Одной из множества проблем, лихорадящих теплоэнергетику России, а особенно жилищно-коммунальное хозяйство, является отложение накипи в трубопроводах горячей воды, теплообменном оборудовании, котлах.

В процессе эксплуатации систем водоснабжения внутренние поверхности трубопроводов как холодной, так и (особенно) горячей воды "обрастают" различными отложениями - накипными веществами, образующимися при коррозии металла. Такие отложения, если не предотвращать их возникновение и не удалять уже образовавшиеся, приводят к значительному (в разы!) снижению пропускной способности трубопроводов, а следовательно, к необходимости повышать давление, чтобы прокачать требуемое количество воды. Повышение давления потребует увеличения расхода электроэнергии на работу насоса и может привести к течам в трубопроводе или даже к его разрушению.

Известно, что теплопроводность накипи в 40 раз ниже, чем стали. Это приводит к необходимости для обеспечения заданного теплосъема повышать температуру воды.

Проблемы, порождаемые накипными отложениями, в настоящее время становятся все масштабнее, поскольку вводится в эксплуатацию все большее количество автономных котельных, других объектов, где не предусматривается умягчение воды. Да и в традиционных котельных зачастую установки по умягчению воды по ряду причин бездействуют или малоэффективны.

Еще в 1945 г. было обнаружено: пропускание жесткой воды сквозь магнитное поле, создаваемое электромагнитом, приводит к тому, что при нагревании кристаллы солей жесткости не прилипают к металлу, а остаются в воде во взвешенном состоянии и их можно удалить с помощью отстойников или фильтров.

Такой способ умягчения воды получил было некоторое распространение в мире, в том числе и в бывшем СССР. Однако ныне его практически не используют, по крайней мере в нашей стране, хотя и есть еще изготовители электромагнитных устройств для умягчения воды. А не используют потому, что электромагниты требуют обслуживающего персонала, расхода электроэнергии.

Но, пожалуй, главная причина отказа от электромагнитной обработки воды заключается в том, что в 60-х гг. прошлого века появились суперсильные постоянные магниты (далее - ПМ), которые, выполняя функцию умягчения, не требуют ни обслуживающего персонала, ни электроэнергии.

В передовых странах ПМ для умягчения воды применяют уже достаточно широко. С 1991 г. началось их использование и в России, однако оно до сих пор робкое, неуверенное. Между тем, по мнению авторов, в настоящее время сложились как нельзя более подходящие условия для внедрения этого способа умягчения воды: непрерывный рост цен на топливо и электроэнергию, все возрастающее количество объектов, которые требуют защиты от накипных отложений.

Суперсильные ПМ изготавливают из сплава неодим-железо-бор (НЖБ) или самарий-кобальт (СК). Эти изделия представляют собой твердые тела необходимой формы (диски, кольца, бруски или U-образные - форма магнитов, известная нам со школы). Способов изготовления два: заливка расплава в формы или прессование порошков, приготовленных из сплавов, с последующим спеканием.

Но полученные данными способами изделия - еще не ПМ. Таковыми они становятся лишь после того, как в течение нескольких секунд (иногда и долей секунды) побывают в магнитном поле, мощность которого раз в 10 превышает ту, которую хотят "ввести" в ПМ. Обычно это реализуется с помощью электромагнитов.

Изготавливают ПМ и из сплавов алюминий-никель-кобальт (сплав ЮНДК), "Альнико", ряда других сплавов. Однако их энергия на порядок меньше, чем у ПМ на основе сплава НЖБ.

Наибольшее количество ПМ в настоящее время изготавливают из ферритов - неметаллических солей железной кислоты. Чаще это стронциевая или бариевая соль.

В России массовое производство высокоэнергетических магнитов на основе сплавов НЖБ и СК освоено в 1991 г., и с этого времени началось изготовление устройств различного назначения на их основе.

Потери их энергии при эксплуатации составляют всего 2 - 3% в течение 100 лет! Таким образом, установив ПМ всего лишь один раз, можно обеспечить "пожизненное" умягчение воды для любых водопроводов, теплообменных устройств, поскольку проектируемый срок службы последних не более 25 лет.

