Вода и магнит
|
докт. тех. наук, профессор, заслуженный работник ЕЭС России |
кафедра Технологии воды и топлива Национальный исследовательский университет "Московский энергетический институт" |
Журнал Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, № 10, 2011, С. 36-48.
В статье рассмотрена история магнитной обработки воды, мифы и реальности, связанные с ней, а также современное состояние проблемы. Один из вариантов этой статьи был уже опубликован в 2006 г. [1]. Статья, которую читатель держит в своих руках (или видит на экране компьютера) дополнена новыми материалами – она является римейком первой статьи.
Врачи-дерматологи считают
своих больных самыми лучшими в мире – они-де не умирают и не…
выздоравливают. Вернее, умирать то они все-таки умирают, но от других болезней,
не связанных с кожным покровом человека. Что-то подобное можно сказать и о
магнитной обработке воды, «тайна» которой до сих пор не считается полностью
раскрытой, а сама проблема (технология водообработки) до конца не закрыта и не
исключена из арсенала средств водоподготовки. Все это порождает новые споры,
новый интерес и новые… спекуляции на этот счет. Другая медицинская аналогия. У
проблемы магнитной обработки воды как у некой хронической болезни наблюдаются
периоды обострения и ремиссии: в какой-то момент о ней говорят открыто,
возобновляют эксперименты, а в какое-то другое время подобные разговоры
считаются чуть ли не проявлением дурного тона и полной научной безграмотности,
а сама проблема переходит из области науки и техники в область некой
«технической религии» с дилеммой «веришь – не веришь». Такие всплески
интереса связаны и с тем, что к активной производственной деятельности приходят
новые поколения инженеров, вынужденных принимать решения по защите
теплообменного оборудования от накипи и коррозии, и которые не всегда имеют
полной информации о том, что «было до них». Автор в данной статье постарается
восполнить этот пробел.
В настоящее время опять и у нас и за рубежом открыто заговорили об этой «мистической» технологии водообработки. Некоторые добросовестные и менее добросовестные фирмы[1] предлагают организациям, связанным с тепло- и водоснабжением, дооборудовать теплообменники магнитными аппаратами, которые якобы способны без особых хлопот улучшить работу технологического оборудования: снижать частоту его химических промывок или механических чисток, уменьшать расход реагентов, объемы сточных вод и т.д. А если при этом планируется установить аппараты не с электромагнитами, а с постоянными магнитами, то в ход идут доводы и о энергосбережении. При этом ссылаются на статьи и гипотезы 40 – 50-летней давности, где все эти эффекты магнитной обработки воды якобы были четко подтверждены как теорией, так и практикой. В Интернете по ключевым словам «Физические методы обработки воды» можно найти множество сайтов фирм с каталогом аппаратов и устройств для этой цели и попытками научного описания воздействия этих устройств на воду. Изучая подобные сайты, как правило, приходишь к выводу, что если в них и есть наука, то ее название... маркетология. Есть шутливое определение науки «Статистика» в том плане, что есть большая ложь, есть маленькая ложь и есть… статистика[2]. Шутливое определение маркетологии – это наука о том, как продать («впарить») покупателю то, что ему совсем не нужно, но чтобы он при этом был очень доволен своей покупкой и рекомендовал этот товар или услугу всем знакомым.
В 90-х годах прошлого века одна швейцарская фирма обратилась к автору с просьбой посодействовать продвижению их аппаратов магнитной обработки воды на российском рынке. В Швейцарии есть дома, в которых проложены медные водопроводные трубы и которые через некоторое время зарастают накипью. Замена труб в доме стоит 10-20 тыс. долларов. Эта фирма предлагает прямо на трубу установить фирменный магнитный аппарат за 1000 долларов, который должен снизить накипеобразование. Если этого в течение года не случится, то фирма забирает аппарат и возвращает его стоимость. Здесь уже не только "маркетинг", но и "банковское дело": деньги, полученные от клиента за аппарат (а его себестоимость намного ниже 1000 долларов) можно положить в банк под проценты и получить прибыль.
Так ли все это, призвана
ответить данная статья. Но если читатель не найдет в ней четких и окончательных
ответов, то он по крайней мере может
найти в ней вопросы, какие следует
задавать тем, кто соблазняет его (читателя) быстрыми и легкими решениями довольно
сложных научно-технических и организационно-финансовых проблем.
Начнем издалека.
