Загрязнение поверхностей в технике: причины и виды.

Введение

Накопление нежелательных веществ на твердых поверхностях – обрастание в технике.

Обрастание – это накопление нежелательных веществ на твердых поверхностях. Вещества, вызывающие обрастание, могут состоять из живых организмов (биообрастание, органическое) или неживых веществ (неорганическое). Обрастание обычно отличают от других явлений роста на поверхности тем, что оно происходит на поверхности компонента, системы или установки, выполняющей определенную полезную функцию, и процесс обрастания препятствует или нарушает эту функцию. Другие термины, используемые в литературе для описания обрастания, включают образование отложений, инкрустацию, образование шлама, осаждение, образование накипи, шлакование и образование осадка. Последние шесть терминов имеют более узкое значение, чем обрастание в рамках науки и техники об обрастании, а также имеют значения вне этой области; поэтому их следует использовать с осторожностью. Явления обрастания распространены и разнообразны: от обрастания корпусов судов, естественных поверхностей в морской среде (морское обрастание), обрастания компонентов теплообмена ингредиентами, содержащимися в охлаждающей воде или газах, и даже образования зубного налета или отложений на солнечных панелях на Марсе, среди прочих примеров. Данная статья посвящена в основном обрастанию промышленных теплообменников, хотя та же теория в целом применима и к другим видам обрастания. В технологии охлаждения и других технических областях различают макро- и микрообрастание. Из этих двух микрообрастание, как правило, сложнее предотвратить и поэтому более важно.

Коррозионная загрязнение

Коррозионные отложения образуются непосредственно на месте в результате коррозии подложки. Они отличаются от обрастающих отложений, которые формируются из материала, принесенного извне. Коррозионные отложения не следует путать с обрастающими отложениями, образованными продуктами коррозии, возникшими извне. Коррозионные отложения обычно имеют состав, соответствующий составу подложки. Кроме того, геометрия интерфейсов металлического оксида и оксидной жидкости может позволить практически различать коррозионные и обрастающие отложения. Примером коррозионного обрастания может служить образование отложения оксида или гидроксида железа в результате коррозии углеродистой стали под ним. Коррозионное обрастание не следует путать с коррозией, вызванной обрастанием, то есть с любым из типов коррозии, которые могут быть индуцированы обрастанием.

Химическая реакция загрязнения

Химические реакции могут происходить при контакте химических веществ в рабочей среде с поверхностями теплообмена. В таких случаях металлическая поверхность иногда выступает в роли катализатора. Например, в охлаждающей воде химической промышленности, содержащей небольшое количество углеводородов, происходят коррозия и полимеризация. Системы нефтепереработки склонны к полимеризации олефинов или отложению тяжелых фракций (асфальтенов, парафинов и т.д.). Высокая температура стенок труб может приводить к коксованию органических веществ. Пищевая промышленность, например переработка молока, также сталкивается с проблемой загрязнений, вызванных химическими реакциями. Загрязнение, возникающее в результате ионной реакции с образованием неорганического твердого вещества, обычно классифицируется как отложения (не как загрязнение, вызванное химической реакцией).

Загрязнение от затвердевания

Осаждение в результате затвердевания происходит, когда компонент текущей жидкости затвердевает на поверхности, образуя твердое отложение. Примерами могут служить затвердевание воска (с высокой температурой плавления) из углеводородного раствора или расплавленной золы (содержащейся в отходящих газах печи) на поверхности теплообменника. Температура поверхности должна быть ниже определенного порогового значения, поэтому говорят, что она переохлаждена относительно температуры затвердевания отлагаемого вещества.

