Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования
1.1. Общие сведения о внутренней коррозии теплоэнергетического оборудования 10
1.1.1. Формы коррозии 10
1.1.2. Факторы коррозии 16
1.2. Аэрация воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ 27
1.2.1. Теоретические аспекты переноса в гетерогенных системах 29
1.2.2. Способы защиты баков-аккумуляторов ТЭЦ от коррозии и воды в них от аэрации 33
1.3. Причины завоздушивания местных систем отопления и горячего водоснабжения 36
1.4. Причины и способы определения присосов сырой воды в закрытых системах теплоснабжения 39
1.5. Постановка задач исследования 43
Глава вторая. Разработка и исследование технологий защиты подпиточной и сетевой воды от вторичного насыщения кислородом
2.1. Обследование коррозионного состояния теплосети 45
2.2. Разработка способов защиты воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ от аэрации 51
2.3. Исследование условий возникновения подсосов воздуха через сальниковые уплотнения насосов и разработка рекомендаций по защите от подсосов 55
2.4. Разработка способов защиты открытых систем теплоснабжения от завоздушивания 65
2.5. Разработка способов защиты от присосов сырой воды в подогревателях горячего водоснабжения 69
2.6. Технико-экономическое сравнение средств защиты баков-аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации 72
2.8. Выводы 82
Глава третья. Исследование процессов насыщения кислородом воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ
3.1. Теоретическое исследование конвективного движения воды при хранении в баках-аккумуляторах ТЭЦ 83
3.2. Натурные замеры температурного поля бака-аккумулятора ТЭЦ-1 г. Ульяновска 91
3.3. Исследование квазистационарности температурного режима бака- аккумулятора 94
3.4. Исследование процесса конвективной диффузии кислорода при хранении подпиточной воды в баке-аккумуляторе 99
3.5. Экспериментальное исследование процесса насыщения воды кислородом в баках-аккумуляторах 102
3.6. Выводы 109
Глава четвертая. Экспериментальное исследование процесса нейтрализации кислорода стальной сеткой в баке-аккумуляторе
4.1. Задача исследования 111
4.2. Характеристика оборудования, приборов и исходных материалов 112
4.2.1. Оборудование и приборы 112
4.2.2. Химический состав материалов 117
4.3. Общие методические положения, принятые при планировании и проведении экспериментов 118
4.3.1. Методика планирования эксперимента 118
4.3.2. Теоретический расчет массы корродирующего элемента при проведении лабораторных опытов 122
4.3.3. Схема экспериментальной установки и методика проведения экспериментального исследования 125
4.4. Результаты исследования процесса поглощения кислорода при коррозии стали в воде методом математического планирования эксперимента 126
4.5. Корректировка аналитической зависимости нейтрализации кислорода стальной сеткой для эксплуатационных условий бака-аккумулятора.. 134
4.6. Выводы 138
Основные выводы 139
Список литературы
- Аэрация воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ
- Исследование условий возникновения подсосов воздуха через сальниковые уплотнения насосов и разработка рекомендаций по защите от подсосов
- Натурные замеры температурного поля бака-аккумулятора ТЭЦ-1 г. Ульяновска
- Характеристика оборудования, приборов и исходных материалов
Введение к работе
Актуальность темы. Надежность и экономичность систем централизованного теплоснабжения городов и промышленных объектов, а также их теплоисточников - теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и котельных, в значительной мере определяется эффективностью защиты оборудования и трубопроводов от внутренней коррозии.
Основной причиной внутренней коррозии оборудования и трубопроводов водяных систем теплоснабжения является присутствие в сетевой воде растворенных коррозионно-активных газов (кислорода и диоксида углерода). На ТЭЦ и котельных традиционно уделяется большое внимание удалению коррозионно-агрессивных газов из воды, предназначенной для подпитки теплосети. Главным средством противокоррозионной обработки подпиточной воды служит термическая деаэрация.
Однако практика эксплуатации систем централизованного теплоснабжения показывает, что во многих системах наблюдается большое количество повреждений, обусловленных внутренней коррозией, несмотря на качественную деаэрацию воды в соответствии с действующими нормативами.
Причиной высокого уровня внутренней коррозии является повторное насыщение подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения кислородом Ог и диоксидом углерода С02.
