В процессе длительной эксплуатации любых систем горячего водоснабжения, систем отопления и систем оборотного водоснабжения, где теплоносителем является обычная вода, со временем начинает наблюдаться постепенное снижение напора воды в системе, которое сопровождается и снижением температуры воды.
Одновременно с этим энергозатраты, потребляемые теплотехнической системой для подогрева воды и для работы перекачивающих насосов, как правило, существенно возрастают.
Тем самым, получается, что значительный рост энергозатрат и эксплуатационных расходов в целом сопровождается снижением количества тепла, доставляемого потребителю, что означает существенное удорожание каждой удельной тепловой единицы.
Причиной таких широко распространенных негативных явлений оказывается «зарастание» теплотехнической инфраструктуры посторонними отложениями преимущественно известкового характера, называемыми накипями.
Накипью в самом общем виде принято называть твердый осадок, образующийся в процессе эксплуатации на внутренних поверхностях теплотехнических труб и агрегатов, и представляющий собой смесь карбонатов кальция и магния с примесью сульфата кальция и метагидрооксида железа.
Проблема образования накипей актуальна для любых систем водоснабжения – от самой минимальной системы, обслуживающей небольшой коттедж на одну семью, и до промышленных установок водоподготовки, установленных на всех ТЭЦ.
Накипь образуется абсолютно везде, где горячая вода взаимодействует с металлическими элементами теплотехнических приборов и устройств -- на нагревательных элементах чайников и стиральных машин, на стенках бойлеров, на стенках котлов и всех трубопроводов. В трубах горячего водоснабжения и в радиаторах отопления накипь образуется особенно активно ввиду обычно сложной геометрии этих систем, где всегда возникают зоны с пониженными скоростями протока воды, а также ввиду наличия большого количества швов и стыков, выступающими как удобные поверхностные центры, на которых и возникает накипь.
Первичная накипь образуется достаточно интенсивно там, где наиболее велико тепловое напряжение: на наиболее нагретых участках котловых труб, а именно, там, где происходит их непосредственный контакт с пламенем горелки – поскольку константа скорости химических реакций возрастает с ростом температуры, то в подобных местах с самой высокой температурой образование накипи идет с максимальной скоростью.
Возникающий здесь слой первичной накипи существенно препятствует теплообмену и работает как хорошая теплоизоляция ввиду того, что коэффициент теплопроводности накипи существенно меньше теплопроводности воды. Поэтому нарастающая в котловых агрегатах накипь сильно снижает коэффициент теплопередачи от пламени котловой горелки к находящейся в котле воде, как теплоносителю – получается, что требуется все больше и больше топлива для нагрева воды до необходимых температур. Дополнительными негативными эффектами здесь являются возрастание скорости коррозионных процессов и усталости котлового металла, прямо ведущими к существенным затратам по ремонту оборудования.
На магистральных теплопроводах горячего водоснабжения и отопления – от котельной до конечного потребителя – возникающая на внутренней поверхности труб накипь отчасти дает и позитивный эффект, так как снижает теплопотери на трубопроводах, работая как термос и препятствуя теплоотдаче от труб в окружающее пространство. Ввиду большого диаметра таких магистральных труб, слой накипи не в состоянии существенно повлиять на скорость потока теплоносителя в трубах, и потому особых негативных эффектов здесь не наблюдается. Однако этот случай является, пожалуй, единственным примером положительного следствия образования накипи, поскольку во всех прочих случаях накипь доставляет только неприятности.
Поскольку теплопроводность накипи более чем в 40 раз ниже теплопроводности металла, то загрязнение систем отопления отложениями толщиной всего в 2 мм. уменьшает эффективность теплообмена примерно на 20%, что эквивалентно падению температуры теплоносителя на 15-20 градусов.
Именно по этой причине в зимнее время батареи в наших домах и учреждениях оказываются недостаточно горячими -- на их стенках за годы эксплуатации осела накипь, и вода просто не в состоянии прогреть их до нужной температуры.
Время от времени частицы накипи могут отрываться от стенок (например, при локальных гидродинамических ударах во время ремонтно-профилактических работ) и перемещаться по системе, попадая при этом не только в краны, но и в приборы автоматики, выводя их из строя.
Скорость образования накипи в теплотехническом оборудовании существенно зависит от температуры воды и от эффективности работы систем водоподготовки – так, например, при работе на неподготовленной воде, в котловом оборудовании может образоваться слой накипи толщиной около 50 мм. всего за несколько месяцев работы.
Таким образом, борьба с накипью в теплотехнических системах является постоянным и необходимым элементом регулярных профилактических работ, что позволяет увеличить ресурс работы оборудования и снизить аварийность теплотехнических систем в целом.
О способах борьбы с накипью мы расскажем в следующей статье.