Биоопухоль

Биозагрязнение, или биологическое обрастание, – это нежелательное накопление микроорганизмов, водорослей и диатомовых водорослей, растений и животных на поверхностях, таких как корпуса судов и подводных лодок, а также трубопроводы и резервуары с необработанной водой. Это может сопровождаться микробиологически индуцированной коррозией (MIC). Бактерии способны образовывать биопленки или слизи. Таким образом, организмы могут агрегироваться на поверхностях, используя коллоидные гидрогели воды и внеклеточные полимерные вещества (ЭПС) – полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты и т.п. Структура биопленки обычно сложна. Бактериальное обрастание может происходить как в аэробных (при наличии кислорода, растворенного в воде), так и в анаэробных (бескислородных) условиях. На практике аэробные бактерии предпочитают открытые системы, где кислород и питательные вещества постоянно поступают, часто в теплых и освещенных местах. Анаэробное обрастание чаще встречается в закрытых системах при достаточном количестве питательных веществ. Примерами могут служить сульфат-редуцирующие (или сера-редуцирующие) бактерии, которые производят сульфид и часто вызывают коррозию черных металлов (и других сплавов). С другой стороны, сульфид-окисляющие бактерии (например, Acidithiobacillus) могут производить серную кислоту и участвовать в коррозии бетона. Мидии-драйссены являются примером крупных животных, вызвавших масштабное обрастание в Северной Америке.

Композитные загрязнения

Композитное отложение – распространенное явление. Этот тип отложения включает в себя более одного отлагаемого вещества или более одного механизма отложения, действующих одновременно. Множественные отлагаемые вещества или механизмы могут взаимодействовать друг с другом, приводя к синергетическому отложению, которое не является простой арифметической суммой составляющих.

Потеря на Марсе

Марсоходы НАСА (Spirit и Opportunity) столкнулись с (вероятно) небиологическим загрязнением солнечных панелей частицами пыли из атмосферы Марса. Часть этих отложений впоследствии самопроизвольно очистилась. Это демонстрирует универсальность явления загрязнения.

Количественное определение загрязнения

Самый простой способ количественно оценить достаточно однородное загрязнение – указать среднюю поверхностную нагрузку отложений, то есть килограммы отложений на квадратный метр поверхности. Скорость загрязнения выражается в кг/м²с и определяется путем деления поверхностной нагрузки отложений на эффективное время работы. Нормированная скорость загрязнения (также в кг/м²с) дополнительно учитывает концентрацию вещества-загрязнителя в рабочей жидкости (кг/кг) в течение предшествующих операций и полезна для сравнения скоростей загрязнения в различных системах. Она определяется путем деления скорости загрязнения на концентрацию вещества-загрязнителя. Константу скорости загрязнения (м/с) можно получить, разделив нормированную скорость загрязнения на плотность рабочей жидкости (кг/м³). Толщина отложений (мкм) и пористость (%) также часто используются для описания количества загрязнений. Относительное уменьшение диаметра трубопровода или увеличение шероховатости поверхности могут быть особенно важны, если необходимо учитывать влияние загрязнения на перепад давления. В теплообменном оборудовании, где основной проблемой часто является влияние загрязнения на теплопередачу, загрязнение можно оценить по увеличению теплового сопротивления (м²К/Вт) из-за загрязнения (так называемое «сопротивление загрязнению») или по изменению коэффициента теплопередачи (Вт/м²К) с течением времени. Если основной проблемой является коррозия под отложениями или в зазорах, важно учитывать неоднородность толщины отложений (например, волнистость отложений), локализованное загрязнение, уплотнение отложений в ограниченных областях, образование закупорок, «зазоров», «туберкул отложений» или скоплений шлама. Такие структуры отложений могут создавать условия для коррозии под отложениями основного материала, например, межкристаллитной коррозии, питтинговой коррозии, коррозионного растрескивания под напряжением или локализованной выщербленности. Пористость и проницаемость отложений, вероятно, будут влиять на вероятность коррозии под отложениями. Состав отложений также может быть важным – даже незначительные компоненты отложений иногда могут вызывать сильную коррозию основного металла (например, ванадий в отложениях паровых котлов, вызывающий высокотемпературную коррозию). Не существует общего правила относительно допустимого количества отложений, это зависит от конкретной системы. Во многих случаях даже отложения толщиной в несколько микрометров могут быть проблематичными. Отложения толщиной в миллиметр вызывают опасения практически в любом применении.