Повторное насыщение воды коррозионно-агрессивными газами возможно на теплоисточнике из-за контакта подпиточной воды с атмосферным воздухом при ее хранении в баках-аккумуляторах и подсоса воздуха через сальниковые уплотнения насосов, работающих под разрежением на всасе.
В системе теплоснабжения насыщение сетевой воды кислородом происходит при завоздушивании абонентских систем отопления и горячего
водоснабжения, а также присоса сырой водопроводной воды в сетевую воду через неплотности подогревателей горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения.
Совершенствование технологий.защиты воды систем теплоснабжения от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами является актуальной задачей, решение которой позволит продлить сроков эксплуатации и обеспечит надежную безаварийную работу систем теплоснабжения.
Работа выполнена в рамках программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Топливо и энергетика», тема № 01.01.025) и в рамках гранта Минобразования России для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений.
Целью работы является повышение надежности и экономичности ТЭЦ и систем теплоснабжения путем проведения эффективной защиты подпиточной и сетевой воды от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
исследованы причины вторичного насыщения воды в системах теплоснабжения коррозионно-агрессивными газами при ее хранении на ТЭЦ и транспортировании;
исследован процесс вторичного насыщения воды кислородом в период ее хранения в баках-аккумуляторах по закону конвективной диффузии при квазистационарных температурных условиях;
экспериментально исследован и проанализирован процесс насыщения воды кислородом в режиме опорожнения баков-аккумуляторов ТЭЦ;
разработаны новые способы защиты подпиточной воды от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами в баках-аккумуляторах ТЭЦ;
получена математическая многофакторная модель, устанавливающая зависимость времени нейтрализации кислорода в воде баков-аккумуляторов от содержания кислорода, температуры воды и относительного содержания корродирующего элемента - стальной сетки;
получена скорректированная аналитическая зависимость нейтрализации кислорода в воде стальной сеткой для эксплуатационных условий работы баков-аккумуляторов;
проведено технико-экономическое сравнение разработанных и ранее известных средств защиты воды от аэрации в баках-аккумуляторах;
исследованы условия возникновения подсоса воздуха через сальниковые уплотнения насосов и разработаны рекомендации по защите насосных агрегатов от попадания в них воздуха;
разработаны технологии защиты местных систем отопления и горячего водоснабжения от завоздушивания, путем стабилизации гидравлического режима работы систем;
разработаны технологии защиты от присосов сырой воды через неплотности водо-водяных подогревателей горячего водоснабжения в тепловых пунктах закрытых систем теплоснабжения.
Основные методы научных исследований. В работе использованы методы активного и пассивного однофакторного и многофакторного экспериментов, методы вычислительной математики, гидродинамики, эвристический метод разработки новых технических решений. Для расчетов использовалась программа «Gauss» с разрешающей способностью системы до ста уравнений. Для расчетов и построения графических зависимости использовался пакет программ Microsoft Excel.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Доказано, что насыщение подпиточной воды кислородом в период хранения в баках-аккумуляторах ТЭЦ происходит по закону конвективной диффузии в квазистационарных температурных условиях.
В результате экспериментального исследования и корреляционного анализа его результатов доказано, что величина насыщения воды кислородом существенно зависит от скорости падения уровня воды в баке в период его опорожнения.
Разработаны новые технологии защиты подпиточной воды от насыщения кислородом при хранении в баках-аккумуляторах; сетевой воды в системах теплоснабжения от их завоздушивания и присосов сырой воды через неплотности подогревателей горячего водоснабжения. Новизна созданных технологий подтверждена патентами РФ на изобретения.
Экспериментально получена многофакторная математическая модель, описывающая процесс поглощения кислорода в воде бака-аккумулятора при электрохимической коррозии стали с учетом влияния содержания кислорода в воде, температуры и относительного содержания корродирующего элемента.
Достоверность результатов работы обеспечивается использованием современных методов экспериментальных и теоретических исследований, проведением экспериментов в лабораторных и реальных промышленных условиях, патентной чистотой разработанных технических решений.
