PL161525B2

PL161525B2 - Method and apparatus for protecting water system against deposition of scale

Info

Publication number: PL161525B2
Application number: PL28066589A
Authority: PL
Inventors: Tadeusz Gruzewski; Slawomir Koniecko; Jan Marjanowski
Original assignee: Ct Badawczo Wdrozeniowe Unitex; Spoldzielnia Pracy Radius
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1993-07-30

Abstract

1. A method of protection of water systems from sediments of water deposit, characterised in that a jet of flowing water is subject to a system of electrical microdischarges, occurring from 0.0005 to 0.0500 s on a metal electrode transversely set in relation to the direction of flow of water solution acting as an anode, produced as a result of direct current flow from an external source of current of anodic value of current density from 0.1 to 0.5 A/m<2> flowing in water solution from the anode to a metal casing of water jet as the cathode.2. A device for protection of water systems from sediments of water deposit, characterised in that it consists of a metal body with an electrical terminal inside of which is located a transversely set in relation to the body's axis electrically insulated, preferably by means of insulation separators, metal multi-aperture orifice with a electrical terminal made preferably of Monel metal.<IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zabezpieczenia układów wodnych przed osadami kamienia wodnego.The subject of the invention is a method and a device for protecting water systems against limescale deposits.

W układach wodnych, szczególnie takich, w których zachodzi wymiana ciepła obserwuje się zarastanie osadami kamienia wodnego powierzchni wymiany ciepła i wewnętrznych powierzchni instalacji. Osady kamienia wodnego zawierają przeważnie węglany, siarczany, krzemiany związków wapnia i magnezu, a także związki żelaza i produkty korozji materiału instalacji.In water systems, especially those in which heat exchange takes place, overgrowing of water scale deposits on the heat exchange surfaces and internal surfaces of the installation is observed. The limescale deposits usually contain carbonates, sulphates, silicates of calcium and magnesium compounds, as well as iron compounds and corrosion products of the installation material.

Znane sposoby zapobiegania szkodliwemu zjawisku oparte są o metody chemiczne, fizyczne i elektrochemiczne.Known methods of preventing this harmful phenomenon are based on chemical, physical and electrochemical methods.

Znane metody chemiczne sprowadzają się do zmian składu chemicznego w obrębie roztworu wodnego, co powoduje znaczne koszta eksploatacyjne i czyni wodę często nieprzydatną dla potrzeb gospodarczych ludności.The known chemical methods lead to changes in the chemical composition within the water solution, which causes significant operating costs and makes water often unsuitable for economic needs of the population.

Znane metody fizyczne sprowadzają się w realizacji przede wszystkim do obróbki roztworu wodnego polem magnetycznym. W przypadku wód niepodatnych na obróbkę magnetyczną sposób teń jest nieefektywny.The known physical methods mainly involve the treatment of an aqueous solution with a magnetic field. In the case of waters not susceptible to magnetic treatment, this method is ineffective.

Znany jest sposób elektrochemicznej obróbki wody z polskiego opisu patentowego nr 74 735, który polega na wmontowaniu w układ filtra żwirowego dozownika tlenu wapniowego oraz dolomitu z domieszką jonu fluorkowego i podwyższeniu indeksu nasycenia wody do wartości dodatniej, a następnie poddaniu wody obróbce elektrochemicznej i uzdatnieniu jej za pomocą anod z platynowego tytanu i anod aluminiowych przy czym na wewnętrznych powierzchniach rurociągów ocynkowanych otrzymuje się potencjał od -0,85 do -l,^2Ww^«gl. stałej elektrody chlorosrebrowej. Elektrochemiczną obróbkę wody prowadzi się anodową gęstością prądu rzędu 2000 A/m dla anod tytan platyna oraz 50 A/m dla anod z aluminium.A method of electrochemical treatment of water is known from Polish patent specification No. 74 735, which consists in installing a calcium oxygen dispenser and dolomite with an admixture of fluoride ion into the gravel filter system and increasing the water saturation index to a positive value, and then subjecting the water to electrochemical treatment and its treatment with by means of platinum titanium anodes and aluminum anodes, a potential of -0.85 to -1. 2Ww. ^ gl is obtained on the inner surfaces of galvanized pipelines. solid silver chloride electrode. The electrochemical treatment of water is carried out with an anodic current density of 2000 A / m for titanium-platinum anodes and 50 A / m for aluminum anodes.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 142 844 sposób zapobiegania korozji stalowych podgrzewaczy wody, zwłaszcza przeciwprądowych w układzie grupowego węzłaThere is known from Polish patent description No. 142 844 a method of preventing corrosion of steel water heaters, especially counter-current ones in a group node system