The most straightforward way to quantify fairly uniform fouling is by stating the average deposit surface loading, i. e., kg of deposit per m2 of surface area. The fouling rate will then be expressed in kg/m2s, and it is obtained by dividing the deposit surface loading by the effective operating time. The normalized fouling rate (also in kg/m2s) will additionally account for the concentration of the foulant in the process fluid (kg/kg) during preceding operations, and is useful for comparison of fouling rates between different systems. It is obtained by dividing the fouling rate by the foulant concentration. The fouling rate constant (m/s) can be obtained by dividing the normalized fouling rate by the mass density of the process fluid (kg/m3). Deposit thickness (μm) and porosity (%) are also often used for description of fouling amount. The relative reduction of diameter of piping or increase of the surface roughness can be of particular interest when the impact of fouling on pressure drop is of interest. In heat transfer equipment, where the primary concern is often the effect of fouling on heat transfer, fouling can be quantified by the increase of the resistance to the flow of heat (m2K/W) due to fouling (termed "fouling resistance"), or by development of heat transfer coefficient (W/m2K) with time. If under deposit or crevice corrosion is of primary concern, it is important to note non uniformity of deposit thickness (e. g., deposit waviness), localized fouling, packing of confined regions with deposits, creation of occlusions, "crevices", "deposit tubercles", or sludge piles. Such deposit structures can create environment for underdeposit corrosion of the substrate material, e. g., intergranular attack, pitting, stress corrosion cracking, or localized wastage. Porosity and permeability of the deposits will likely influence the probability of underdeposit corrosion. Deposit composition can also be important even minor components of the deposits can sometimes cause severe corrosion of the underlying metal (e. g., vanadium in deposits of fired boilers causing hot corrosion). There is no general rule on how much deposit can be tolerated, it depends on the system. In many cases, a deposit even a few micrometers thick can be troublesome. A deposit in a millimeter range thickness will be of concern in almost any application.

Прогресс загрязнения со временем

Осадок на поверхности не всегда развивается равномерно со временем. В зависимости от характера системы и местных термогидравлических условий на поверхности можно выделить следующие сценарии загрязнения:

Индукционный период – Иногда наблюдается практически нулевая скорость загрязнения при использовании новой или очень чистой поверхности. Это часто встречается при биозагрязнении и отложению из раствора. После "индукционного периода" скорость загрязнения возрастает. "Отрицательное" загрязнение – Это может происходить при оценке скорости загрязнения по изменению теплопередачи. Относительно небольшое количество отложений может улучшить теплопередачу по сравнению с чистой поверхностью, создавая видимость "отрицательной" скорости загрязнения и отрицательного общего количества загрязнения. Отрицательное загрязнение часто наблюдается в условиях теплопередачи при пленочном кипении (отложение способствует образованию центров парообразования) или вынужденной конвекции (если отложение увеличивает шероховатость поверхности, и она перестает быть "гидравлически гладкой"). После первоначального периода "контроля шероховатости поверхности" скорость загрязнения обычно становится значительно положительной. Линейное загрязнение – Скорость загрязнения может оставаться постоянной во времени. Это распространенный случай. Замедление загрязнения – В этом сценарии скорость загрязнения уменьшается со временем, но никогда не достигает нуля. Толщина отложения не стабилизируется. Прогресс загрязнения часто можно описать двумя параметрами: начальной скоростью загрязнения (касательной к кривой загрязнения при нулевой нагрузке отложения или нулевом времени) и скоростью загрязнения после длительного периода времени (наклонной асимптотой к кривой загрязнения). Асимптотическое загрязнение – Здесь скорость загрязнения уменьшается со временем, пока не достигнет нуля. В этот момент толщина отложения остается постоянной (горизонтальная асимптота). Это часто наблюдается для относительно мягких или плохо адгезирующихся отложений в областях быстрого потока. Асимптота обычно интерпретируется как нагрузка отложения, при которой скорость осаждения равна скорости удаления отложения. Ускорение загрязнения – В этом сценарии скорость загрязнения увеличивается со временем; скорость накопления отложений возрастает (возможно, до достижения транспортного ограничения). Механистически этот сценарий может развиваться, когда загрязнение увеличивает шероховатость поверхности или когда поверхность отложения проявляет более высокую химическую склонность к загрязнению, чем чистый основной металл. "Пилообразное" загрязнение – В этом случае общая нагрузка отложения обычно увеличивается со временем (часто предполагая в целом линейную или замедляющуюся скорость), но при более детальном рассмотрении прогресс загрязнения периодически прерывается и принимает форму зубчатой кривой. Периодические резкие изменения в видимом количестве загрязнения часто соответствуют моментам остановок системы, пусков или другим переходным процессам в работе. Периодические изменения часто интерпретируются как периодическое удаление части отложения (возможно, повторная суспензия отложения из-за скачков давления, отслоение из-за тепловых напряжений или шелушение из-за переходных окислительно-восстановительных процессов). Предполагается, что паровое одеяло образуется между частично отслоившимися отложениями и поверхностью теплообмена. Однако возможны и другие причины, например, захват воздуха внутри поверхностных отложений во время остановок или неточность измерений температуры во время переходных процессов ("тепловой поток").