Практическая ценность работы. Результаты выполненных
исследований и разработанные на их основе решения позволяют обеспечить защиту воды в системах теплоснабжения от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами, что позволяет защитить оборудование и трубопроводы от внутренней коррозии и продлить срок их эксплуатации. Результаты работы могут использоваться эксплуатационными и проектными организациями при выборе технологий защиты подпиточной и сетевой воды, при проектировании новых и эксплуатации существующих систем теплоснабжения.
Реализация результатов работы. На Ульяновском муниципальном унитарном предприятии «Городской теплосервис» использованы
рекомендации по защите сетевой воды от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами при завоздушивании. На Ульяновской ТЭЦ-1 приняты к использованию рекомендации по регулированию режимов работы баков-аккумуляторов, снижающие вероятность вторичного насыщения воды кислородом. Результаты диссертации также используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «Теплоснабжение», «Защита систем теплогазоснабжения от коррозии», «Водоподготовительные установки систем теплоснабжения».
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Четвертой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (УлГТУ, 2003 г.), на Международной научно-практической конференции «Проблемы развития централизованного теплоснабжения» («Самараэнерго», 2004 г.), на девятой и десятой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2003 г., 2004 г.), на ежегодных СНТК УлГТУ (1999-2001 гг.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (2002-2005 гг.), на заседаниях постоянно действующего семинара НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (2001-2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ (в том числе одна монография, 8 статей и полные тексты 2 докладов, тезисы 4 докладов, 22 изобретения).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения, содержит список литературы из 135 наименований. Общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста.
Аэрация воды в баках-аккумуляторах ТЭЦ
Важным элементом централизованных систем теплоснабжения являются расположенные на ТЭЦ баки-аккумуляторы открытых систем и емкости запаса подпиточной воды закрытых систем теплоснабжения. Наличие баков обеспечивает надежную подпитку теплосети при резких изменениях расхода подпиточной воды. В качестве баков-аккумуляторов повсеместно применяются металлические резервуары большой вместимости (до 20000 м3).
Баки сооружаются по типовым проектам из листовой стали. Снаружи покрываются тепловой изоляцией толщиной 100 мм, состоящей из минеральной ваты, связанной в маты, обтянутые плетеной сеткой, и обшиваются алюминиевым листом для защиты от атмосферных осадков (рис. 1.8).
В крыше баков предусмотрены люк и вестовая труба для исключения возникновения вакуума в баках-аккумуляторах. Контакт зеркала деаэрированной воды баков с атмосферным воздухом приводит к ее аэрации, то есть к вторичному насыщению подпиточной воды коррозионно-агрессивными газами - кислородом и диоксидом углерода.
Интенсивность повторного насыщения воды газами в баках-аккумуляторах обусловлена очень большим числом факторов: частотой заполнения и опорожнения, гидродинамическим и температурным режимом работы бака, схемой подвода и отвода воды, геометрическими размерами бака, теплообменом бака с окружающей средой.
Математически описать механизм насыщения воды газами в баках-аккумуляторах в режиме заполнения - опорожнения достаточно сложно. Однако, если взять частный случай и рассматривать бак-аккумулятор только в режиме хранения воды, то следует принимать в расчет только кинетику гетерогенного процесса растворения коррозионно-агрессивных газов, определяемую диффузионным и межфазовым переносом [28, 54, 67, 81, 98, 100, 131].
Характер протекания физико-химических процессов в значительной степени определяется гидродинамическими факторами. К числу таких процессов относятся гетерогенные превращения, происходящие на границе двух фаз - жидкости и газа.
Всякая гетерогенная система включает в себя несколько стадий: первая стадия - это перенос реагирующих частиц к поверхности, на второй стадии происходит собственно гетерогенная реакция (применительно к рассматриваемой теме - растворение кислорода в воде), третья стадия заключается в отводе прореагировавших частиц от места реакции.
Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется скоростями отдельных стадий реакции. Если скорость одного из этапов процесса меньше, чем скорость других, то для реакций, идущих в несколько последовательных стадий, суммарная скорость процесса определяется наиболее медленной стадией. В том случае, когда медленной стадией процесса является первая или третья стадия процесса, реакция идет по диффузионной кинетике.
В состоянии равновесия в жидкости, содержащей растворенные вещества, выполняются условия термодинамического равновесия: отсутствие макроскопического движения, постоянство температур Т, давления р и парциального потенциала ц(Г, р, с), где с - концентрация частиц растворенного вещества в единице объема жидкости.
