Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния проблемы повышения эффективности действующих систем оборотного водоснабжения 11
1.1. Анализ эффективности действующих систем оборотного водоснабжения ТЭС. Состояние проблемы повреждения трубок, трубных досок, и других элементов конденсаторов мощных паровых турбин 11
1.2. Причины образования и состав отложений на трубных поверхностях конденсаторов 20
1.3. Анализ способов борьбы с отложениями на трубных поверхностях конденсаторов 25
1.4. Эффективность применения ПАВ в теплоэнергетике 37
1.5. Выводы и постановка задачи 40
2. Методики проведения исследований, описание экспериментального оборудования 43
2.1. Обоснование выбора метода решения поставленной задачи 43
2.2 Описание стендового экспериментального оборудования 45
2.2.1 Экспериментальный стенд для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях 45
2.2.2. Установка для определения стойкости молекулярных слоев ПАВ 50
2.2.3. Экспериментальная установка для формирования молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях 51
2.3. Описание методик проведения исследований 54
2.3.1. Методика формирования молекулярных слоев ПАВ 54
2.3.2. Методика определения удельного количества ПАВ,
содержащегося на поверхности металла 57
2.3.3 Методика определения влияния сорбированных на поверхности молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений 58
2.3.4 Методика определения оптимальной моющей композиции для растворения отложений на поверхностях трубок конденсаторов... 61
2.3.5. Методика определения коррозионно-защитных свойств ПАВ.. 68
2.3.6 Методика определения устойчивости молекулярных слоев 70
ПАВ
2.4. Погрешности измерений 71
3. Исследование влияния параметров рабочей среды на кинетику накопления отложений и определение эффективности способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов турбоустановок с использованием различных моющих композиций 73
3.1. Кинетика процесса накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов 73
3.2. Влияние температуры рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях 80
3.3. Влияние скорости течения рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях 85
3.4. Классификация способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов 88
3.5. Экспериментальная оценка эффективности способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов паровых турбин с использованием моющих композиций 97
4. Определение влияния поверхностно-активных веществ(пав) на процесс накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин 102
4.1. Анализ способов применения ПАВ в энергетике 102
4.2. Модификация поверхности конструкционных материалов на основе сорбции молекул ПАВ из водной среды 106
4.3. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на кинетику накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок 115
4.4. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений при различных температурах рабочей среды 119
4.5. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений при различных скоростях течения рабочей среды 124
4.6. Устойчивость сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ при эксплуатационных параметрах рабочей 127
среды системы оборотного водоснабжения
5. Повышение эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения тэс на основе удаления и предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин 130
5.1 Разработка способа удаления накопившихся отложений и
формирования молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях
конденсаторов в едином технологическом цикле 130
5.2. Технологические основы реализации способа предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов в натурных условиях 137
5.3. Разработка технологической схемы реализации способа предотвращения образования отложений на трубных поверхностях конденсаторов с использованием штатной схемы энергоблоков 144
5.4 Технико-экономическая оценка технологической реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов 149
Заключение 154
Список используемых источников.
- Причины образования и состав отложений на трубных поверхностях конденсаторов
- Экспериментальный стенд для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях
- Влияние температуры рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях
- Модификация поверхности конструкционных материалов на основе сорбции молекул ПАВ из водной среды
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из актуальных задач современной энергетики является повышение экономичности уже действующих энергоблоков. Известно, что экономичность работы паротурбинных установок в значительной степени определяется значением величины давления в конденсаторе, которая зависит прежде всего от эффективности эксплуатации системы технического водоснабжения ТЭС.
Основной причиной «ухудшения» вакуума в конденсаторе являться процесс образования термобарьерных отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин, обусловленный применением минерализованной воды в системах технического водоснабжения. Увеличение давления в конденсаторе на 1 кПа приводит к снижению мощности турбоустановок в конденсационном режиме на 0,8-^1,5%, а турбоустановок низкого и среднего давления - на 1,5-^-2%. При прочих равных условиях энергоблок с турбиной К-300-23,5 теряет более 3 МВт установленной мощности, а с турбиной К-500-6,45/3000 до 8 МВт.