161 525 cieplnego, polegający na zamieszczeniu wewnątrz zbiorników wody anod aluminiowych i podłączenia do nich dodatniego zacisku źródła prądu stałego przy równoczesnym podłączeniu ujemnego zacisku do metalowej konstrukcji, zbiorników, przy czym stosuje sie prąd o takim natężeniu aby wprowadzić do wody produkty anodowego roztwarzania aluminium w ilości ^od 0,1 ^do ^{1,5 g}/m^ w prze^liczenⁱu na aluminium.161 525 thermal energy, consisting in placing aluminum anodes inside the water tanks and connecting the positive terminal of the DC source to them, while simultaneously connecting the negative terminal to the metal structure, tanks, with the use of current of such intensity to introduce the products of anodic digestion of aluminum into the water in the amount ^0.1 ^d ^{1.5 g} / m ^ at fOR iN ^leaf settings ^and in aluminum.

Znany jest z publikacji WNT, Warszawa 1976 r. pt. “Katodowa ochrona metali W.Baeckmann i W. Schwenk str. 315, sposób ochrony przed korozją instalacji wodnych opracowany przez Guldagera i polegający na elektrochemicznej obróbce wody przemieszczanej miedzy zespołem roztwarzalnych elektrod aluminiowych. Gęstość prądu anodowego wynosi 1t2 A/m , gęstość prądu katodowego wynosi 0,2 - 0,3 A/mHe is known from the publication of WNT, Warsaw 1976, entitled “Cathodic protection of metals W.Baeckmann and W. Schwenk p. 315, a method of protection against corrosion of water installations developed by Guldager and consisting in electrochemical treatment of water transferred between a set of dissolving aluminum electrodes. The anode current density is 1t2 A / m, the cathode current density is 0.2 - 0.3 A / m

Znane i opisane metody elektrochemicznej obróbki wody wymagają wysokich gęstości prądu anodowego i katodowego, chronią układy wodne przed korozją, lecz nie zabezpieczają ich przed wytrącaniem sie kamienia wodnego. Ponadto niedogodnością jest stosowanie roztwarzalnych anod aluminiowych, które co pewien czas należy wymieniać.The known and described methods of electrochemical water treatment require high anode and cathode current densities, they protect the water systems against corrosion, but do not protect them against the precipitation of water scale. In addition, it is a disadvantage that the use of decomposable aluminum anodes, which must be replaced from time to time.

Sposób zabezpieczenia układów wodnych przed osadzaniem sie kamienia wodnego polega na tym, że strumień przepływającej wody poddaje sie systemowi mikrowyładowań elektrochemicznych, zachodzących w czasie od 0,0005 do 0,0500 s na poprzecznie ustawionej do kierunku przepływu roztworu wodnego metalowej elektrodzie spełniającej role anody, uzyskiwanych w wyniku przepływu prądu stałego z zewnętrznego źródła prądu do metalowej obudowy strumienia wodnego stanowiącego katodę. Anodowa wartość gęstości prądu wynosi 2 od 0,1 do 0,5 A/m .The method of securing water systems against limescale deposition is based on the fact that the stream of flowing water is subjected to a system of electrochemical micro-discharges, occurring in the time from 0.0005 to 0.0500 s on a metal electrode transversely oriented to the direction of the flow of the aqueous solution, acting as an anode, obtained by flowing direct current from an external power source into the metal casing of the water stream constituting the cathode. The anodic current density value is 2 from 0.1 to 0.5 A / m.

Urządzenie do zabezpieczania układów wodnych przed osadzaniem sie kamienia wodnego według wynalazku składa sie z metalowego korpusu z przyłączem elektrycznym wewnątrz którego znajduje sie ustawiona poprzecznie do osi korpusu odizolowana elektrycznie, korzystnie za pomocą przekładek izolacyjnych, metalowa, wielootworowa kryza z przyłączem elektrycznym, wykonana korzystnie ze stopu Monela. Sumeryczna powierzchnia pola przekroju wszystkich otworów kryzy wielootworowej wynosi od 0,5 do 2,0 powierzchni pola przekroju przewodu instalacji, na którym to urządzenie zostało zainstalowane, natomiast stosunek grubości kryzy wielootworowej do średnicy otworu wynosi od 0,1 do 20,0, korzystnie od 2 do 5.The device for protecting water systems against the deposition of water scale according to the invention consists of a metal body with an electrical connection inside which is electrically insulated transversely to the body axis, preferably by means of insulating spacers, a metal multi-hole flange with an electrical connection, preferably made of alloy Monel. The numerical cross-sectional area of all the openings of the multi-hole flange is 0.5 to 2.0 of the cross-sectional area of the pipe on which this device is installed, while the ratio of the multi-hole flange thickness to the diameter of the hole is 0.1 to 20.0, preferably 2 to 5.