Induction period Sometimes, a near nil fouling rate is observed when the surface is new or very clean. This is often observed in biofouling and precipitation fouling. After the "induction period", the fouling rate increases. "Negative" fouling This can occur when fouling rate is quantified by monitoring heat transfer. Relatively small amounts of deposit can improve heat transfer, relative to clean surface, and give an appearance of "negative" fouling rate and negative total fouling amount. Negative fouling is often observed under nucleate boiling heat transfer conditions (deposit improves bubble nucleation) or forced convection (if the deposit increases the surface roughness and the surface is no longer "hydraulically smooth"). After the initial period of "surface roughness control", the fouling rate usually becomes strongly positive. Linear fouling The fouling rate can be steady with time. This is a common case. Falling fouling In this scenario, the fouling rate decreases with time, but never drops to zero. The deposit thickness does not achieve a constant value. The progress of fouling can be often described by two numbers: the initial fouling rate (a tangent to the fouling curve at zero deposit loading or zero time) and the fouling rate after a long period of time (an oblique asymptote to the fouling curve). Asymptotic fouling Here, the fouling rate decreases with time, until it finally reaches zero. At this point, the deposit thickness remains constant with time (a horizontal asymptote). This is often the case for relatively soft or poorly adherent deposits in areas of fast flow. The asymptote is usually interpreted as the deposit loading at which the deposition rate equals the deposit removal rate. Accelerating fouling In this scenario, the fouling rate increases with time; the rate of deposit buildup accelerates with time (perhaps until it becomes transport limited). Mechanistically, this scenario can develop when fouling increases the surface roughness, or when the deposit surface exhibits higher chemical propensity to fouling than the pure underlying metal. Seesaw fouling Here, fouling loading generally increases with time (often assuming a generally linear or falling rate), but, when looked at in more detail, the fouling progress is periodically interrupted and takes the form of sawtooth curve. The periodic sharp variations in the apparent fouling amount often correspond to the moments of system shutdowns, startups or other transients in operation. The periodic variations are often interpreted as periodic removal of some of the deposit (perhaps deposit re suspension due to pressure pulses, spalling due thermal stresses, or exfoliation due to redox transients). Steam blanketing has been postulated to occur between the partially spalled deposits and the heat transfer surface. However, other reasons are possible, e. g., trapping of air inside the surface deposits during shutdowns, or inaccuracy of temperature measurements during transients ("temperature streaming").