Если возникающие в жидкости градиенты концентрации малы, можно считать малыми и градиенты парциального потенциала. Тогда для диффузионного потока (число частиц проходящих за 1 с через 1 см плоскости) можно написать: )D=-a grad/i, (1.12) где а - некоторый коэффициент пропорциональности, знак минус показывает, что диффузионный поток частиц направлен от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией.
Механизмом переноса частиц, обусловливающим появление диффузионного потока в жидкости, является молекулярная диффузия. Выражая градиент// через концентрацию, имеем: (дм) grade. (1.13) Т.Р
Здесь принято, что градиент температуры отсутствует, а градиент давления мал по сравнению с потоком, обусловленным переменой концентрации.
Наиболее ранние исследования диффузионной кинетики растворения веществ в жидкостях [36], основанные на представлении о том, что к поверхности твердого тела прилегает тонкий слой неподвижной жидкости, в котором происходит диффузия реагирующих молекул, подверглись критике.
Из других исследований в области теории диффузионных процессов следует прежде всего отметить работы Д.Н. Франк-Каменецкого [79]. Им впервые была указана необходимость в разборе явления переноса вещества использовать методы подобия, получившие широкое распространение в гидродинамике и теории теплопередачи.
Исследование условий возникновения подсосов воздуха через сальниковые уплотнения насосов и разработка рекомендаций по защите от подсосов
Насосные агрегаты, используемые в системах теплоснабжения, на ТЭЦ и котельных для транспорта сетевой и подпиточной воды теплосети, часто бывают источниками вторичного насыщения деаэрированной воды коррозионно-агрессивными газами, приводящими к интенсивному развитию внутренней коррозии систем теплоснабжения. В результате присоса воздуха через сальниковые уплотнения насосов, работающих под разрежением, действительное содержание растворенного кислорода в теплосети превышает нормативное [105].
Научно-исследовательским институтом ВОДГЕО по заданию проектных организаций было проведено исследование насосных агрегатов. Цель лабораторных исследований заключалась в определении количества воздуха, поступающего в центробежный насос через сальники при различной величине разрежения, и влияния этого воздуха на характеристики насоса [38].
Для определения количества воздуха, пропускаемого сальниками в рабочую камеру насоса, была собрана схема, содержащая центробежный насос, вакуум-насос и газовый счетчик (рис. 2.6). Всасывающий и напорный патрубки были перекрыты задвижками. Площадь поверхности обоих сальников данного насоса равна 40,8 см2.
В корпусе центробежного насоса при помощи вакуум-насоса поддерживали разрежение 3 м вод. ст. Количество воздуха каждые 5 минут изменяли газовым счетчиком лабораторного типа. Оно оказалось в среднем равным 12 дм3/мин. Если это количество воздуха отнести к производительности насоса, равной 1500 дм3/мин, то получается:
Количество всасываемого воздуха, приходящееся на 1 см2 поверхности сальника, составляет в среднем 0,294 дм /мин.
Следует отметить, что, находясь длительное время в режиме автоподсоса, сальниковая набивка центробежного насоса подсушивается и подсос воздуха увеличивается. Например, в начале опыта сальники пропускали воздух в количестве 12 дм /мин, после одного часа работы под разрежением - 13 дм3/мин.
Сальниковые уплотнения [76] наиболее широко распространены и просты по своей конструкции (рис. 2.7). Такое уплотнение состоит из уплотнителя - пакета сальниковой набивки 1, корпуса 2, служащего для размещения колец набивки 1, крышки 3, предназначенной для периодического поджатия пакета набивки к вращающемуся валу 4. В результате поджатия сальниковой набивки к движущейся детали между ними возникают контактные напряжения, обеспечивающие малый зазор и определенную герметичность контакта. Уплотнитель состоит из нескольких отдельных колец, нарезанных из шнура сальниковой набивки. Большинство выпускаемых мягких сальниковых набивок состоит из волокнистой сплетенной основы, пропитанной смазочным материалом с добавлением антифрикционных веществ (графита, талька).