Предприятия-изготовители

ЗАО "МВС КЕМА" (г. Москва) производит "активаторы магнитные полиградиентные". С их помощью можно не только предотвращать образование накипи, но и ликвидировать уже образовавшуюся. Наряду с этим омагниченная вода пассивирует сталь, повышая ее стойкость к коррозии. Активаторы производятся как с резьбовым типом соединения, так и в виде накладок, закрепляемых на внешней поверхности трубопровода.

Московская компания "ЭкоТехБезопасность" выпускает аналогичные устройства, названные магнитными преобразователями воды МПВ.

В этих устройствах в качестве источника магнитного поля используются постоянные магниты высокой мощности, изготовленные из сплава НЖБ. Высокая стабильность магнитных свойств (снижение мощности за 10 лет примерно на 2%) и возможность эксплуатации при температуре до 125 град. Цельсия позволяют применить МПВ для решения практически всех проблем, порождаемых образованием накипи.

ООО "Экси-Кей" (г. Томск) производит устройства для магнитной обработки воды под торговой маркой "МАУТ" (аббревиатура от "магнитное активирующее устройство").

Продукция ЗАО "ЭЛМАГ-ПМ" (г. Калуга) - "Активатор магнитный полиградиентный". Этот активатор производится с различным проходным диаметром. Оптимальная скорость движения воды сквозь магнитное поле - от 0,5 до 2,3 м/с.

Также ПМ и различные устройства на их основе изготавливают ПО "Химсталькомплект" (г. Озерск Челябинской области) и ОАО НПО "Магнетон" (последнее производит ПМ для всех сфер народного хозяйства, в том числе магнитные устройства, готовые к установке в водопроводы).

Несколько предприятий в России производят лишь магниты сами по себе, но при появлении заказов могут изготавливать и готовые к применению устройства для умягчения. Например, крупнейший в России производитель ПМ ОАО "Машиностроительный завод" (г. Электросталь Московской области), производство которого сертифицировано в соответствии с международным стандартом ISO 9001 готово изготавливать магниты в соответствии с требованиями заказчика к физическим свойствам, геометрии, точности обработки.

Поставку магнитов предприятие осуществляет как в намагниченном, так и в ненамагниченном виде.

Всероссийский НИИ имени академика А.А. Бочвара производит быстрозакаленные магнитные порошки из сплавов НЖБ способом центробежного распыления расплава. Этот способ позволяет получить порошки с высокой равномерностью распределения компонентов сплава в частицах порошка и мелкозернистой структурой данных частиц, что особенно важно для обеспечения высоких значений коэрцитивной силы.

Институт принимает заказы на изготовление из этих порошков магнитов в пределах необходимых допусков без последующей механической обработки.

Наряду с этим в институте налаживается первое в России опытно-промышленное производство нанокристаллических порошков, из которых можно изготавливать еще более мощные магниты.

ООО "Технологии тантала" (г. Верхняя Пышма Свердловской области) производит порошки практически любых металлов по новой электрохимической технологии. Они могут быть использованы для многих целей, в том числе и для изготовления постоянных магнитов.

По требованиям заказчика разрабатывает и производит ПМ кафедра магнетизма Тверского государственного университета.

На основе ферритов и сплава ЮНДК изготавливают ПМ ООО "ГАНГУТ" (г. Санкт-Петербург) и ОАО "МАГНИТ" (г. Новочеркасск).

Для удаления из воды солей жесткости рекомендуются лишь магниты из сплава НЖБ - как наиболее сильные. Однако не исключена разработка для этой цели устройств, основанных на СК и ФС.

Перспективным направлением в развитии ПМ является изготовление их в виде магнитопластов - изделий, представляющих собой взвесь магнитных порошков в полимерной матрице.

Основоположником изготовления магнитопластов в нашей стране является ООО "Валтар" (г. Королев Московской области), которое изготавливает магнитопласты из порошков сплава НЖБ, взвешиваемых в матрице из термореактивной пластмассы.