Экономическое и экологическое значение загрязнения

Загрязнение является повсеместным явлением и приводит к огромным эксплуатационным потерям, сопоставимым с потерями от коррозии. Например, по одной оценке, убытки от загрязнения теплообменников в промышленно развитых странах составляют около 0,25% их ВВП. Другой анализ оценил (на 2006 год) экономические потери от загрязнения котлов и турбин на электростанциях Китая в 4,68 миллиарда долларов, что составляет примерно 0,169% ВВП страны. Эти потери первоначально возникают из-за ухудшения теплопередачи, коррозионных повреждений (в частности, под отложениями и щелевой коррозии), увеличения перепада давления, закупорки потока, перераспределения потока внутри компонентов, неустойчивости потока, вызываемых вибраций (которые могут приводить к другим проблемам, например, усталости), фреттинга, преждевременного выхода из строя электрических нагревательных элементов и множества других часто непредвиденных проблем. Кроме того, необходимо учитывать (но обычно это не делается) экологические издержки. Экологические издержки связаны с использованием биоцидов для предотвращения обрастания, увеличением расхода топлива для компенсации снижения производительности, вызванного загрязнением, и повышенным использованием охлаждающей воды в однопроходных системах охлаждения. Например, "нормальное" загрязнение на традиционной электростанции мощностью 500 МВт (нетто-электрическая мощность) приводит к потерям мощности паровой турбины в 5 МВт и более. На атомной электростанции мощностью 1300 МВт типичные потери могут составлять 20 МВт и более (вплоть до 100%, если станция останавливается из-за деградации компонентов, вызванной загрязнением). На установках опреснения морской воды загрязнение может снизить отношение производительности к затратам на двухзначные проценты (отношение производительности к затратам – это показатель, сопоставляющий массу полученного дистиллята с количеством пара, используемого в процессе). Дополнительное потребление электроэнергии в охладителях с компрессорами также легко достигает двухзначных значений. Помимо эксплуатационных затрат, увеличиваются и капитальные затраты, поскольку теплообменники необходимо проектировать с большим запасом, чтобы компенсировать потери теплопередачи, вызванные загрязнением. К перечисленным выше потерям производительности следует добавить стоимость простоя, необходимого для осмотра, очистки и ремонта компонентов (миллионы долларов в день простоя в виде упущенной прибыли на типичной электростанции), а также стоимость проведения этого обслуживания. Наконец, загрязнение часто является первопричиной серьезных проблем деградации, которые могут ограничить срок службы компонентов или целых установок.

Fouling is ubiquitous and generates tremendous operational losses, not unlike corrosion. For example, one estimate puts the losses due to fouling of heat exchangers in industrialized nations to be about 0.25% of their GDP. Another analysis estimated (for 2006) the economical loss due to boiler and turbine fouling in China utilities at 4.68 billion dollars, which is about 0.169% the country GDP. The losses initially result from impaired heat transfer, corrosion damage (in particular under deposit and crevice corrosion), increased pressure drop, flow blockages, flow redistribution inside components, flow instabilities, induced vibrations (possibly leading to other problems, e. g., fatigue), fretting, premature failure of electrical heating elements, and a large number of other often unanticipated problems. In addition, the ecological costs should be (but typically are not) considered. The ecological costs arise from the use of biocides for the avoidance of biofouling, from the increased fuel input to compensate for the reduced output caused by fouling, and an increased use of cooling water in once through cooling systems. For example, "normal" fouling at a conventionally fired 500 MW (net electrical power) power station unit accounts for output losses of the steam turbine of 5 MW and more. In a 1,300 MW nuclear power station, typical losses could be 20 MW and up (up to 100% if the station shuts down due to fouling induced component degradation). In seawater desalination plants, fouling may reduce the gained output ratio by two digit percentages (the gained output ratio is an equivalent that puts the mass of generated distillate in relation to the steam used in the process). The extra electrical consumption in compressor operated coolers is also easily in the two digit area. In addition to the operational costs, also the capital cost increases because the heat exchangers have to be designed in larger sizes to compensate for the heat transfer loss due to fouling. To the output losses listed above, one needs to add the cost of down time required to inspect, clean, and repair the components (millions of dollars per day of shutdown in lost revenue in a typical power plant), and the cost of actually doing this maintenance. Finally, fouling is often a root cause of serious degradation problems that may limit the life of components or entire plants.