На фоне постоянного роста потребления электроэнергии центральными становятся вопросы надежности и продления срока службы энергоблоков, в значительной мере определяемым ресурсом основного оборудования. Срок службы конденсатора должен по меньшей мере соответствовать сроку службы турбины, т.е. быть не менее 30 лет. Анализ нарушений в работе конденсационных установок показывает, что основной причиной повреждения трубок является коррозия (до 70%). Накопление отложений на внутренних поверхностях трубных систем конденсаторов сопряжено с интенсификацией коррозионных процессов на поверхности основного металла. Проблема накопления отложений вносит существенный вклад в снижение экономичности, надежности и ресурса работы не только конденсатора, но и всей турбоустановки в целом .
7 Цель работы - повышение эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе снижения скорости накопления термобарьерных отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.
Основные задачи работы:
Анализ эффективности эксплуатации действующих систем оборотного водоснабжения ТЭС. Анализ применения существующих методов борьбы с образованием отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.
Анализ существующих способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов. Выбор оптимальной моющей композиции для растворения отложений на поверхностях трубок конденсаторов.
Разработка методики и экспериментального стенда для проведения исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций.
Определение влияния температуры и скорости течения рабочей среды на процесс накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конднесаторов.
Определение влияния сформированных молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин на процесс накопления отложений при различных температурах и скоростях течения рабочей среды.
Разработка способа и технологии его реализации по удалению накопившихся термобарьерных отложений и модификации трубных поверхностей конденсаторов паровых турбин с использованием ПАВ в едином технологическом цикле.
8 Научная новизна:
Разработана методика исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций.
Показана предпочтительность применения отечественного реагента Дифалона для растворения накопившихся в процессе эксплуатации отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конденсаторов паровых турбин.
Установлено влияние модификации внутренних поверхностей латунных труб посредством упорядоченного расположения молекул ПАВ на скорость накопления отложений в широком диапазоне температур и скоростей течения охлаждающей воды.
Определено влияние скорости течения и температуры рабочей среды на интенсивность накопления термобарьерных отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конденсаторов паровых турбин.
Определено влияние эксплуатационных параметров систем оборотного водоснабжения на устойчивость сформированных на внутренних трубных поверхностях конденсаторов молекулярных слоев ПАВ.
Практическая значимость работы.
Разработан экспериментальный стенд для проведения исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций. Разработан способ и технологические основы его реализации по удалению и снижению скорости накопления отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин в едином технологическом цикле.
9 Достоверность.
Достоверность полученных результатов определяется их корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной повторяемостью экспериментальных результатов, использованием высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.
Апробация работы.
Результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических советах научного центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» МЭИ (ТУ), 2007-2008 г; на Национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006, г.Казань; заседаниях кафедры «Тепловые электрические станции» МЭИ (ТУ), 2007 и 2008 г; X, XIII и XIV международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов, Москва, МЭИ(ТУ),2005, 2007,2008 г.
Автор защищает:
Методику проведения исследований и экспериментальный стенд для изучения процессов накопления отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.
Результаты экспериментальных исследований влияния сформированных молекулярных слоев ПАВ на внутренних поверхностях трубок конденсаторов паровых турбин на процесс накопления отложений.
Результаты экспериментальных исследований влияния эксплуатационных параметров рабочей среды систем оборотного водоснабжения на процесс десорбции молекулярных слоев ПАВ с внутренних поверхностей труб конденсатора.
Методику проведения и результаты исследований по выбору оптимальной моющей композиции для растворения накопленных в процессе
10 эксплуатации отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.
Способ повышения эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения образования термобарьерных отложений на трубных поверхностях конденсаторов и технологические основы его реализации.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 6 публикациях.