История магнитной
обработки воды восходит к бельгийскому инженеру Т. Вермайрену, который 1946
году основал в фирму «Эпюрекс» для производства аппаратов с постоянными
магнитами. Но есть мнение, что магнитная обработка воды основана на патенте,
выданном в 1890 году англичанину Джону Булю. А вообще-то, магнитная обработка
воды берет свое начало с учения о магнетизме, которым очень долго (XVII-XIX век) увлекались просвещенные, а в
основном непросвещенные, но богатые люди
(аристократия) в Старом и Новом Свете в салонах, какие описывал,
например, Лев Толстой в «Войне и мире», в «Анне Карениной». Электричеству и
магниту приписывали магические («психотропные») свойства до тех пор, пока в
конце XIX
века не появилась строгая теория электромагнитного поля. Но и сейчас многим
очень хочется приблизить магнит к подопытному животному и зафиксировать его
реакцию. Или прицепить магнит к шлангу, из которого поливают огород или
наполняют водой плавательный бассейн…
В 60-е годы прошлого века
Министерство энергетики и электрификации Украины, «устав анализировать»
многочисленные экспериментальные и полупромышленные данные по эффекту магнитной
обработки воды, решило провести полномасштабный промышленный эксперимент. Для
этого была выбрана Старобешевская ГРЭС на Донбассе, где, как известно,
поверхностные воды сильно минерализованы, что вызвало и вызывает интенсивное
зарастание трубок конденсаторов турбин минеральными отложениями и, как
следствие, перерасход топлива на выработку электроэнергии. Всего на ГРЭС стояло
четыре турбоагрегата с двумя конденсаторами на каждом, перед одним из которых
поставили аппарат, «омагничивающий» примерно 1/8 всей охлаждающей воды. Так
вот, после установки магнитного аппарата интенсивность отложений снизилась, но
не только в том конденсаторе, перед которым был установлен магнитный аппарат,
но в остальных семи. Разработчики магнитного аппарата (В. Миненко, Харьковский
инженерно-строительный институт) объясняли это тем, что они-де «омагнитили» всю
воду в пруду-охладителе, что и улучшило водно-химический режим всей системы
технического водоснабжения ГРЭС. Критики же магнитной обработки подметили, что
в период испытаний (2 – 3 года) в поселке при ГРЭС стали использовать для
стирки не мыло, а стиральные порошки (в те годы они дошли и до нашей страны),
что резко повысило в пруду-охладителе, куда сбрасывались бытовые стоки,
концентрацию фосфатов, которые, как известно, входят в состав стиральных
порошков и являются сами по себе хорошими антинакипинами (антискалантами, как
теперь говорят). Кроме того, тут дал себя знать и известный эффект «обращения
внимания на объект». Что это такое, хорошо поясняет история магнитной обработки
в строительном деле.
Одно время публиковалось
множество статей о влиянии магнитной обработки на качество бетона[3].
Через магнитные аппараты пропускалась либо вода, идущая на приготовление
бетона, либо сам бетон перед его заливкой в опалубки. Но, как правило,
обрабатывалась вода, а не бетон[4].
Так было не эффективнее, а проще. Экспериментальные данные опять же были
нестабильные и противоречивые. Решили провести промышленный полномасштабный
эксперимент и расставить все точки над i. Магнитный аппарат установили на одном
московском растворном заводе, где из песка, воды, щебня и цемента готовили
бетон для строительства. Оказалось, что качество бетона (время его застывания,
прочность и другие важные технологические показатели) воды резко улучшилось
после магнитной обработки. Было такое ощущение, что стали использовать более
дорогую марку цемента. И опять же мнения о причинах происшедшего разошлись.
Скептики утверждали, что все это было следствием того, что на растворный завод
приехали «люди в белых халатах», установили какой-то аппарат и начали
контролировать все технологические процессы, которые, естественно, стали
выполняться более строго. Да и банальное воровство песка, щебня и цемента на
время эксперимента прекратилось… Отсюда вывод: очень часто эффект магнитной
обработки воды можно объяснить тем, что на данное оборудование после установки
магнитных аппаратов стали больше обращать внимание – начали более
тщательно следить за термическим режимом теплообменного оборудования, правильно
проводить периодические и постоянные продувки и т.д. Кстати о продувках.
Магнитная обработка, переводя накипеобразование в шламообразование (об этом
подробнее будет рассказано ниже), требует особых мер по продувке воды из
контура водоснабжения для исключения вторичного накипеобразования – прикипания
образующегося шлама к теплообменным поверхностям. По этой причине некоторые
магнитные аппараты поставлялись вместе с циклонами, выводящими из контура шлам[5].
Так вот, иногда эффект магнитной обработки можно было объяснить тем, что из
контура стали просто продувать часть контурной воды (раньше этого либо не
делали вовсе, либо в меньших количествах и не так регулярно), заменяя ее на
свежую, менее минерализованную, что само по себе по понятным причинам уменьшает
накипеобразование.
Другой яркий пример
«обращения внимания на проблему». Лет 40 назад появились сообщения о том, что
полив «омагниченной» водой повышает урожайность сельскохозяйственных культур. И
сейчас в хозяйственных магазинах можно купить специальные насадки на
водопроводный кран разных конструкций с вмонтированными в них постоянными
магнитами. Полив растений «омагниченной» водой, как утверждается в прилагаемых
инструкциях, может привести к некой «зеленой революции» на садовом участке или
подоконнике. Во Всероссийском НИИ орошаемого земледелия (г. Волгоград) в свое
время также запутались с противоречивыми экспериментальными данными и решили
провести промышленный эксперимент. Одна часть опытного поля поливалась простой,
а другие «живой», пардон, «омагниченной» водой[6].
