УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ, процесс освобождения воды от солей, обусловливающих т. н. жёсткость воды. Для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, питания паровых котлов локомобилей и других паросиловых установок обычно используют воду различных источников (рек, озёр, прудов, водоёмов, родников, ручьёв, колодцев). Такая вода содержит в растворённом состоянии большее или меньшее количество различных солей, органических веществ, а также механические примеси. Наибольший вред при работе котла или двигателя вызывает наличие в воде солей жёсткости (накипе-образователи).

Под жёсткостью воды понимают содержание в ней в растворённом состоянии солей щёлочно-земельных металлов кальция и магния. Общая жёсткость воды зависит от суммарного количества солей кальция и магния, растворённых в воде. Общая жёсткость подразделяется на жёсткость карбонатную, зависящую от содержания в воде бикарбонатов кальция и магния, и жёсткость некарбонатную, зависящую от наличия в воде других солей кальция и магния (хлористых, сернокислых, кремнекислых). В 1951 в СССР взамен ранее существовавших градусов жёсткости воды были введены новые единицы измерения жёсткости - миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л) - ГОСТ 6055 - 51. В соответствии с данным ГОСТом жёсткостью воды называют общее содержание в ней ионов кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах в литре. За один градус жёсткости принималось содержание 10 мг окиси кальция, растворённых в литре воды. 1 мг-экв/л жёсткости отвечает содержанию 20,04 мг/л кальция или 12,16 мг/л магния. Чтобы градусы жёсткости перевести на мг-экв/л, нужно число градусов жёсткости разделить на 2,8. Воду до 2,5 мг-экв/л считают мягкой, от 2,5 до 5,0 мг-экв/л - средней жёсткости и выше 5 мг-экв/л - жёсткой.

При применении жёсткой воды в системе охлаждения двигателя или паровом котле образуется накипь за счёт разложения солей карбонатной жёсткости и частичного выпадения в осадок других солей жёсткости. Коэф-т теплопроводности накипи низкий и в зависимости от её состава колеблется в пределах 0,2 - 7,0, в то время как для чугуна он ок. 50, отсюда видно, насколько хуже будет теплопередача с наличием слоя накипи. Накипь уменьшает отдачу тепла воздуху, снижает количество воды, протекающей через систему в единицу времени, вызывает перегрев двигателя, что влечёт за собой падение мощности, увеличение расхода топлива и смазочных материалов, ухудшает условия смазки деталей, увеличивает расход воды. В двигателях, требующих впрыска воды в цилиндры, жёсткая вода даёт значительные отложения внутри цилиндра. В паровых котлах образовавшаяся накипь вызывает значительные перерасходы топлива, уменьшает количество пара, снимаемого с единицы площади котла, происходят перегревы стенок котла, что может привести к его взрыву.

В зависимости от того, в каких установках используется вода, требования к её качеству будут различные: в котлах высокого давления должна использоваться вода нулевой жёсткости, в двигателях внутреннего сгорания с циркуляционной подачей воды нужно умягчать воду жёсткую - более 5 мг-экв/л, в стационарных двигателях с проточной системой охлаждения можно использовать воду с содержанием 20 - 25 мг-экв/л.

При выборе воды как для питания котлов, так и для системы охлаждения двигателей необходимо использовать мягкую и чистую воду, а если такой нет, нужно умягчать воду.

В технике известно много способов борьбы с накипеобразованием, но многие из них сложны и в условиях с.-х. мало применимы. Наиболее пригодной в с.-х. производстве является атмосферная (снеговая, дождевая) вода, к-рая почти не содержит солей жёсткости. Очень хорошей для системы охлаждения двигателя является кипячёная вода; при кипячении воды соли карбонатной жёсткости выпадают в осадок; если предварительно прокипятить воду и отфильтровать образовавшийся осадок, то такая вода в двигателе будет давать очень небольшое накипеобразование.