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
Причины образования и состав отложений на трубных поверхностях конденсаторов
В процессе эксплуатации конденсаторов, на внутренних поверхностях труб происходит образование отложений, крайне негативно влияющих на теплообмен в конденсаторе и, следовательно, на весь технологический процесс в целом. В большинстве случаев продуктами загрязнений теплопередающих поверхностей со стороны охлаждающей воды являются образовавшиеся непосредственно в конденсаторе (микроорганизмы — бактерии, грибковые и др. и выпавшие в виде осадков неорганические соединения - карбонаты, магнезит, доломит, продукты коррозии металла и др.).
Накопление отложений на внутренних трубных поверхностях происходит за счет следующих процессов: нанос и оседание взвешенных веществ; образование продуктов коррозии поверхности нагрева; выделение твердых веществ из водного раствора. За счет наноса и оседания взвешенных веществ с охлаждающей водой в трубках конденсаторов могут появиться силикаты (песок), окислы железа и др.
В сочетании с процессами коррозии латуни (окислы меди и цинка) возможно образование сложных накипей. Основным источником отложений в конденсаторных трубках является выпадение твердых веществ из раствора и особенно протекающее при этом взаимодействие их с продуктами коррозии. В результате в отложениях в конденсаторных трубках появляются основные карбонаты меди и цинка. Наряду с этим возможно и в чистом виде выпадение из раствора в охлаждающей воде твердой фазы. Это относится, например, к водам, содержащим бикарбонаты кальция, магния, марганца, железа (двухвалентного), которые при нагревании образуют малорастворимые карбонаты: СаС03; Mg2(OH)2C03; (CaMg)(C03)2; MnC03; FeC03 и др.
В зависимости от состава охлаждающей воды состав отложений в конденсаторных трубках может быть различным [13]. В табл. 1.1 приведены примерные составы отложений. Из таблицы видно, что для речных охлаждающих вод отложения в конденсаторах на 80-85% состоит из карбоната кальция, а остальные составляющие играют существенно меньшую роль. Из этой же таблицы следует, что при прудовом охлаждении решающую роль начинают играть продукты коррозии.
На коэффициент теплопроводности отложений существенное влияние оказывает температура процесса их формирования. Зависимость, представленная нарис. 1.7., наглядно это демонстрирует [14]. В температурном диапазоне, характерном для эксплуатации конденсаторов(20-40С), теплопроводность отложений минимальна, что свидетельствует о существенном их влиянии на теплообменные процессы в конденсаторе.
Интенсивность образования накипи на поверхностях трубной системы водяного тракта конденсаторов турбин зависит от количественного превышения в воде бикарбонатов кальция над предельно допустимым значением, характерным для определенного химического состава воды.
Химический состав воды водохранилищ - охладителей электростанций формируется под влиянием климатических, почвенно-ботанических, гидрогеологических, гидрологических, морфометрических и водохозяйственных факторов.
Однако при использовании воды водохранилищ для охлаждения отработавшего пара ТЭС на формирование химического состава ее влияет еще дополнительное испарение с водной поверхности, зависящее от тепловой нагрузки на водохранилище и часто значительно превышающее естественное. Дополнительное испарение может приводить к повышению минерализации воды на 1(Н-12%.
В процессе испарения воды в водохранилищах происходит не только выпадение карбоната кальция в осадок, но и образование комплексных соединений кальция и магния с карбонат-ионом, которое повышает растворимость солей и обусловливает пересыщенность воды карбонатом кальция.
На электростанциях с оборотными системами водоснабжения, где в качестве охладителей используются градирни и брызгальные бассейны, качество циркуляционной воды зависит от: - посезонного химического состава источника, водой которого заполняется оборотная система и в дальнейшем пополняются ее потери; - расхода циркуляционной воды; - потерь воды на испарение (di), разбрызгивание (d2) и продувку (ёз) (по dj + d2 + ёз степени упаривания d , определяется максимальная карбонатная жесткость).
Толщина накипи на поверхностях охлаждения зависит от ряда факторов: - состояния поверхности трубок конденсатора; - скорости движения воды по трубка; - турбулентности потока; - температурного режима работы конденсатора; - физико-химических и биологических качеств охлаждающей воды. Стабильность воды - один из основных показателей ее качества.