По утверждению разработчиков, главная отличительная особенность магнитопластов - высокая степень точности геометрической формы и однородность магнитных характеристик, вследствие чего во многих случаях магнитопластами следует заменять магниты спеченные.

Затворение цементных смесей

Затворение цементных смесей магнитоактивированной водой интенсифицирует процессы растворения и гидратации цемента в ранние сроки твердения, повышает подвижность и, следовательно, удобоукладываемость цементных смесей, ускоряет образование более мелких кристалликов, что приводит к уменьшению пористости бетона, а следовательно, повышает его прочность, морозостойкость, устойчивость к действию воды и различных агрессивных сред.

Примечание. Наверное, самым важным направлением использования ПМ в строительстве будет омагничивание воды затворения цементных смесей. В нашей стране эту технологию строители начали внедрять с 1962 г.

Во ВНИИ железобетона (г. Москва) установлено, что обработка воды затворения магнитными полями обеспечивает улучшение реологических характеристик цементных смесей (осадка конуса увеличивается на 3 - 6 см, что позволяет уменьшить водопотребность на 5 - 10%, ускоряет твердение бетона на ранней стадии).

Наряду с этим на 0,25 - 0,65% повышается водоудерживающая способность бетонных смесей, уменьшается расслаиваемость.

Экономия цемента при использовании омагниченной воды может достигать 10%, в ряде случаев появляется возможность отказаться от применения пластификаторов и суперпластификаторов.

Этот институт внедрил магнитную обработку более чем на 20 предприятиях, изготавливающих железобетонные изделия, - в Архангельске, Кирове, Москве, Орехово-Зуеве.

Аналогичное воздействие магнитная вода оказывает на гипсовые смеси.

Магнит и силикат

В строительстве в немалых объемах используется и такой материал, как жидкое стекло, являющееся водным раствором силиката натрия или калия. Установлено, что омагничивание повышает подвижность данных растворов, их проникновение в пористые твердые тела. Это особенно важно при использовании жидкого стекла для закрепления (силикатизации) грунтов, увеличения водопроницаемости бетонных изделий.

При этом повышается и прочность закрепленных грунтов.

Жидкое стекло изготавливают, растворяя так называемую силикат-глыбу при повышенных температуре и давлении (в автоклавах). Этот процесс длится несколько часов. Омагничивание воды, идущей на растворение силикат-глыбы, его ускоряет.

При проведении сварочных работ, особенно при прокладке или ремонте стальных трубопроводов, возникает, как правило, эффект "магнитного дутья". Он затрудняет поджиг дуги, нарушает стабильность ее горения, отклоняет дугу на одну из стыкуемых кромок, что приводит к выбросу металла из сварной ванны.

Этот эффект возникает из-за использования магнитной дефектоскопии сварных швов, а также из-за влияния идущих вдоль трубопровода линий электропередач.

Для его ликвидации разработаны компенсаторы марки МС-1. Принцип их действия заключается в создании магнитного потока, компенсирующего остаточную намагниченность изделия. Этот поток создается с помощью ПМ высокой мощности. Изготовитель - НПП "ФЕБ" (г. Санкт-Петербург).

За рубежом ПМ уже достаточно широко используются при монтаже элементов опалубки, что позволяет заметно ускорить ее сборку и разборку.

И даже обои

На основе ферритов изготавливают магнитные обои. Они представляют собой бумажные полотнища с ферритными включениями.

Это дает возможность размещать магнитные предметы - пазлы, всевозможные "нашлепки" - на всех поверхностях, которые оклеены такими обоями.

Магнитные обои в заметной степени экранируют помещение от входа в них и выхода из них вредных для человека электромагнитных волн.

В заключение отметим, что в настоящее время стало ясно: одним из способов резкого повышения экономичности и экологичности тех промышленных технологий, в которых используется вода, является различного рода физическое воздействие на нее.

Активирование воды магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, - самый дешевый, экологичный и безопасный способ экономии.