Размеры сечения сальниковой набивки определяются диаметром движущейся детали (вала). При выборе набивки рекомендуется руководствоваться следующей эмпирической зависимостью [10]: b = (l,5 + 2,5)4d, (2.4) где Ъ — сечение сальниковой набивки; d- диаметр вала.
Износостойкость и качество работы сальникового уплотнения можно характеризовать периодом работы уплотнения без обслуживания, наработкой до перенабивки сальника, наработкой до замены защитной втулки (вала). На работу сальников влияют следующие факторы: - тип насоса, характер его работы, в том числе производственный цикл непрерывности работы насоса; - расположение сальника; - характер движения вала; - скорость движения вала; - диаметр вала; - материал вала и частей сальника; - способы охлаждения и смазки сальника; - характер рабочей среды; - разность давлений рабочей среды и наружной атмосферы; - температура рабочей среды; - допускаемая утечка рабочей среды; - допускаемый подсос воздуха при разрежении в насосе.
Необходимость замены набивки нельзя рассматривать как отказ машины (насоса), так как это сравнительно простая и непродолжительная операция. Необходимость частичной или полной замены набивки определяют по появлению повышенной утечки рабочей среды. Утечки рабочей среды наблюдаются большей частью через сальник, расположенный со стороны нагнетания.
Подсос воздуха происходит через сальниковое уплотнение со стороны всасывания в результате разрежения в центральной части рабочего колеса. На величину подсоса значительно влияет величина разрежения на всасе насоса. Разрежение возрастает при снижении величины подпора и значительных линейных и местных потерях напора в подпиточном трубопроводе от бака до насоса.
Натурные замеры температурного поля бака-аккумулятора ТЭЦ-1 г. Ульяновска
В декабре 2003 г. произведены натурные замеры температуры и плотности теплового потока по стене бака-аккумулятора на ТЭЦ-1 г. Ульяновска. Замеры производились 16.12.2003 г. при температуре наружного воздуха tH= -3 С и средней температуре воды teodbl = 46 С измерителем плотности теплового потока ИПП-2М.
Портативный измеритель плотности тепловых потоков ИПП-2М, выпускаемый Зеленоградским предприятием «ПРАКТИК-НЦ», предназначен для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через обмуровку и изоляцию энергообъектов, однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий и сооружений при экспериментальном исследовании и в условиях их эксплуатации; для измерения поверхностной температуры.
Прибор состоит из показывающего блока со светодиодным индикатором, объединенных общей розеткой выносных зондов теплового потока и температуры, соединительного кабеля.
Метод определения плотности теплового потока основан на измерении перепада температуры на «вспомогательной стенке» (пластине). Этот температурный перепад, пропорциональный в направлении теплового потока его плотности, преобразуется в электрический сигнал с помощью ленточной термопары, расположенной внутри пластинки. Ленточная термопара и «вспомогательная стенка» образуют преобразователь теплового потока. В качестве чувствительного элемента измерителя температуры используются термоэлектрические преобразователи (термопары), распределенные по площади пластины. В качестве чувствительного элемента температурного зонда используется термопара. . Основные технические характеристики прибора приведены в табл. 3.1. Результаты замеров, приведенные нарис. 3.4, незначительно отличаются от теоретически рассчитанных (приведены в скобках).
Отличительной особенностью температурного поля бака на рис. 3.4 от теоретически рассчитанного (рис. 3.2) является отсутствие нижнего слоя теплоизоляции высотой 50 см, удаленного по причине конденсации влаги в слое минеральной ваты у основания бака из-за резкого температурного перепада (рис. 3.2).
Физико-химические процессы, происходящие на границе раздела фаз, определяются гидродинамическими факторами. На поверхности воды бака-аккумулятора происходит насыщение кислородом за счет диффузии. Скорость реакций, идущих по диффузионной кинетике в неподвижной среде, чрезвычайно мала, поскольку коэффициент диффузии в жидкостях весьма мал. Даже небольшой перепад температур приводит к изменению плотностей и движению жидкости снизу вверх или наоборот. Процесс этот называют свободной конвекцией. Совокупность обоих процессов именуется конвективной диффузией вещества в жидкости. Концентрация кислорода в воде при совмещении этих двух процессов будет изменяться по высоте и будет зависеть от времени.