Стабильной считается вода, которая не выделяет и не растворяет осадка карбоната кальция; в ряде случаев нестабильность воды быть обусловлена солями магния и сульфатами. Величиной, характеризующей это свойство, служит показатель стабильности С, для определения которого имеется два способа: основной и вспомогательный. По первому способу показатель стабильности находят из выражения: о -Цфакт - -Цнас 5 где Щфакт- фактическая щелочность в естественном состоянии, мг-экв/л; Щнас — щелочность воды после встряхивания ее с карбонатом кальция, мг-экв/л.
При взбалтывании воды, содержащей агрессивную углекислоту с карбонатом кальция, последний растворяется, переходя в гидрокарбонат кальция, в результате чего щелочность и рН воды повышаются. Если же вода пересыщена карбонатом кальция, то происходит его отложение на зернах введенного в воду перед началом взбалтывания карбоната кальция; рН и щелочность воды при этом понижается. Таким образом, если отношение Щфакт/Щнас 1, вода агрессивна, если же отношение Щфакт/Щнас 1, то вероятно отложение карбоната кальция. По второму способу показатель стабильности находят из выражения: Св- рНфакт/рН нас ГДЄ рНфщсг — фактическое значение рН исследуемой воды, определенное измерением;
Экспериментальный стенд для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях
Для определения влияния сорбированных на поверхности молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений был создан экспериментальный стенд, позволяющий моделировать условия течения охлаждающей воды в трубках конденсатора в достаточно широком диапазоне температурных и гидравлических параметров работы контуров циркуляции, и достаточно быстро образовывать отложения одновременно на поверхностях экспериментальных образцов с и без молекулярных слоев ПАВ. Принципиальная схема стенда представлена на рис 2.1.
Стенд состоит из 2-х идентичных контуров, в каждом из которых присутствует емкость (4,5) с минерализованной водой, насос (6,7) , две трубные системы (2,3) в «Нагревателе» (1) и «Холодильнике»(13) соответственно и измерительного оборудования. "Нагреватель" представляет собой бак с обессоленной водой объемом 130л, с вмонтированным в него термоэлектрическим нагревателем (ТЭН ом -12) мощностью 5кВт для нагрева и поддержания заданной температуры воды в нем в диапазоне 30-90С. Измерение температуры воды в нагревателе с использованием термосопротивления и управление работой ТЭН а осуществляется с помощью прибора ОВЕН. Внутри бака, в его водяном пространстве размещены и закреплены исследуемые образцы в виде U-образной трубной системы, соединенные между собой гибкими шлангами.
Электропитание всех устройств стенда осуществляется при замыкание контактов выключателя Kl (Imax=40A), при этом на силовом электрощите загорается сигнальная лампа(НЫ) и на приборы автоматики (регулятор температуры 2ТРМ1 и устройства контроля уровня САУ-М7Е) подается питание. Регулятор температуры 2ТРМ1 получает сигнал с подключенного к нему термосопротивления, преобразуя при этом его в температуру, и сравнивает с контрольной установленной температурой. При разности температур более чем 0.5 С, происходит срабатывание управляющего реле, и подается сигнал на катушку силового реле (КМ). Одновременно с контролем температуры, работает прибор контроля уровня жидкости в баке САУ-М7Е. Если уровень жидкости выше датчика уровня, установленного в баке, то в соответствии с запрограммированной логикой, управляющий сигнал с 2ТРМ1 подается на катушку силового реле. Если же уровень жидкости ниже датчика уровня, то дальнейшей коммутации сигнала не происходит и на катушку силового реле не подается напряжения. При наличии напряжения на катушке силового реле (КМ) происходит его срабатывание и коммутация тока на нагрузку Ю(ТЭН), выключатель К2(Гтах=25А) при этом должен быть замкнут - система поддержания температуры находиться в рабочем состоянии.
Если в процессе работы системы подержания температуры(К1,К2 замкнуты) происходит снижение уровня жидкости ниже датчика уровня, происходит аварийное отключение питания нагрузки R1(T3H), и при этом срабатывает звуковая и световая сигнализация (HA,HL2).
