться в водогрейных и паровых котлах. В его состав входят: лигнин, танин, гидроксид натрия, фосфат натрия, альгинат натрия, крахмал и гликоль. Рекомендуемая дозировка Hydro X - 1 л на 1 м 3 воды (при заполнении системы отопления) и 0,5 л на 1 м 3 (при последующей подпитке).