В целом перенос любой субстанции в жидкости описывается дифференциальным уравнением Фурье-Кирхгоффа [28]: дх{ ж дх) ду{ эк ду, д(п дК\ дК 8К дК дК ,--п dt дх ду dz + w 5 + v" + w 5 (3.31) 2/ где D3K - суммарный (эквивалентный) коэффициент диффузии, м /с; К — концентрация вещества в единице объема, г/м3; qw — выделение (или поглощение) данного вещества в единице объема воды, г/м3-с; w, v, w - проекции скоростей на оси х, у,г;т- время. Общего решения уравнения (3.31) нет. Имеются частные решения для конкретных условий.
В статье [56] приведены решения задач диффузии для одномерного потока по направлению от свободной поверхности ко дну. Если верхние слои сильно турбулизированы (ветер и волны на поверхности), то весь поступающий кислород равномерно распределяется по всей массе воды.
Дифференциальное уравнение диффузии кислорода в воде при = О записывается в . (дКЛ одномерной задаче для квазистационарных условии \dt ) виде qk=-D3K , (3.32) « где qK — интенсивность конвективного переноса кислорода, г/м2-с; К— содержание кислорода, г/м . Знак минус показывает, что диффузионный поток частиц направлен от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией. Распределение D3K по толще воды описывается зависимостью (3.33) D3K = D + jHUo-(aTj-b7j2), (3.33) где D - коэффициент молекулярной диффузии, м /с; r\=z/H - относительное расстояние от дна. Автором [56] приведены значения коэффициентов к,аиЬ. Рассмотрим задачу насыщения кислородом толщи воды в баке-аккумуляторе. Когда кислород, поглощаемый поверхностным слоем, транзитом идет ко дну, дифференциальное уравнение представляется в виде: dK = %JMR (3.34) D + ЛНгі-ЕНт]2 г- I 2 гт aKUn где qKn - поток кислорода через свободную поверхность, г/м -с; Л = ——- -; ut Е = ———; U = (т Тр - динамическая скорость; ттах - касательное St V max / напряжение; St = v/DT - число Шмидта.
Приведем дифференциальное уравнение (3.34) к виду известного интеграла [41]. Для этого преобразуем знаменатель
При нестабильном режиме заполнения-опорожнения баков-аккумуляторов насыщение воды кислородом происходит по другим физико-химическим законам, отличным от действующих при стационарном хранении. Диффузия сопровождается уже не естественной конвекцией, а вынужденным, иногда даже турбулентным, движением воды. Математически описать данный процесс весьма сложно из-за большого числа влияющих факторов. Изучить процесс насыщения воды кислородом при данных условиях возможно только экспериментально.
Пассивный эксперимент предполагает изменение контролируемых переменных в процессе нормального функционирования технологического объекта без каких-либо специальных воздействий на изучаемый объект. При таком эксперименте для получения достоверных результатов требуется длительный промежуток времени, отражающий свойства объекта лишь для текущего уровня возмущений. В то же время способ достаточно помехоустойчив, позволяет оценить реакции объекта на возмущение и строить модели этих возмущений. Организация пассивного эксперимента не вызывает затруднений, поскольку он не нарушает ход производства.
Обработка результатов пассивного эксперимента производится на основе корреляционного анализа, что позволяет установить стабильность работы систем (по коэффициенту корреляции) и выявить зависимость величины вторичного насыщения воды в баке кислородом в режиме заполнения-опорожнения от различных факторов.
В 2004 году проведено исследование процесса вторичного насыщения подпиточной воды коррозионно-агрессивными газами в баках-аккумуляторах Ульяновской ТЭЦ-1 [96, 97, 106].
Открытая система теплоснабжения города Ульяновска, подключенная к ТЭЦ-1, предполагает наличие резервуаров большой емкости для покрытия пиковой нагрузки горячего водоснабжения и выравнивания нагрузки водоподготовительной установки в часы минимального водоразбора.
На ТЭЦ установлены четыре подпиточных бака-аккумулятора объемом по 3000 м3 каждый. Подвод и отвод воды в баки осуществляется через один общий трубопровод, проложенный на высоте одного метра от основания бака. В период минимального водоразбора избыток обработанной воды после деаэраторов закачивается в баки под уровень воды. При увеличении во-допотребления абонентами вода откачивается из баков-аккумуляторов. Средства защиты воды от аэрации отсутствуют. Схема организации подпитки теплосети на Ульяновской ТЭЦ-1 приведена на рис. 3.5.