Для этого на одной из двух поливочных машин (трактор с раскинутыми в стороны на
десятки метров фермами) заменили обычные форсунки (лейки) на специальные со
вставками с постоянными магнитами. Так вот, опять же были получены не просто
обнадеживающие, а феноменальные результаты – урожайность на опытном поле
повысилась на 20 – 30% по сравнению с контрольным полем, поливаемым другой
(обычной) поливочной машиной. Но все дело опять же испортили скептики, которые
обратили внимание на тот факт, что при замене обычных форсунок на «магнитные»
вся поливочная система была заодно прочищена и откалибрована. Раньше, мол, на поле одни участки заливались водой, а другие
оставались сухими… Эксперимент, как это часто случается с магнитной обработкой
воды, оказался нечист… Примерно тоже можно наблюдать при поливе комнатных
растений «омагниченной» водой: раньше (до покупки магнитной насадки на
водопроводный кран) растения поливались неаккуратно, а потом за этим стали
больше следить. Данный скептицизм косвенно подтверждается и мировой
практикой – если что-то дешевое и безреагентное способно повысить
урожайность сельскохозяйственных культур хотя бы на 2 – 3%, то это
«что-то» давно бы уже применялось на полях всего мира.
В медицине (см. начало статьи)
есть термин «плацебо» ((от лат. placebo, буквально — «буду угоден, понравлюсь»)
— вещество без явных лечебных свойств, используемое для имитации лекарственного
средства. Врачи, выписывая плацебо больным, просят их соблюдать диету, не нервничать,
отказаться от вредных привычек и др. Больной начинает себя чувствовать лучше, но
не ясно, что стало причиной этого улучшения. Примерно тоже можно сказать и о магнитной
обработке воды! Накипи стало меньше, снизилась коррозия, «но не ясно, что стало
причиной этого улучшения».
В свое время три мощных
союзных ведомства (Госкомитет по науке и технике, Академия наук и Министерство
образования) создавали несколько комиссий для выяснения феномена магнитной
обработки воды, сулившей чуть ли не новую промышленную революцию. То, что
магнитная обработка доходила до таких «верхов», объяснялось и тем, что один из
апологетов этой технологии (В.И. Классен[7])
имел аспиранта, который впоследствии стал секретарем ЦК КПСС по промышленности
(В.И. Долгих) и из-за уважения к своему бывшему научному руководителю или по
другим причинам «давал ход этому делу[8]».
Научная общественность в лице физиков-теоретиков и серьезных прикладников
отвергала какое-либо влияние магнитного поля на чистую воду, но многочисленные
статьи и книги не давали игнорировать эту проблему. С последней такой комиссией
(ее возглавлял крупнейший специалист по магнитным полям, академик, директор
института физических проблем АН СССР А.С. Боровик-Романов) плотно поработал и
автор этих строк.
Эта комиссия поручила
ряду институтов (геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского,
кристаллографии им. А.В. Шубникова, океанологии им. П.П. Ширшова, физических
проблем им. С.И. Вавилова, химической физики и физики металлов Уральского
научного центра) проверить эффект магнитной обработки воды. Так вот, в
институте кристаллографии им. А.В. Шубникова было показано, что «омагничивание»
воды никак не влияет на рост кристаллов в ней. Хотя в многочисленных
публикациях утверждалось, что «омагничивание» воды приводит либо к изменению
растворимости солей в ней, либо к смене кристаллической формы выпадающей
твердой фазы: вместо плотного кальцита, к примеру, выпадает рыхлый
арагонит – более «щадящий» вид накипеобразователя карбоната кальция.
Примерно такие же отрицательные выводы дали и другие организации.
Физики-теоретики, которые также принимали участие в работе этих комиссий
(академик Я.Б. Зельдович, нобелевский лауреат А.М. Прохоров и др.), подкрепили
результаты этих «академических» тестов выводами о том, что если и возможно
какое-либо влияние магнитного поля не сверхвысоких параметров на чистую воду,
то оно «глушится» другими влияниями (термическим воздействием, например).
Многие же сообщения о положительных результатах в этой области объяснились
элементарной научной безграмотностью самих авторов или плохой статистической
обработкой экспериментальных данных. Типичный пример. В свое время появлялись
сообщения о том, что магнитная обработка воды на 3 – 5% повышает теплоотдачу в
теплообменниках, стоящих за магнитными аппаратами. При этом сознательно или
бессознательно умалчивался тот факт, что этот коэффициент теплоотдачи в те времена да и сейчас в лучшем случае можно измерить с
точностью… 10 – 15%. Другой типичный пример. Исследовалось влияние
магнитной обработки воды на ее вязкость. Вода многократно пропускалась через
тонкий стеклянный капилляр, помещенный в зазор магнитного аппарата. Было
показано, что эта операция существенно меняет вязкость воды. Но потом
оказалось, что вода за счет длительного контакта с капилляром, вымывала
(растворяла) кремнекислоту из стекла и переносила ее тонкой пленкой в активные
элементы приборов замера вязкости. Повтор опытов с тем же капилляром, но уже
без магнитного поля дал аналогичный результат. Проблема качественного и
количественного химического состава воды, подвергаемой магнитной обработке,
стоит очень остро. В большинстве публикаций эта сторона проблемы либо совсем не
освещается, либо освещается поверхностно («вода водопроводная», «вода морская»,
«конденсат» и т.д. без указания количественного состава). Многие исследователи
имели весьма туманное представление о том, что такое природная вода или водная
система, используемая в тех или иных производствах. Все это весьма затрудняет
анализ существующих публикаций о магнитной обработке воды. Из-за этого многие
их игнорируют и начинают проводить эксперименты «с чистого листа» без оглядки
на опыт предшественников.