Фосфатный способ умягчения воды. Часто для умягчения воды применяют насыщенный раствор тринатрийфосфата (Na3PО4), к-рый готовят растворением 3 кг технического тринатрийфосфата в 10 л воды при темп-ре 15 - 20°. раствор тщательно перемешивают и отстаивают 3 - 4 часа. При добавлении тринатрийфосфата в воду соли жёсткости выпадают в виде хлопьевидного осадка фосфорнокислых солей. Фосфорнокислые соли не оседают на деталях системы охлаждения, а остаются в виде шлама - мути в охлаждаемой воде и легко удаляются при промывке системы охлаждения. Расчёт потребного количества насыщенного раствора тринатрийфосфата можно определить по формуле

X=^{AЖ 56}/_1000·100

где X - необходимое количество насыщенного раствора Na³PО₄ (в л); А - ёмкость системы охлаждения (в л); Ж - общая жёсткость воды (в мг-экв/л); 56 - количество мг Na₃PО₄, необходимое для осаждения 1 мг-экв солей жёсткости; 1000 - переводной коэффициент мг в г; 100 - содержание сухого Na₃PО₄ в 1 л насыщенного раствора в г (приближённо). Если принять, что общая жёсткость воды 10 мг-экв/л (28°) ,то для её умягчения нужно на каждые 10 л воды добавлять по 50 - 55 см³ насыщенного раствора тринатрийфосфата. После введения Na₃PО₄ в радиатор дают трактору поработать 50 - 60 мин., а затем отбирают пробу воды, 10 - 15 см³. Воду берут без осадка в посуду из бесцветного стекла и к ней добавляют 2 - 3 капли индикатора-фенолфталеина, вода должна иметь слаборозовое окрашивание, что указывает на слегка щелочную реакцию воды; если окраски нет, то добавляют Na₃PО₄ до её появления. Примерно через 3 суток работы трактора воду из системы охлаждения выливают, дают ей отстояться от осадков или профильтровывают от них, систему охлаждения промывают чистой водой, умягчённую воду опять используют в системе охлаждения. Доливать воду в систему охлаждения необходимо с присадкой Na₃PО₄. Ранее отложившуюся накипь можно также удалять тринатрийфосфатом, для чего через каждые 10 - 12 час. работы трактора вводят в радиатор по 100 - 150 см₃ насыщенного раствора тринатрийфосфата, систему охлаждения промывают через 3 - 5 дней работы. Умягчать воду тринатрийфосфатом можно в отдельных ёмкостях и систему охлаждения двигателя заполнять предварительно умягчённой водой.

У мягчение воды золой. В состав золы входят углекислый калий (поташ), едкий калий (см. Зола). При обработке золы водой эти соли переходят в раствор и, взаимодействуя с солями жёсткости, переводят их в рыхлый осадок - шлам. В ёмкость с установленным объёмом в л засыпают золу в количестве 10% по весу от общего объёма (напр., на 100 л бочки отвешивают 10 кг золы); заполняют ёмкость водой, тщательно перемешивают и оставляют на 12 - 15 час. Затем водную вытяжку сливают через отверстие (диам. 1,5 - 2 см), к-рое должно быть сделано на ¹/₃ высоты от днища ёмкости. После слива 1-й порции вытяжки ёмкости с отстоем вновь заливают водой до прежнего объёма, тщательно перемешивают и отстаивают. Через 12 - 15 час. сливают 2-ю порцию вытяжки в посуду с первой порцией. Полученную водную вытяжку заливают в систему охлаждения трактора в количестве 3,5 - 4,0% ёмкости охлаждения. Через каждые 5 - 6 суток работы трактора систему охлаждения промывают водой для удаления шлама. Перед промывкой необходимо слить умягчённую воду, дать ей отстояться от шлама и опять использовать в системе охлаждения. К воде, идущей на пополнение системы охлаждения, добавляют 10 - 15% (по объёму) водной вытяжки золы.

