11.5. Процессы накипеобразования и коррозии и их влияние

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ КИПЯТИЛЬНИКОВ

Отложение накипи при нагреве и кипячении воды на поверхности теплообмена во многом зависит от каче­ства воды — общей жесткости, величины сухого остатка, количества растворенных в ней металлов, а также развития процессов коррозии поверхности теплообмена. В общем случае при нагреве воды выше 70 °С на поверхность нагревателей выпадают в осадок накипеобразующие соединения типа СаСО₃, MgCO₃, CaSO₄, CaSiO₃, SiО₂, MgSiО₃ и др. При этом бикарбо­наты кальция и магния образуют труднорастворимые твердые осадки, тогда как карбонаты и органические примеси способствуют образованию рыхлых подвижных осадков, легко смываемых потоком движущейся воды. Особенно склонны к твердым отложениям соли кальция, кремния.

При длительном кипячении воды или повышении температуры поверхности нагрева на их поверхность выпадают в осадок вторичные накипеобразующие соединения солей кальция, магния, железа, алюминия и других растворимых металлов, которые, прочно сцеп­ляясь с поверхностью нагревательных элементов, снижают процессы теплообмена.

Исследования процессов теплообмена, накипеобразования и коррозии поверхностей тэнов кипятильников показали, что все эти процессы взаимосвязаны и взаимозависимы.

При кипячении и нагреве воды в кипятильниках имеют место только первичные процессы накипеобразования, а на количество осаждающейся накипи оказывает влияние материал рабочей поверхности, состояние поверхности и развитие коррозионных про­цессов на поверхностях теплообмена. На поверхности нагревателей в процессе кипячения воды появляются очаги электрохимической коррозии, являющиеся актив­ными адсорбционными центрами кристаллизующейся накипи.

Если процесс накипеобразования не подавляет электрохимическую коррозию, то в этом случае вслед­ствие увеличения продуктов коррозии накипь отслаи­вается от поверхности нагрева в виде тонких пласти­нок.

В том случае, когда процесс точечной коррозии подавляется накипеобразованием, образуется толстый слой накипи, ухудшающий процесс теплообмена, в частности, теплоотдачу от тэна к воде.

На рис. 11.16 показаны профилограммы отложения накипи на поверхность тэнов при подавлении коррозии процессом накипеобразования и активным процессом коррозии. В первом (а) случае слой накипи достигает 15 мм на наиболее активном участке тэна, а во втором (б) случае не превышает 1,5 мм. Отложение накипи ухудшает процесс теплообмена и снижает производи­тельность кипятильников, что видно из графика на рис. 11.17. Приведенные на графике кривые произво­дительности описываются уравнением типа

D_д=D_o+ a τ^-n (11.8)

где D_o — паспортная производительность кипятиль­ника, л/ч; а — коэффициент пропорциональности, характеризующий материал тэна; n - показатель сте­пени, характеризующий влияние накипи; τ — продол­жительность работы тэнов, ч.

П ри толщине слоя накипи до 5 мм: а = 11,1; n=0,12; свыше 5 мм: а =14,8; n=0,27.

Следует отметить, что показатели уравнения (11.8) справедливы для воды, общая жесткость которой не выше 4,5 мгэкв/л.

Снижение производительности обусловлено главным образом ухудшением условий теплообмена, характе­ризующегося коэффициентом снижения теплоотдачи, величину которого можно определить по формуле

К_ст=1-α_н(δ_н/λ_н)

где α_н — коэффициент теплоотдачи от поверхности тэнов к воде при наличии накипи; δ_н — толщина накипи на тэнах; λ_н — теплопроводность накипи.

Для уменьшения накипеобразования используются химические и физические способы умягчения воды. Однако химические способы умягчения делают ее не­пригодной для приготовления кулинарной продукции.

К физическим относится магнитный и ультразвуко­вой способы умягчения, исключающие изменение хи­мического состава воды и ее вкусовых качеств, но не защищающие водонагревательные аппараты малых емкостей от засорения шламом. Кроме того, устройства для магнитой обработки воды быстро засоряются фер­ромагнитными окислами и механическими примесями, что резко снижает эффективность этого способа умяг­чения воды.

Ультразвуковые умягчители имеют высокую стои­мость и большие размеры, что неприемлемо для аппа­ратов малой производительности.