В свое время Французская
академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечного двигателя.
Что-то подобное случилось и в нашей отечественной и мировой энергетике, которая
стала отказываться от магнитной обработки воды. Вслед за этими и
научно-технические журналы перестали брать и публиковать статьи на эту тему.
Вести анализ современных
публикаций по магнитной обработке воды довольно затруднительно по ряду причин.
Во-первых, данные статьи часто появляются в непрофильных периодических и
разовых изданиях (буклетах), которые находятся вне поля зрения соответствующих
специалистов-водников, физиков и ученых, изучающих магнитные поля. Во-вторых,
статьи в этих журналах, как правило, не рецензируются и содержат информацию
рекламного характера, завуалированную под научную статью. В частности, в них
встречаются ссылки на некие исследования, проведенные солидными
научно-исследовательскими институтами по заданиям фирм, производящих аппараты
магнитной обработки воды. Эти исследования якобы подтверждают эффективность
данной технологии водоподготовки. Но тут настораживает тот факт, что сами эти
«солидные НИИ» результаты данных исследований в своих профильных научных
журналах, как правило, не публикуют.
Многие приверженцы
«омагничивания» воды искренне считали и считают, что существует некий заговор
против этой технологии водообработки. Они полагают, что фирмы-производители
дорогостоящих водоподготовительных установок, базирующихся на традиционных и
хорошо изученных технологиях (коагуляция, известкование, содо-известкование,
ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, механическая фильтрация,
дозировка антинакипинов, выпаривание, дозировка специальных реагентов и т.д.),
боятся нового конкурента и всячески мешают наведению ясности в этом вопросе.
Тут на ум приходит старая история о том, что фабриканты женских нейлоновых
чулок, опасаясь за свои сверхприбыли, скупают-де и прячут патенты на
сверхпрочные чулки. Авторы этих утверждений упускают из виду тот факт, что
сверхпрочные, долгоносящиеся чулки могут быть только толстыми и некрасивыми –
такими, какие женщины никогда не наденут.
Не надо забывать о том,
что водоподготовка – очень важная сфера народного хозяйства с
многомиллиардными оборотами и прибылями, в которой задействовано большое
количество серьезных и ответственных фирм, жестко конкурирующих друг с другом,
контролируемых государственными органами и научной общественностью. Сговор
между такими фирмами практически невозможен. Другой пример, непосредственно
связанный с энергетикой. Многие работающие в области нетрадиционной энергетики
(солнечная энергия, термическая энергия недр, ветроэнергетика, биоэнергетика и
т.д.) также верят ну если не в заговор, то в активное противодействие со
стороны традиционной энергетики: ТЭС, ГЭС, АЭС. Кстати, у некоторых атомщиков
бытует мнение, что им сильно мешают нефтяники и газовики и что это даже
приводит к запрету атомной энергетики в ряде стран (анекдот: атомной станции
Фукусима присвоили звание «Почетный работник Газпрома»).
Но магнитная обработка
подкупала и подкупает многих неопытных производственников, конечно, не своей
тайной, а своей простотой, безреагентностью и безотходностью. Она в глазах этих
людей казалась и кажется до сих пор некой «панацеей от всех бед». Любой другой
способ водообработки (за исключением ультразвуковой обработки воды и растворов,
но это разговор особый) требует реагентов (соли, кислоты, щелочи, фосфатов,
поверхностно-активных веществ и т.д.), установок по их дозировке и утилизации
стоков, расходных материалов (ионитов, фильтрующих картриджей и проч.). Кроме
того, в системах открытого водоразбора при дозировании в воду реагентов
(антинакипинов и/или ингибиторов) требуется учитывать и санитарно-гигиенические
факторы, вопросы органолептики воды. Эта проблема примерно лет 40 назад была
поднята и в отношении «омагниченной» воды. Ведь были сообщения о том, что такая
вода не только удаляет старую накипь в нагревателях, но и… камни в почках.
Этим, естественно, заинтересовались медики не только с позиции возможного
лечения почечно-каменной болезни, но и в плане
установки неких санитарных норм по использованию магнитной обработки в системах
открытого водоснабжения. Ведь такая вода, попав через, например, тепловые сети
с открытым водоразбором в организм человека, могла вымывать не только камни из
почек, но и кальций из всего организма… Но опыты поставленные в институте
гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана (г. Мытищи, Московской области), показали, что
«омагничивание» воды никак не влияет на ее санитарно-гигиенические показатели.