Золу можно непосредственно использовать в системе охлаждения двигателя (если горловина для заливки воды достаточного размера). Для этого мешочек из прочной ткани (брезента) наполняют водой и помещают в подвешенном положении в радиаторе. Ориентировочно на каждые 10 л воды берут 50 г сухой золы. Мешочков на трактор имеют 2: один, с золой, находится в радиаторе в продолжение 15 - 20 часов, затем его заменяют вторым, со свежей золой. Через каждые 4 - 5 суток работы трактора систему охлаждения промывают водой для удаления шлама. Если мешочек разорвался, необходимо промыть систему охлаждения.

Для котлов локомобилей водонасосных станций и в паровых котлах применяют внутрикотловую обработку с добавлением в воду веществ, называемых антинакипинами (тринатрийфосфат, каустик, кальцинированная сода, коллоидальный графит и др.). В этом случае соли жёсткости выпадают в виде шлама, удаляемого при продувке котла. Дозировка антинакипинов для удаления 1 мг-экв/л солей общей жёсткости в г на каждый м³ испарённой воды след.: тринатрийфосфата 4,2; каустика 5,6; кальцинированной соды 16,8. Напр., для котла локомобиля П-25 (4 ЛПП-20) потребность в антинакипине на 10 час. работы след.: расход воды на 1 л/с час 9 кг. Тогда потребность воды на 10 час. для котла будет 9×10×20=1800 кг, или 1,8 м³. Если принять жёсткость питательной воды в 10 мг-экв/л, то тринатрийфосфата потребуется 4,2×1,8×10=75,6 г. Это количество антинакипина вводят в бак с запасом питательной воды на 10 час. работы котла. При применении каустической соды нужно соблюдать меры предосторожности и пользоваться защитными очками, резиновыми рукавицами, фартуками, сапогами.

Для борьбы с накипеобразованием в котлах также используют сухие стебли созревшего подсолнечника. Стебли длиной 30 см делят по весу на 3 доли и помещают их в 3 корзины, изготовленные из проволоки. Корзины со стеблями закрепляют в котловой воде. После 3 - 4-недельной работы котёл промывают и осматривают. При применении стеблей подсолнечника не только не образуется накипь, но поверхности дымогарных труб и стенок котла очищаются от ранее отложившейся накипи. Примерный расход стеблей для котла марки П-25 - 2,5 кг, а для котла марки П-3 - 8 кг.

Умягчение воды методом обменной фильтрации. Для двигателей внутреннего сгорания и котлов локомобилей применяют умягчение воды по способу обменной фильтрации. Водоочистка осуществляется аппаратом марки РМ-2, являющимся специальным фильтром, наполненным минералом глауконитом. Умягчение воды основано на свойстве глауконита обменивать своё основание - натрий на металлы кальций и магний, обусловливающие жёсткость воды. Следовательно, при фильтрации через такой минерал кальций и магний будут задерживаться на фильтре, а в воду будут переходить соли натрия, к-рые не вызывают накипеобразования. После замещения всего натрия, содержащегося в минерале, кальцием и магнием из воды глауконит восстанавливают. Для этого глауконит промывают 10%-ным раствором поваренной соли. На восстановление глауконита, находящегося в в фильтре РМ-2, расходуется 1,5 кг соли. Производительность аппарата 250 - 300 л умягчённой воды в час при жёсткости до 20 мг-экв/л. Вес аппарата без глауконита 25 кг, с глауконитом 65 кг.

В. Мироненко, Н. Итинская

Литература: Вильямс Вл., Топливо, смазочные материалы и вода, 2 изд., М., 1951; Мироненко В., Улучшение воды для автотракторных двигателей, М., 1948; Щеголев М., Топливо, топки и котельные установки, 4 изд., М., 1953; Инструкция по анализу воды, пара, накипи и отложений в теплосиловом хозяйстве, М.-Л., Госэнергоиздат, 1953.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 5 (Т - Я)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, М. 1956, с. 663