За включение питание насосов (нагрузки R2,R3) отвечают выключатели КЗ и К4 соответственно. 2.2.2 Установка для определения стойкости молекулярных слоев ПАВ
Для определения устойчивости сформированных молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях образцов был создан экспериментальный стенд, принципиальная схема которого представлена на рис 2.4 1 - Емкость с минерализованной водой, 2 - циркуляционный насос, 3 - расходомер, 4 -шаровой кран, 5 - группа регулировочных игольчатых вентилей, 6 - группа расходомеров, 7 - группа образов. Основной задачей установки является обеспечение требуемых скоростей течения рабочей среды через исследуемые образцы(7). Стенд состоит из емкости с минерализованной водой(1), насоса(2) запорно-регулирующей арматуры(4,5) и приборов контроля (3,6).
В процессе циркуляции посредством открытия-закрытия вентилей(5) с одновременным контролем расхода на каждом участке с помощью расходомеров(б) задается требуемая скорость течения рабочей среды через исследуемые образцы( от 0.1 до 2,5 м/с), которая определяется по уравнению неразрывности. Температура рабочей среды контролируется с помощь термометра tl. 2.2.3 Экспериментальная установка для формирования молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях.
Для формирование молекулярных слоев ПАВ на контрольных поверхностях образцов был разработан и смонтирован специальный экспериментальный стенд. Стенд состоит из: основного технологического контура, электрощита с системой автоматики и системы очистки (фильтрации).
Стенд для формирования молекулярных слоев ПАВ на металлических поверхностях представляет собой установку, состоящую из отдельного контура, включающего в себя технологическую емкость, циркуляционный насос и узел эжектирования, состоящий из отдельной емкости для дозирования реагента, запорно-регулирующей арматуры, соединительных трубопроводов и эжектора. Принципиальная схема установки для формирования молекулярных слоев ПАВ на металлических поверхностях показана на рисунке 2.5. Фотография стенда представлена на рисунке 2.6.
Стенд обеспечивает приготовление, циркуляцию, нагрев и поддержания заданной температуры эмульсии или раствора в процессе всего необходимого времени формирования молекулярных слоев на контрольных поверхностях.
Значение температуры эмульсии поддерживается в заданных границах с помощью установленных в основной емкости ТЭНов, управляемых через измерительно-регулирующий комплекс типа АРМ-ц, установленный в собственном электрощите установки.
Для измерения расхода эмульсии циркулирующей через обрабатываемые образцы при формировании слоев из молекул ПАВ производится расходомером типа MTW. Для регулирования расхода служит запорный вентильный кран.
Влияние температуры рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях
Согласно методике получения отложений на внутренних трубных поверхностях изложенной в п. 2.3.3 были проведены исследования по влиянию температуры рабочей среды на процесс накопления отложений на внутренних поверхностях трубок из медьсодержащих сплавов, применяемых в трубных системах конденсаторов паровых турбин. Исследования проводились при четырех температурных режимах, охватывающих максимальный диапазон температур, в котором возможна эксплуатация конденсаторов[3]. Нагрев рабочей среды в процессе прохождения системы из образов составлял в каждом случае 10 ±0.5 С. В качестве образцов использовались трубки из латуни марки Л68, эксперименты проводились как с использованием искусственной воды, так и с использованием воды из оборотной системы ТЭЦ МЭИ. В ходе эксперимента осуществлялся жесткий контроль и поддержание всех режимных параметров. Полученные данные о влияние температуры на кинетику накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок показано на рис 3.4 и рис 3.5.
Результаты анализа полученных данных с использованием качественной зависимости, представленной на рис 3.1 показаны на рис 3.6. Из приведенных на рис 3.6 зависимостей следует, что скорость накопления отложений линейно зависит от температуры течения рабочей среды во всем возможном температурном диапазоне работы конденсатора.
Качественное совпадение кинетики накопления отложений при использовании обоих типов вод, а также не значительное расхождение в значениях установившихся скоростей накопления свидетельствуют о практической идентичности рабочей сред с точки зрения образования отложений.