Контроль за загрязнением

Самый фундаментальный и обычно предпочтительный метод борьбы с обрастанием – предотвращение попадания организмов-загрязнителей в контур охлаждающей воды. На паровых электростанциях и других крупных промышленных установках, использующих водоподготовку, макрообрастание предотвращается посредством предварительной фильтрации и установки фильтров для очистки охлаждающей воды от крупных частиц. Некоторые предприятия внедряют программы исключения посторонних предметов (для предотвращения случайного попадания нежелательных материалов, например, забытых инструментов во время технического обслуживания). В некоторых случаях применяется акустический мониторинг для выявления фреттинга, вызванного отделившимися деталями. Для борьбы с микрообрастанием очистка воды достигается за счет применения комплексных методов водоподготовки, микрофильтрации, мембранных технологий (обратный осмос, электродеионизация) или ионообменных смол. Образование продуктов коррозии в водопроводных системах часто минимизируется путем регулирования pH рабочей среды (обычно алкализация аммиаком, морфолином, этаноламином или фосфатом натрия), контроля содержания растворенного кислорода в воде (например, добавлением гидразина) или добавления ингибиторов коррозии. Для водных систем с относительно низкой температурой применяемые биоциды классифицируются следующим образом: неорганические соединения хлора и брома, хлор- и бромсодержащие окислители, озон и кислородные окислители, неокисляющиеся биоциды. Одним из наиболее важных неокисляющихся биоцидов является смесь хлорметилизотиазолинона и метилизотиазолинона. Также применяются дибромнитрилопропионамид и четвертичные аммониевые соединения. Для подводной части корпусов судов используются противообрастающие краски. Химические ингибиторы обрастания могут снизить интенсивность обрастания во многих системах, главным образом, вмешиваясь в процессы кристаллизации, прикрепления или консолидации, лежащие в основе процесса обрастания. Примеры для водных систем: комплексообразователи (например, ЭДТА), алифатические амины или полиамины с длинной цепью (например, октадециламин, геламин и другие амины, образующие пленку), органические фосфоновые кислоты (например, этидроновая кислота) или полиэлектролиты (например, полиакриловая кислота, полиметакриловая кислота, обычно с молекулярной массой менее 10000). Для отопительных котлов добавки алюминия или магния могут снизить температуру плавления золы и способствовать образованию отложений, которые легче удалять. См. также технологические химикаты. Эффективность магнитной обработки воды для борьбы с обрастанием является предметом споров с 1950-х годов. Преобладающее мнение заключается в том, что она просто "не работает". Тем не менее, некоторые исследования показывают, что в определенных условиях она может быть эффективна для снижения образования отложений карбоната кальция. На уровне компоновочного решения обрастание часто (но не всегда) можно минимизировать, поддерживая относительно высокую (например, 2 м/с) и равномерную скорость потока жидкости по всей длине компонента. Необходимо устранять зоны застоя. Компоненты обычно проектируются с запасом, чтобы учесть ожидаемое обрастание между очистками. Однако чрезмерный запас может быть ошибкой проектирования, поскольку он может привести к увеличению обрастания из-за снижения скорости потока. Периодические импульсы давления в контуре или обратный поток могут быть эффективными, если эта возможность тщательно предусмотрена на этапе проектирования. Возможность продувки всегда предусматривается в парогенераторах или испарителях для контроля накопления нелетучих примесей, вызывающих или усугубляющих обрастание. Для систем с относительно низкой температурой применяются поверхности с низким коэффициентом обрастания (например, очень гладкие, имплантированные ионами или с низкой поверхностной энергией, такие как тефлон). Современные компоненты обычно должны быть спроектированы для облегчения проверки внутренних частей и периодической очистки. Системы мониторинга обрастания в режиме реального времени предназначены для некоторых применений, чтобы продувка или очистка могли быть выполнены до возникновения непредсказуемой остановки или повреждения. Химические или механические методы очистки для удаления отложений и накипи рекомендуются, когда обрастание достигает уровня, влияющего на производительность системы или вызывает значительную деградацию, вызванную обрастанием (например, коррозию). Эти процессы включают травление кислотами и комплексообразователями, очистку струями воды под высоким давлением ("гидродинамическая очистка"), циркуляцию ("струйную обработку") металлическими, абразивными или другими шарами, или использование автономных механических прочистных снарядов ("пуль"). В то время как химическая очистка создает экологические проблемы из-за обращения, применения, хранения и утилизации химических веществ, механическая очистка с помощью циркулирующих шаров или автономных прочистных снарядов может быть более экологически чистой альтернативой. В некоторых теплообменных приложениях механическое воздействие с помощью динамических теплообменников с очищаемыми поверхностями является возможным вариантом. Также доступны ультразвуковые или абразивные методы очистки для многих конкретных применений.