Realizacja uzdatniania roztworów wodnych wg opisanego sposobu i urządzenia eliminuje osadzanie się twardych narostów kamienia wodnego, uciążliwych w eksploatacji urządzeń i instalacji. Praktycznie brak zmiany składu roztworu wodnego powoduje zaliczenie sposobu zabezpieczenia wg wynalazku do metod fizycznych, pomimo elektrochemicznych elementów zachodzących w procesie uzdatniania roztworu. Wytrącające sie sole krystalizują w postaci zawiesiny i szlamu, a nie zwartych, krystalicznych osadów. Powstały muł i szlam jest łatwy do usunięcia w instalacji strumieniem wody Bardzo niskie wartości prądu zasilającego urządzenie» dają możliwość zasilania urządzenia z niskonapięciowych zewnętrznych lub wewnętrznych źródeł prądu, nawet z baterii 1,5 V w długim okresie czasu.The implementation of the treatment of water solutions according to the described method and device eliminates the deposition of hard deposits of water scale, which are burdensome in the operation of devices and installations. The virtually no change in the composition of the water solution causes the protection method according to the invention to be classified as physical, despite the electrochemical elements taking place in the solution treatment process. The precipitating salts crystallize as a slurry and sludge rather than as a dense, crystalline deposit. The resulting silt and sludge is easy to remove in the installation with a water jet. Very low values of the current supplying the device »make it possible to power the device from low-voltage external or internal power sources, even from 1.5 V batteries for a long period of time.

Stosowanie sposobu wg wynalazku przynosi korzyści w zakresie: zabezpieczenia przed stratami ciepła w kotłach i wymiennikach ciepła, wielokrotnego przedłużenia żywotności instalacji i urządzeń z braku odkładania się osadów i wyeliminowania groźnej korozji podosadowej, wydłużenia się okresów międzyremontoiwych. Brak ryzyka związanego z używaniem chemikaliów umożliwia stosowanie sposobu wg wynalazku w instalacjach zimnej i ciepłej wody gospodarczej użytkowanej przez ludność.The use of the method according to the invention brings benefits in the field of: protection against heat losses in boilers and heat exchangers, multiple prolongation of the service life of installations and devices due to the absence of sediment deposition and elimination of dangerous sub-sludge corrosion, extension of maintenance intervals. The lack of risk related to the use of chemicals enables the use of the method according to the invention in domestic cold and hot water installations.

Realizację sposobu wg wynalazku przedstawiono poniżej w przykładzie.The implementation of the method according to the invention is shown in the example below.

Przykład. Urządzenie wg wynalazku zostało zainstalowane dla zabezpieczenia zarastania osadami wodnego systemu chłodzenia chłodni owocowo-warzywnej skraplaczy natryskowo wyparnych. W obiegu wodnym na wylocie wody z pompy obiegowej zamontowano urządzenie na przewodzie o średnicy 0,100 m. Elektrodę dodatnią urządzenia stanowiła kryza wielootworowa wykonana ze stopu Monela. Kryza odizolowana była elektrycznie od stalowego korpusu za pomocą przekładek z polipropylenu. Kryza wielootworowa posiadałaExample. The device according to the invention was installed to prevent the spray-evaporative condensers from fouling the water cooling system of the fruit and vegetable cooler with sediments. In the water circuit, at the water outlet from the circulation pump, the device was mounted on a pipe with a diameter of 0.100 m. The positive electrode of the device was a multi-hole orifice made of Monel. The orifice was electrically insulated from the steel body by means of polypropylene spacers. The multi-hole orifice had

161 525161 525

2532 otworów o średnicy 0,00² m i łącznej powierzchni wszystkich otworów 0,0078⁵ m², zaś stosunek grubości krążka kryzy do średnicy otworu wyniósł 5. Korpus urządzenia podłączono do ujemnego zacisku zewnętrznego źródła prądu stałego, dodatni zacisk źródła prądu podłączono do wielootworowej kryzy. Urządzenie polaryzowano prądem o wartości2532 holes with a diameter of 0.00 ² m and the total area of all holes 0.0078 ⁵ m ² , and the ratio of the orifice disk thickness to the diameter of the hole was 5. The device body was connected to the negative terminal of an external DC source, the positive terminal of the power source was connected to a multi-hole orifice . The device was polarized with a current of