Приближение значений скорости накопления отложений в опытах с реальной водой к значениям скорости в опытах с искусственно приготовленной карбонатно-кальциевой водой при снижении температуры рабочей среды демонстрирует, что основной составляющей низкотемпературных отложений является именно карбонат кальция.
Таким образом, искусственно приготовленная вода по методике изложенной в п.2.3.1 является модельной средой по отношению к системам оборотного водоснабжения ТЭС.
Использование модельной среды является наиболее предпочтительным, поскольку существует возможность поддерживать её химический состав постоянным, а значит исследовать влияние только выбранных параметров, влияющих на процесс накопления отложений, без поправок на качество рабочей среды, так как рамках данной работы одной из актуальных задач является уход от рассмотрения показателей качества используемой воды.
Экспериментальные исследования влияния скорости течения рабочей среды на процесс накопления отложений проводились с использованием только искусственно приготовленной карбонатно-калышевой воды при температуре 60 С в диапазоне скоростей 0,12- 1,2 м/с. Как будет показано далее, расширение диапазона скоростей до значений( 1,8-2,2 м/с) характерных для реально действующих систем технического водоснабжения ТЭС не требовалось в силу возможности анализа полученных результатов.
На рис 3.7 продемонстрирована кинетика накопления отложений на внутренних поверхностях трубок, выполненных из латуни Л68. Видно, что при увеличении скорости течения потока рабочей среды кинетика накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок качественно не изменяется, что лишний раз подтверждает справедливость зависимости (3.1).
Переход от удельных значений количества отложений к скоростям накопления, результаты которого представлены на рис 3.8 демонстрируют, что влияние скорости течения рабочей среды представляет сложную зависимость. В диапазоне 0,1-1 м/с происходит резкое уменьшение скорости накопления отложений, а при дальнейшем увеличении скорости течения среды влияние этого параметра уменьшается и зависимость становиться практически линейной.
Таким образом, переход в экспериментах к более высоким скоростям течения рабочей среды (что становится затруднительно с точки зрения постановки эксперимента) не даст качественного изменения картины. А линейная зависимость позволит достаточно точно спрогнозировать значения скорости накопления отложений при более высоких скоростях течения рабочей среды.
Анализ результатов представленных на рис 3.7 показывает, что увеличение скорости течения рабочей среды один из способов снижения скорости накопления отложений, что собственно и реализовано при эксплуатации систем технического водоснабжения ТЭС.
Модификация поверхности конструкционных материалов на основе сорбции молекул ПАВ из водной среды
Традиционно применяемый гидравлический способ состоит в удалении накипи со стенок теплообменников струей воды высокого давления (4(Н100 МПа). По оценкам специалистов, опробовавших данную технологию, этот способ является достаточно эффективным и обеспечивает очистку труб, включая изогнутые участки труб[65,66].
К недостаткам можно отнести повышенный расход энергоресурсов и опасность, связанную с использованием высокого давления. Применение гидравлических методов очистки поверхностей теплообмена связано с более высокими капитальными затратами, в том числе и на очистку рабочей жидкости после вымывания отложений. Однако, при этом удается избежать недостатков, свойственных механической очистке: повреждений или повышенного износа труб (особенно тонкостенных) от воздействия рабочих органов очищающего устройства. Сторонники гидравлического метода утверждают также, что при этом достигается значительная экономия времени на очистку.
Разработана установка гидроочистки теплообменников с внутренним диаметром рабочих трубок 20, 30 и 50 мм. Установка состоит из насоса высокого давления, бака, штанги со смежными соплами, высоконапорных шлангов, аппаратуры контроля. Насос высокого давления развивает давление на выходе 10 МПа и имеет подачу 6,3-10 м /ч., мощность электродвигателя насоса 55 кВт. Смежные сопла имеют от 3 до 9 отверстий, расположенных под углами 30-45 . Для сохранения компактности струи, а следовательно, ее эффективности необходимо обеспечивать как можно больший коэффициент сжатия струи. Компактность струи улучшается при степени сжатия 9-10.