Все сообщения о чудодейственных лечебных свойствах такой воды можно объяснить
некими психофизиологическими факторами. Вспомним, как Алан Чумак своими пассами
через телевизор делал воду якобы лечебной…И ничто не заставит многих людей
разубедиться в этом…
Не осталась в стороне от
проблемы магнитной обработки воды и родная кафедра автора этих строк –
кафедра Технологии воды и топлива Московского энергетического института,
специалисты которого сосредоточились на возможном применении этого способа в
энергетике, где проблема отложений на теплопередающих поверхностях стоит остро.
Исследования, проведенные на кафедре ТВТ, выявили следующий механизм снижения
накипеобразования в теплообменниках с предустановленными магнитными аппаратами.
Мы не утверждаем, что этот механизм единственно верный и что не могут
происходить другие явления в воде. Абсолютно точно только то, что наблюдаемые
нами явления при магнитной обработке воды можно в любой момент воссоздать в
лабораторных или промышленных масштабах.
Во-первых (Б.Т. Гусев и
Е.Ф. Тебенихин), было доказано, что вода в момент прохождения через магнитный
аппарат уже должна быть пресыщена по
накипеобразователю. Только в этом случае могли наблюдаться какие-то последующие
эффекты. Основной низкотемпературный (до 80ºС) накипеобразователь
природных вод – это карбонат кальция. При нагревании воды и, тем более,
при ее кипечении в воде смещается углекислотное равновесие: углекислота
переходит в гидрокарбонаты, которые в свою очередь переходят в карбонаты, что в
конечном итоге приводит к выпадению карбоната кальция, если в воде есть
достаточная кальциевая жесткость. Исходя из состояния углекислотного равновесия
и концентрации кальция природная вода может быть агрессивной (растворять бетон,
например), стабильной и нестабильной – пересыщенной по карбонату кальция.
Так вот, магнитное поле может что-то менять в процессах накипеобразования,
только в третьем случае.
Во-вторых (В.А.
Кишневский), была показана особая роль ферромагнитных
окислов железа в коллоидной и грубодисперсной форме, присутствующих в воде,
проходящей через магнитный аппарат. Железо в тех или иных концентрациях
присутствует почти во всех природных и технологических водных системах в виде
истинно растворимых и/или коллоидных примесей. У многих людей железо сразу
ассоциируется с магнитом, если вспомнить, как легко магнитом собрать
рассыпанные железные (стальные) гвозди. Но далеко не все присутствующие в воде
соединения железа обладают свойствами ферромагнетика. Как правило, они обладают
парамагнитными свойствами – не притягиваются, грубо говоря, к магниту.
Многие подземные (артезианские) воды содержат много железа. Из-за низкого
значения рН это железо в подземной воде находится в растворенной форме. Но при
подъеме такой воды на поверхность и при сбросе давления из нее отдувается
углекислота, что влечет за собой повышение значения рН и переход растворимой
формы соединений железа в нерастворимую – вспомним рыжие «железные»
разводы на сантехнике, использующие такую воду. Ферромагнитные примеси железа
имеют, как правило, черный цвет и образуются обычно в оборотных системах
водоиспользования с повышенной температурой – в водяных или паровых
системах отопления, например. Автору этих строк удалось связать два этих
фактора («углекислота» и «железо») и предложить одно из возможных объяснений
эффекта магнитной обработки воды [2-6].
Рис. 1. Схема включения электромагнитного аппарата перед теплообменником опреснительной установки
На рис. 1 показана
схема теплообменника (головного подогревателя) адиабатного термического
опреснителя воды, на котором автор проводил полупромышленные эксперименты по
снижению накипеобразования (Крым, сентябрь, Севастополь – прекрасное
аспирантское время!). В теплообменник поступала черноморская вода, нагретая до
60°С. Из теплообменника (вода грелась паром) вода выходила с температурой 80°С
и поступала в камеру с разрежением, где вскипала адиабатно, без подвода тепла[9].
Образованный при этом пар конденсировался в конденсат – в опресненную воду. Не
вскипевший остаток воды подавался в соседнюю камеру с более глубоким
разряжением, где опять же часть воды вскипала. Таких камер было три (а были
аппараты с полусотней таких камер). Теплота конденсации этого вторичного пара
передавалась исходной черноморской воде, к которой подмешивалась часть продувки
третьей камеры – см. рис. 2.
Рис. 2. Схема адиабатного трехступенчатого термического опреснителя воды: 1-2 – сборники опресненной воды, 4 – магнитный аппарат, 5 – головной подогреватель, 6 – исходная морская вода, 7 – байпас горячей морской воды, 8 – зазор магнитного аппарата и 9 – сердечник магнитного аппарата.