2,5 mA co odpowiada gęstości prądu anodowego 0,32 A/m . Obraz mikroskopowy kropli wody z obiegu chłodzenia wykazał obecność bezpostaciowych form osadu, nie stwierdzono obecności postaci krystlaicznych wytrąconych osadów.2.5 mA which corresponds to the anode current density of 0.32 A / m. The microscopic image of a water drop from the cooling circuit showed the presence of amorphous forms of the sediment, no crystalline forms of the precipitates.

Przedmiot wynalazku dotyczący urządzenia do zabezpieczenia układów wodnych przed osadzaniem się kamienia wodnego jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny urządzenia.The subject of the invention relating to the device for protecting water systems against scaling is shown in the drawing in which Fig. 1 shows a longitudinal section of the device.

Urządzenie zbudowane jest ze stalowego korpusu (1) posiadającego koniec wlotowy o średnicy 0,100 m zawierającego przyłącze elektryczne (2), wewnątrz którego znajduje się ustawiona poprzecznie do osi korpusu (1) odizolowana elektrycznie za pomocą przekładek izolacyjnych z polipropylenu (3) metalowa, wielootworowa kryza (4) wykonana ze stopu Monela podłączona do przyłącza elektrycznego (5). Kryza posiada 2532 otworów o średnicy 0,002 m. Sumaryczna powierzchnia pola przekroju wszystkich otworów kryzy wynosi 0,00785 m , zaś stosunek sumarycznej powierzchni pola przekroju wszystkich otworów kryzy do pola powierzchni przekroju przewodu instalacji i jednocześnie króćca wlotowego wynosi 1. Grubość krążka kryzy wykonanego ze stopu Monela wynosi 0,010 m, zaś stosunek grubości kryzy wielootworowej do średnicy otworu wynosi 5.Wypływająca woda do urządzenia poddawana jest systemowi mikrowyładowań elektrycznych, które to zachodzą na powierzchni kryzy wielootworowej w czasie 0,0100 s przy przepływie prądu stałego zasilającego układ z oddzielnego zewnętrznego zasilacza prądu stałego. W układzie przepływa prąd stały o wartości 2,5 mA, co odpowiada gęstości prądu anodowego 0,32 A/m .The device is made of a steel body (1) with an inlet end with a diameter of 0.100 m containing an electrical connection (2), inside which there is a metal, multi-hole flange set transversely to the body axis (1) with polypropylene insulating spacers (3) (4) made of Monel alloy connected to the electrical connection (5). The orifice has 2532 holes with a diameter of 0.002 m. The total cross-sectional area of all orifice openings is 0.00785 m, and the ratio of the total cross-sectional area of all the orifice openings to the cross-sectional area of the installation conduit and the inlet stub is 1. The thickness of the orifice disc made of alloy Monel is 0.010 m, and the ratio of the thickness of the multi-hole orifice to the diameter of the hole is 5. Water flowing into the device is subjected to a system of electric micro-discharges, which occur on the surface of the multi-hole orifice for 0.0100 s with the flow of direct current supplying the system from a separate external power supply. standing. A direct current of 2.5 mA flows in the system, which corresponds to an anode current density of 0.32 A / m.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims

Patent claims

The method of protecting water systems against the deposition of water scale, characterized by the fact that the stream of water flowing through is subjected to a system of electric micro-discharges occurring for the time from 0.0005 to 0.0500 s on a metal electrode transversely oriented to the direction of flow of the aqueous solution, fulfilling anode roles, obtained as a result of direct current flow from an external current source with an anodic current density value of 0.1 to 0.5 A / m flowing in an aqueous solution from the anode to the metal casing of the water stream constituting the cathode.

2. A device for protecting water systems against the deposition of water scale, characterized by the fact that it consists of a metal body with an electric connection inside which is electrically insulated transversely to the body axis, using with insulating spacers, a metal multi-hole flange with an electrical connection made of using Monel alloy.

3. The device according to claim 2, characterized by the fact that the total cross-sectional area of all openings of the multi-orifice flange is 0.5 to 2.0 of the cross-sectional area of the installation conduit on which the device is installed.

4. The device according to claim 2. The method of claim 2, characterized in that the ratio of the thickness of the multi-hole flange to the diameter of the opening is 0.1 to 20.0, preferably 2 to 5.

★ * ★