Многочисленные конструкции гидроочистных аппаратов различаются характеристиками насосов и конструкций сопел. Используемые насосы развивают давление от 10 до 100 МПа. Насадки имеют несколько отверстий диаметром в интервале 1-3 мм, причем одно расположено в центре, а другие — по бокам под различными углами. Струя, вырывается из центрального отверстия, разрушает отложения в центре трубки, а боковые струи очищают стенки трубы и выносят смываемые загрязнения в направлении, противоположному перемещению насадки.
Характерным представителем комбинированных (механических и гидравлических) устройств, для периодической очистки труб от отложений при помощи щеток является конструкция одной из фирм Японии.
В каждой трубе теплообменника помещена щетка, которая при периодическом изменении направления потока жидкости движется, то в одном, то в другом направлении, удаляя загрязнения. Чтобы щетки не выпадали из труб, на концах каждой из них установлены цилиндрические насадки, при этом выходящая из труб жидкость может свободно протекать через щели в насадках. При этом периодическое направление потока в трубах может быть задано автоматической программой работы установки.
Механические методы очистки оборудования
Механические способы очистки, применяющиеся довольно широко, как правило, трудоемки. При механическом способе очистки требуется разборка аппарата, что связано иногда с большой затратой времени и является основным недостатком данного способа. Наиболее широко распространен метод очистки с помощью различных режущих наконечников, головок, ершей и шарошек. Для вращения инструмента используются различные приводные механизмы.
Для эффекта механической очистки теплообменников разработан аппарат гидромеханической очистки «Крот-5». Способ очистки заключается в гидромеханическом разрушении твердых отложений на внутренней поверхности трубок теплообменников методом скалывания вращающейся роликовой насадкой или конической зубчатой коронкой соответственно роликами или зубьями со специальным профилем с последующим удалением отложений потоком движущейся воды. Аппарат достаточно прост в использовании, недорог и эффективен. Для работы установки «Крот-5» требуется подача воды с номинальным давлением 0,63 МПа.
Установка «Крот-5» (базовый вариант) состоит из следующих основных узлов: пневмомотора с редуктором и блоком управления; педали включения и выключения установки; подводящих резиновых шлангов с проходным сечением Ду15 и Ду20 длиной по 10 метров; гибкого вала длиной до 20 метров; державки; очистного инструмента; штанг.
Для очистки трубок теплообменников с внутренним параметром от 13 до 25 мм и толщиной отложений до 2 мм на сторону применяются зубчатые коронки, вращение на которые передается от гибкого вала. Данная схема очистки применяется для мягких и рыхлых отложений.
Для очистки трубок с твердыми отложениями применяются зубчатые коронки, а также составная штанга, державка и усиленный гибкий вал. При этом для уменьшения усилия, передаваемого гибким валом, желательно очистку производить в два прохода: сначала проделать отверстия в полностью забитых трубках коронкой малого диаметра, а затем дочистить оставшиеся отложения основной зубчатой коронкой.
Также известна установка «Tubecleaner 2000» («Трубоочиститель 2000») австрийской фирмы «Рэдлер» которая представляет собой бормашину, вращающуюся с помощью пневмодвигателя с частотой до 2000 об/мин. Поступательное движение штанги осуществляется гидросистемой. Для предупреждения вибраций и заклинивания штанги в сверлильную головку попадается вода, которая одновременно охлаждает сверлильную головку и вымывает отложения.
При шариковой очистке осуществляется периодическая или непрерывная циркуляция в гидравлической системе эластичных резиновых шариков, имеющих диаметр на 1-2 мм больше внутреннего диаметра трубок. Применение технологии шариковой очистки позволяет исключить тяжелый ручной труд и создать условия для автоматизации процесса очистки. Однако надежная и эффективная работа системы шариковой очистки возможна лишь при наличии и функционировании системы дополнительной системы очистки охлаждающей воды, так как в противном случае происходит застревание, а иногда и разрушение шариков. Кроме того, в случае застревания в порах тела шариков корундовых фракций (частиц песка и др.) в процессе их перемещения по трубке возможно достаточно интенсивное травмирование не только оксидной защитной пленки, но основного металла трубки (эффект наждачной бумаги).