Так вот, установка перед
головным подогревателем промышленного магнитного аппарата типа ЭМА-50
производства Чебоксарского завода «Энергозапчасть», приводила к качественному
изменению характера накипеобразования. Вместо плотного слоя накипи, равномерно
покрывавшего внутреннюю поверхность трубок и трубные доски головного
подогревателя, наблюдалась забивка трубок шламом при чистых, с металлическим
блеском самих теплообменных поверхностях – см. рис. 3. Этому даже
удивились работники судоремонтного завода, где проводились эксперименты. А они
вскрывали для ремонта много таких подогревателей с опреснителей морских судов.
Рис. 3. Фотография трубной доски головного подогревателя с накипью.
На рис. 4 виден характер
забивания шламом головного подогревателя. Если первичное накипеобразование
(кристаллизация солей из пересыщенного раствора) покрывает теплопередающую
поверхность равномерным слоем, то вторичное накипеобразование забивает шламом
отдельные трубки подогревателя, процент которых в каждом ряду показан не
рис. 4. Было ясно, что магнитная обработка морской воды на опреснителе
резко сдвигает накипеобразование с первичного во вторичное.
Рис. 4. Характер забивания шламом головного подогревателя.
Но самая интересная
картина наблюдалась внутри магнитного аппарата, представлявшего из себя стакан
с сердечником, внутри которого имелось шесть электромагнитных катушек,
создающих в кольцевом зазоре зоны магнитного поля с высоким градиентом и
переменной полярности – см. рис. 5).
Рис. 5. Фотография электромагнитного аппарата с вынутым из корпуса сердечником: 1) корпус электромагнитного аппарата; 2) три выпрямителя, каждый из которых питает две катушки электромагнитного аппарата из шести; 3) вход воды в электромагнитный аппарат; 4) выход воды из электромагнитного аппарата и 5) сердечник электромагнитного аппарата.
Внешняя поверхность
магнитного сердечника была покрыта равномерным слоем накипи песочного цвета
(позиция 5 на рис. 5), переходящего в черный у мест повышенного градиента
магнитного поля. Это были следы ферромагнитных примесей воды, задерживаемых в
магнитном аппарате. Это явление наблюдали давно и считали его вредным –
ферромагнитные примеси-де перекрывают (шунтируют) зазор магнитного аппарата,
пуская магнитное поле мимо воды, которая должна «омагничиваться». На
рис. 6 можно видеть такие шунтирующие мостики.
Рис. 6 Фотография слоя ферромагнитных примесей, задерживаемых из протекающей воды в зазоре электромагнитного аппарата
Но проведенные
дополнительные эксперименты на стенде, показанном на рис. 7, доказали, что
эти шунтирующие мостики способны играть ключевую роль в противонакипинном и
противокоррозионном эффекте магнитной обработки воды.
Рис. 7. Схема лабораторного стенда по изучению механизма влияния магнитного поля на характеристики водных растворов: 1) емкость с исходной водой, которую термостатировали и насыщали барбатированием воздуха по азоту и кислороду; 2) теплообменник, где вода нагревалась до 70–80°С; 3) и 6) бюретки для замера выделяющегося из воды воздуха; 4) дозатор ферромагнитных примесей в воду; 5) электромагнитный аппарат; 7а) и 7б) термостаты; 8) вакуумный насос; 9) емкость для сбора воды. Примечание: рис. 7 анимирован в Интернете – см. http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/Magn_anim/anim_1.html.
Эти эксперименты,
повторяем, примечательны тем, что они в отличие от многих других легко
воспроизводятся. Их суть такова: воду пересыщали по растворенным газам (по
азоту и кислороду: дистиллированную воду при комнатной температуре
барбатированием воздуха (п. 1 на рис. 7) насыщали по газовой фазе, а потом
нагревали – п. 2), а затем подавали в магнитный аппарат (п. 5) и
замеряли количество газа, выделяющееся в его зазоре (п. 6). Опыты
проводили не в двух, (как делалось всеми ранее), а в трех режимах: а) магнитный
аппарат отключен: H=0 , б) магнитный аппарат включен: H≠0 и, наконец, в) магнитный
аппарат включен H≠0,
а в его зазоре удерживается слой ферромагнитных примесей G≠0. Этот слой
можно накопить длительным пропуском через магнитный аппарат воды из системы
закрытого теплоснабжения (отопления здания)[10],
например, либо искусственным вводом в зазор магнитного аппарата суспензии
дробленного магнетита. Так вот, само по себе магнитное поле никак (в пределах
разброса экспериментальных данных) не влияло на скорость выделения газовой фазы
из пересыщенного раствора – см. рис. 8.
Рис. 8. Количество выделяемого воздуха (∆Св) в зазоре магнитного аппарата а зависимости от степени пересыщения (Пв)
Но если это магнитное
поле удерживало слой ферромагнитных примесей (G≠0 и H≠0), то это резко меняло
картину: вода после такого магнитного аппарата становилась мутной («молочко»)
от мельчайших пузырьков воздуха. Такая же картина наблюдалась при пересыщении
воды по солевой фазе – по основному низкотемпературному накипеобразователю CaCO3,
например.
Рис. 9. Фотография частички магнетита с крсталлами карбоната кальция.