The most fundamental and usually preferred method of controlling fouling is to prevent the ingress of the fouling species into the cooling water circuit. In steam power stations and other major industrial installations of water technology, macro fouling is avoided by way of pre filtration and cooling water debris filters. Some plants employ foreign object exclusion program (to eliminate the possibility of salient introduction of unwanted materials, e. g., forgetting tools during maintenance). Acoustic monitoring is sometimes employed to monitor for fretting by detached parts. In the case of micro fouling, water purification is achieved with extensive methods of water treatment, microfiltration, membrane technology (reverse osmosis, electrodeionization) or ion exchange resins. The generation of the corrosion products in the water piping systems is often minimized by controlling the pH of the process fluid (typically alkalinization with ammonia, morpholine, ethanolamine or sodium phosphate), control of oxygen dissolved in water (for example, by addition of hydrazine), or addition of corrosion inhibitors. For water systems at relatively low temperatures, the applied biocides may be classified as follows: inorganic chlorine and bromide compounds, chlorine and bromide cleavers, ozone and oxygen cleavers, unoxidizable biocides. One of the most important unoxidizable biocides is a mixture of chloromethyl isothiazolinone and methyl isothiazolinone. Also applied are dibrom nitrilopropionamide and quaternary ammonium compounds. For underwater ship hulls bottom paints are applied. Chemical fouling inhibitors can reduce fouling in many systems, mainly by interfering with the crystallization, attachment, or consolidation steps of the fouling process. Examples for water systems are: chelating agents (for example, EDTA), long chain aliphatic amines or polyamines (for example, octadecylamine, helamin, and other "film forming" amines), organic phosphonic acids (for example, etidronic acid), or polyelectrolytes (for example, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, usually with a molecular weight lower than 10000). For fired boilers, aluminum or magnesium additives can lower the melting point of ash and promote creation of deposits which are easier to remove. See also process chemicals. Magnetic water treatment has been a subject of controversy as to its effectiveness for fouling control since the 1950s. The prevailing opinion is that it simply "does not work". Nevertheless, some studies suggest that it may be effective under some conditions to reduce buildup of calcium carbonate deposits. On the component design level, fouling can often (but not always) be minimized by maintaining a relatively high (for example, 2 m/s) and uniform fluid velocity throughout the component. Stagnant regions need to be eliminated. Components are normally overdesigned to accommodate the fouling anticipated between cleanings. However, a significant overdesign can be a design error because it may lead to increased fouling due to reduced velocities. Periodic on line pressure pulses or backflow can be effective if the capability is carefully incorporated at the design time. Blowdown capability is always incorporated into steam generators or evaporators to control the accumulation of non volatile impurities that cause or aggravate fouling. Low fouling surfaces (for example, very smooth, implanted with ions, or of low surface energy like Teflon) are an option for some applications. Modern components are typically required to be designed for ease of inspection of internals and periodic cleaning. On line fouling monitoring systems are designed for some application so that blowing or cleaning can be applied before unpredictable shutdown is necessary or damage occurs. Chemical or mechanical cleaning processes for the removal of deposits and scales are recommended when fouling reaches the point of impacting the system performance or an onset of significant fouling induced degradation (e. g., by corrosion). These processes comprise pickling with acids and complexing agents, cleaning with high velocity water jets ("water lancing"), recirculating ("blasting") with metal, sponge or other balls, or propelling offline mechanical "bullet type" tube cleaners. Whereas chemical cleaning causes environmental problems through the handling, application, storage and disposal of chemicals, the mechanical cleaning by means of circulating cleaning balls or offline "bullet type" cleaning can be an environmentally friendlier alternative. In some heat transfer applications, mechanical mitigation with dynamic scraped surface heat exchangers is an option. Also ultrasonic or abrasive cleaning methods are available for many specific applications.