Характеристика оборудования, приборов и исходных материалов
Разработанный в диссертации способ защиты воды от аэрации предусматривает размещение на поверхности воды бака-аккумулятора сетки из железной проволоки, удерживаемой на поверхности воды с помощью прикрепленных к сетке поплавков (рис. 2.3) [126, 127]. Кислород, растворенный в воде, вступает в электрохимическую коррозионную реакцию с железной сеткой и его содержание в подпиточной воде уменьшается.
Для оценки применимости разработанного решения необходимо определить количество металла, достаточное для нейтрализации кислорода в воде бака-аккумулятора в течение периода эксплуатации бака. Количество потребляемой железной проволоки зависимости от скорости коррозионного процесса, на которую в значительной степени влияют температура воды и количество растворенного кислорода.
Для решения поставленной задачи проведено экспериментальное исследование процесса нейтрализации кислорода корродирующим элементом при определенных значениях переменных величин: температуры воды, содержания кислорода и поверхности корродирующего элемента -проволоки, отнесенной к объему воды в емкости.
Эксперимент проводился методом математического планирования в лабораторных условиях на экспериментальной установке, содержащей описанное ниже оборудование и приборы.
Для проведения экспериментальных исследований использовалось следующее оборудование и измерительные приборы: ультратермостат UT-2/77, автоматический электронный измеритель деформаций АИД-4, микрокомпрессор МК-Л2, портативный анализатор растворенного кислорода МАРК-301Т.
Автоматический электронный измеритель деформаций АИД-4 предназначен для измерения статических деформаций в элементах строительных конструкций, осуществляемых с помощью тензорезисторных датчиков.
Прибор замеряет разницу сопротивлений, возникающих при деформации сжатия или растяжения датчика, и может быть использован для контроля процесса коррозии проволоки из углеродистой стали в воде, так как при этом процессе будет уменьшаться сечение проволоки, что равнозначно уменьшению сечения датчика, наклеенного на растянутый элемент. Наличие блока усилителя позволяет измерять самые незначительные приращения сопротивления.
Ультратермостат UT-2/77 польского производства предназначен для поддержания температуры жидкости на заданном уровне и обеспечения однородности температуры по всему объему емкости ультатермостата. Подогрев жидкости осуществляется нагревательным элементом, а поддерживается температура на заданном уровне - контактным термометром. Однородность обеспечивается нагнетающе-смешивающим узлом. Охлаждается вода холодильником.
Подключив при помощи гибкого шланга входной штуцер проточной кюветы с установленным в ней датчиком к магистрали с контролируемой водой, нужно подать контролируемую воду в кювету, установить кювету с датчиком таким образом, чтобы положение датчика было близко к вертикальному, мембраной вниз. Затем необходимо обеспечить свободный проток воды через кювету в течение не менее 10 мин, добившись, чтобы в потоке воды через кювету и на мембране отсутствовали пузырьки воздуха.
Измерения можно производить и без проточной кюветы, поместив датчик в подходящий сосуд, где обеспечивается проток контролируемой воды со скоростью не менее 5 см/с в области мембраны датчика. Конструкция измерительного датчика представлена на рис. 4.3. ІІ Принцип работы портативного кислородомера МАРК-301Т заключается в следующем. При измерении содержания растворенного в воде кислорода в данном анализаторе используется амперометрическии датчик, по принципу работы совпадающий с полярографической ячейкой закрытого типа. Электроды погружены в раствор электролита, который отделен от контролируемой среды мембраной, проницаемой для кислорода, но непроницаемой для жидкости и паров воды. Кислород из контролируемой среды диффундирует через мембрану в тонкий слой электролита между катодом и мембраной и вступает в электрохимическую реакцию на поверхности катода, который поляризуется внешним напряжением, приложенным между электродами. При этом в датчике вырабатывается сигнал постоянного тока, который при фиксированной температуре пропорционален концентрации растворенного кислорода в контролируемой среде. Выходной сигнал датчика кислорода поступает на усилитель, а с его выхода через коммутатор на аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