На рис. 9 показана
фотография частичка магнетита, извлеченная из зазора магнитного аппарата, через
которую пропускали воду, пересыщенную по карбонату кальция. Эти эксперименты,
подтвержденные и промышленными опытами, позволили разработать механизм влияния
магнитной обработки воды на процессы накипеобразования и коррозии в
теплообменных аппаратах, сводящийся к трем известным технологиям водообработки.
1. Магнитное фильтрование
(сепарация)
Магнитный аппарат в
контуре водоснабжения ведет себя как некий магнитный фильтр, задерживающий в
своем зазоре ферромагнитные, а заодно и неферромагнитные коллоидные и
тонкодисперсные примеси воды. При этом процесс насыщения этими примесями зазора
магнитного аппарата может длиться неделями, месяцами. Только после этого срока
в магнитном аппарате можно видеть картину, схематически показанную на
рис. 6. Этим можно объяснить расхождения в лабораторных и промышленных
данных: промышленный эксперимент мог длиться неделями, месяцами, годами и
давать положительный результат, но при создании его на лабораторном стенде в
ограниченных временем рамках ожидаемого эффекта часто не наблюдалось. С другой
стороны, когда переходили от небольших аппаратов к полупромышленным
испытаниям – к высокопроизводительным аппаратам, то эффект также терялся
из-за того, что обрабатываемую воду в магнитном аппарате приходилось разбивать
на несколько параллельных потоков, одни из которых забивались примесями воды, а
другие – работали на повышенных скоростях без какого-либо задержания
примесей воды.
Лет тридцать тому назад
на той же кафедре ТВТ МЭИ А.М. Вознесенской и Б.Т.Гусевым проводились опыты по
обезжелезиванию воды (возвратного конденсата промышленных производств)
пропуском ее через фильтры, загруженные ферромагнитными материалами, в
частности, размолотой и просеянной окалиной – отходом сталепрокатного
производства. Было дополнительно исследовано влияние внешнего магнитного поля
на этот процесс и доказано, что наложение его на фильтр, загруженный
ферромагнитным материалом, повышает «железоемкость» такого фильтра и снижает остаточное
содержание железа в фильтрате. Эти данные были опубликованы и о них, как у нас
часто водится, благополучно забыли. И тут на свет появляется немецкий патент на
магнитные фильтры, основанный на этом самом эффекте наложения внешнего
магнитного поля на ферромагнитную загрузку фильтра (на стальные шарики,
например), которые в настоящее время широко используются для удаления из воды
продуктов коррозии, находящихся в коллоидной и тонкодисперсной форме. Я не
утверждаю, что немцы прочли статью и подали заявку на изобретение, я только
перечисляю два научно-технических события, распределенных во времени.
2. Контактная
стабилизация
Удерживаемый в зазоре
магнитного аппарата слой или суспензия (см. рис. 6) способствует снятию
части пересыщения воды по твердой или газообразной фазе (некий гетерогенный
катализ). Этот способ снижения накипеообразования давно известен: перед
теплообменником, который хотят защитить от накипи, ставят фильтр, загруженный
мраморной крошкой или той же накипью, полученной в результате механической
чистки того же теплообменника… Правда, такой фильтр нужно вовремя сам чистить
(регенерировать), иначе его загрузка способна превратиться в монолит, который
только отбойным молотком можно будет удалить…
3. Ввод затравочных
кристаллов
Этот способ борьбы с
накипеобразованием широко применялся, например, при термическом опреснении
воды, когда в опреснитель подавалась не чистая морская вода, а суспензия в ней
порошка CaCO3 (размолотого мела, например). У
накипеобразования – кристаллизации солей на теплопередающих поверхностях
при этом появлялся мощный конкурент – шламообразование (кристаллизации тех
же солей, но уже не на теплопередающих поверхностях, а на твердой фазе,
взвешенной в воде). Затравочные кристаллы могут не только вводиться в воду извне,
но и, как показал эксперимент, образовываться на ферромагнитном слое,
задержанном в магнитном аппарате (рис. 9).
Итак, можно утверждать,
что магнитная обработка пересыщенной по солевой или газовой фазе воды,
содержащей ферромагнитные примеси, может оказывать определенное влияние на
процессы накипеобразования и коррозии в теплообменниках. Включая и такое
явление как удаление («растворение») старой накипи, если принять во внимание
следующее. Образующаяся накипь на теплопередающих поверхностях часто трескается
и скалывается (см. рис. 3) из-за термических деформаций и вибраций
теплообменного оборудования. Эти трещины могут либо «залечиваться» вновь
образуемой накипью либо, наоборот, приводить к очистке от накипи, если снижен
уровень первичного накипеобразования.
В последнее время
появились публикации [7], где утверждается, что эффект магнитной обработки
может наблюдаться и без ферромагнитных примесей в воде. Он может объясняться
влиянием внешнего магнитного поля на коллоидные примеси воды, которые сами по
себе очень нестабильны[11].
