Поясните механизм образования и состав накипи в трубах котла

Напряженность работы поверхностей нагрева котла, следовательно, и их срок службы зависит от толщины отложений накипи и от скорости их образования, и не как не зависит от остаточного проходного сечения трубы (многие считают, чем больше диаметр трубы, тем дольше она зарастает накипью, при этом сохраняя достаточный проход для протока воды). Даже небольшое отложение накипи ухудшает теплообмен, приводит к напряженной работе металла труб и чревато возможным выходом из строя котла.

Накипь на стенках труб – это выпавший при кипении воды твердый осадок кальциевых соединений. Причиной отложения накипи на стенках труб служит пристеночное кипение воды в трубах, которое возможно, как и застойных зонах, так и при движении воды в трубах.

Механизма образования отложений накипи. Отложение накипи может происходить при движении воды. Чтобы понять причины данного процесса и оценить технические решения по снижению интенсивности образования накипи безреагентным способом (невозможно полностью исключить возможность образования накипи безреагентным способом), реализованные в разных конструкциях котлов, рассмотрим режимы течения жидкости.
Режим движения жидкости бывает ламинарным и турбулентным. При ламинарном режиме течение устойчивое, а струйки потока движутся, не смешиваясь, плавно обтекая встречающиеся на их пути препятствия. Турбулентный режим характеризуется беспорядочным перемещением конечных масс жидкости, сильно перемешивающихся между собой. Режим движения жидкости зависит от соотношения сил инерции и сил вязкости (внутреннего трения) в потоке, которое выражается критерием (числом) Рейнольдса. Для каждой конкретной установки существует некоторый диапазон «критических» значений числа Re, при которых происходит переход от одного режима к другому (переходная область). Нижний предел критического числа Re для трубы круглого сечения составляет около 2300. Верхний предел числа Re зависит от условий входа в трубу, состояния поверхности стенок и т. д. При движении реальной (вязкой) жидкости слой, непосредственно прилегающий к твердой поверхности, прилипает к ней. Вблизи твердой поверхности устанавливается переменная по сечению скорость, возрастающая от нуля на этой поверхности до скорости w невозмущенного потока. Эту область переменной по сечению скорости называют пограничным, или пристеночным слоем.
При движении потока в прямых трубах различают начальный участок течения и участок стабилизированного течения. Начальный участок - участок трубы, в котором равномерный профиль скорости, соответствующий сечению на входе через плавный коллектор, постепенно переходит в нормальный профиль стабилизированного течения.
При ламинарном режиме стабилизированный профиль скорости устанавливается по параболическому закону, а при турбулентном режиме - приближенно по логарифмическому или степенному закону. При турбулентном режиме область с пониженными скоростями меньше чем при ламинарном режиме. Следовательно, вероятность пристеночного кипения меньше. Число Re прямо-пропорционально скорости жидкости и внутреннему диаметру трубы. Следовательно, чтобы добиться турбулентного режима движения жидкости в трубе большего диаметра с сохранением скорости движения, необходимо увеличить расход жидкости. Применение труб меньшего диаметра более оправдано с точки зрения интенсивности теплообмена и механизма образования отложений накипи, с попутным сокращением затрат на металл и эксплуатационных затрат на преодоление гидравлического сопротивления котла, и как следствие сокращение затрат на электроэнергию.