Внешнее магнитное поле в сочетании с течением электролита (вспомним закон
правой руки: магнит-проводник-движение) может приводить к коагуляции (слипанию)
коллоидных частиц и образованию дополнительных центров кристаллизации,
смещающих накипеобразование от первичного ко вторичному.
Препятствует широкому
внедрению магнитной обработки то, что этот способ борьбы с накипью и коррозией
плохо контролируется и управляется. Если вода подвергается, например
Na-катионированию, то можно следить за жесткостью фильтрата вручную или с
помощью автоматических приборов и вовремя регенерировать фильтр раствором
хлористого натрия. При подкислении воды можно следить за ее щелочностью или
кислотностью и содержанием углекислоты после декарбонизатора и т.д. Добавка различного
рода патентованных антинакипинов –
тоже контролируемый процесс. При магнитной же обработке процесс образования
затравочных кристаллов весьма хрупкий и неуправляемый – кратковременный, например, останов
и новый запуск теплообменника влечет за собой потерю взвешенного
ферромагнитного слоя в зазоре магнитного аппарата и нарушение на длительный
период его эффективности.
Магнитная обработка воды – технология заманчивая по своей
простоте и дешевизне. Но, как говорится, «иная простота хуже воровства». Поэтому-то
многие производственники от нее давно отказались. Хотя аппараты еще во многих
местах работают, оставляя, тем не менее, открытым вопрос о своей эффективности…
PS
Вот какое электронное
письмо получил автор во время работы над данной стаьей.
Доброго времени
суток!
Валерий
Федорович, прочитал вашу статью по омагничиванию воды <[1]>, с большим
количеством тезисов согласен. Обработка воды постоянным магнитным полем не
очень эффективна, но все-таки позволяет уменьшить накипь. Проверял сам на стиральной
машине на даче, вода берется напрямую из колодца (купил 2 ниодимиевых магнина и
примотал к трубе). Но знакомы ли Вы с технологией GRANDER. Сразу скажу что в институте им. Сысина были проведены исследования
эффекта «оживления» воды и, что самое интересное, они подтверждены экспертным
заключением с их стороны.
Более того я сам
являюсь пользователем технологии и получаю определенный терапевтический эффект.
Скептики, как Вы их называете, скажут, что это все плацебо.
Мне просто
интересно Ваше мнение на этот счет, и пользовались ли Вы сами подобными
технологиями? Можете ли Вы экспертно оценивать методы физического воздействия
на воду? Вы совершенствуете свои знания в этой области или догматично следуете
наставлениям физиков-теоретиков?
Что касается теплообменников, теплопередача в
любом случае увеличивается за счет уменьшения и вымывания отложений.
P.S. Вода - это открытая, структурно-сложная,
гетерогенная, неравновесная, нелинейная, самоорганизующаяся система, способная
изменять свое состояние в результате массо- и энергообмена (а, возможно, и
обмена информацией) с окружающей средой.
Александр
Комментарии тут, как говорится, излишни…
Литература:
- Очков
В.Ф. Магнитная обработка воды: история и современное состояние //
Энергосбережение и водоподготовка. № 1, 2006 (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/art_EV).
- Martynova O.I., Kopylov A.S., Ochkov V.F.
Mechanism and scale formation control in MSF (Multy Stage Flash
Desalination) plant using an electromagnetic apparatus. Proceedings of
6-th Intern. Symposium Flash Water from the Sea, 1978, vol. 2. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Grand_Canaria/index.htm)
- Мартынова
О.И., Копылов А.С., Тебенихин Е.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния
магнитной обработки воды на процессы накипеобразования и коррозии //
Теплоэнергетика, № 6, 1979 г. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/art_4_M_K_T_O.htm)
- Мартынова
О.И., Копылов А.С., Кашинский В.И., Очков В.Ф. Расчет противонакипной
эффективности ввода затравочных кристаллов в теплоэнергетических
установках // Теплоэнергетика, № 9, 1979 г. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/art_5_M_K_K_O.htm)
- Очков
В.Ф. Исследование процессов и разработка технологии магнитной обработки
воды в теплоэнергетических установках. Автореферат диссертации на
соискание ученой степени кандидата технических наук, 1979 г. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/Avtoref.htm).
- Martynova O.I., Kopylov A.S., Kashinsky V.I., Ochkov
V.F. Efficiency of scale formation methods in Thermal Desalination Plants.
Proceedings of 7-th Intern. Symposium Flash Water from the Sea, 1980, vol.
1. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/MO/art_5_M_K_K_O(a).htm)
- Кошоридзе
С.И., Левин Ю.К. Влияние коагуляции коллоидных частиц на снижение
накипеобразования при магнитной обработке воды в теплоэнергетических
устройствах // Теплоэнергетика, № 7, 2011 г.
- Очков
В.Ф. Программированный расчет известкования и коагуляции воды //
Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, №7 (19), 2009 г.(http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/CalcCoag/Chalking-Coagulation.pdf)
Вставка 14 февраля 2018 года
– пример презентации магнитного аппарата с псевдонаучными рассуждениями >>>