Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния проблемы снижения эффективности эксплуатации отечественных систем теплоснабжения
1.1 Современное состояние отечественных систем теплоснабжения 11
1.2 Характеристика водных сред, используемых в теплоэнергетике в качестве теплоносителя 22
1.3 Влияние отложений на термодинамические характеристики теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения 38
1.4 Анализ эффективности традиционных методов борьбы с образованием отложений на функциональных поверхностях 49 оборудования системах теплоснабжения
1.5 Задачи исследований 59
Глава 2 Экспериментальное оборудование и методики проведения исследований 60
2.1 Описание разработанных и использованных методик исследований 60
2.1.1 Методика реализации процесса образования и накопления отложений на теплообменных поверхностях с моделированием условий эксплуатации систем теплоснабжения 60
2.1.2 Методика модификации функциональных поверхностей на основе формирования молекулярных слоев поверхностно-активных веществ (ПАВ) 62
2.1.3 Методика определения концентрации молекул ПАВ в теплоносителе 63
2.2.4 Методика определение удельной сорбции ПАВ на поверхности металла 66
2.2 Описание экспериментального оборудования 67
2.2.1 Экспериментальный стенд для исследования процессов накопления отложений на теплообменных поверхностях 67
2.2.2 Экспериментальный стенд для формирования упорядоченных молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях 77
2.2.3 Экспериментальный стенд для определения степени устойчивости сформированных на функциональных поверхностях молекулярных слоев ПАВ 80
2.3 Физико-химические свойства ПАВ 82
2.4 Оценка погрешностей измерений 88
Глава 3 Исследование процесса накопления отложений на теплообменных поверхностях 90
3.1 Современное представление о механизме образования отложений на поверхностях энергетического оборудования 90
3.2 Анализ влияния различных факторов на процессы образования и накопления отложений 94
3.3 Кинетика процесса накопления отложений на теплообменных поверхностях систем теплоснабжения 109
3.4 Определение влияния скорости теплоносителя на процесс накопления отложений на теплообменных трубных поверхностях закрытых систем теплоснабжения 111
3.5 Определение влияния температуры теплоносителя на процесс накопления отложений на теплообменных трубных поверхностях закрытых систем теплоснабжения 116
3.6 Определение влияния качества теплоносителя на процессы образования и накопления отложений на теплообменных поверхностях 116
Глава 4 Определение влияния пав на процесс накопления отложений на стальных теплообменных поверхностях систем теплоснабжения 123
4.1 Влияние сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на кинетику процесса накопления отложений на трубных стальных поверхностях 123
4.2 Влияние сформированных на тегагообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных температурах теплоносителя 126
4.3 Влияние сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных скоростях теплоносителя 128
4.4 Влияние сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных значениях карбонатного индекса теплоносителя
4.5 Определение устойчивости молекулярных слоев ПАВ, сформированных на функциональных поверхностях систем теплоснабжения, при различных тепловых и гидравлических параметрах потока водного теплоносителя 134
Глава 5 Способ повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации функциональных поверхностей с использованием пав и технология его реализации 141
5.1 Описание способа снижения скорости накопления отложений на функциональных поверхностях систем теплоснабжения с использованием ПАВ 141
5.2 Описание принципиальной схемы и технологического регламента реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения в натурных условиях 145
5.3 Технико-экономическая оценка эффективности способа повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации функциональных поверхностей с использованием ПАВ 150
5.4 Описание результатов апробации способа в натурных условиях... 155
Заключение 173
Список используемых источников 175
Приложение 184
- Характеристика водных сред, используемых в теплоэнергетике в качестве теплоносителя
- Методика реализации процесса образования и накопления отложений на теплообменных поверхностях с моделированием условий эксплуатации систем теплоснабжения
- Анализ влияния различных факторов на процессы образования и накопления отложений
- Влияние сформированных на тегагообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных температурах теплоносителя
Введение к работе
Российская Федерация является самой холодной страной в мире. Среднеинтегральная температура по всей территории страны составляет -5,5С. В России производится более 2 млрд. Гкал тепла, при этом затрачивается более 400 млн. т условного топлива, что составляет примерно 43% от всех использованных первичных энергоресурсов.
В настоящее время ощущается дефицит тепловой мощности в стране, составляющий в совокупности около 20% для 190 городов и населенных пунктов. Основная часть отечественных систем теплоснабжения морально и физически устарела, многие из них характеризуются низкой термодинамической эффективностью, неоправданными потерями тепловой энергии и теплоносителя. Энергосберегающий потенциал теплоснабжающей отрасли по различным оценкам составляет от 30 до 50%.
Снижение эффективности эксплуатации систем теплоснабжения в значительной степени связано с образованием термобарьерных отложений на функциональных поверхностях. Наличие отложений на теплообменных поверхностях весьма существенно влияет на снижение термодинамической эффективности, надежности и ресурса теплоэнергетического оборудования. Образовавшиеся отложения из-за своей низкой теплопроводности существенно снижают экономичность оборудования, стимулируют коррозионные процессы, значительно повышают гидравлическое сопротивление водяных трактов оборудования и трубопроводов, что приводит к значительному перерасходу топлива и электроэнергии на транспортировку рабочего тела и теплоносителя.
Известно, что толщина термобарьерных отложений на поверхности нагрева водогрейных котлов в 1 мм приводит к перерасходу топлива на 6%, увеличивает температуру стенки экранных труб на 100 -н 120С, что существенно снижает надежность системы, увеличивает выбросы вредных веществ в атмосферу и сбросы солевых стоков в среднем на 10%. За первые 5
7 лет эксплуатации систем теплоснабжения затраты на транспортировку теплоносителя увеличиваются в 2 раза.
Основной причиной образования отложений является использование теплоносителя, не удовлетворяющего требованиям ПТЭ. Это наиболее характерно для предприятий, использующих в системах теплоснабжения в качестве теплоносителя воды с повышенной степенью минерализации, в основном поступающей непосредственно из природных водных источников, для которых по технологическим, технико-экономическим или иным причинам невозможно или нецелесообразно применение глубокой очистки традиционными методами.
Цель работы - повышение эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе снижения скорости накопления термобарьерных отложений на теплообменных поверхностях оборудования систем теплоснабжения.
Задачи исследований:
анализ современного состояния проблемы снижения эффективности эксплуатации отечественных систем теплоснабжения, обусловленной накоплением на функциональных поверхностях отложений, определение эффективности традиционных методов борьбы с образованием отложений на функциональных поверхностях оборудования и трубопроводов систем теплоснабжения;
обоснование целесообразности выбора способа модификации теплообменных поверхностей, с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ);
разработка методики проведения экспериментальных исследований на основе моделирования условий эксплуатации теплообменного оборудования систем теплоснабжения с повышенной и высокой степенью минерализации теплоносителя, разработка экспериментального стенда;
изучение кинетики процесса накопления отложений на функциональных поверхностях теплообменного оборудования;
определение влияния качества, тепловых и гидравлических параметров потока теплоносителя на процесс накопления отложений на теплообменных поверхностях систем теплоснабжения;
определение влияния сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления термобарьерных отложений при различных тепловых и гидравлических параметрах потока теплоносителя;
определение влияния тепловых и гидравлических параметров потока водного теплоносителя на процесс деструкции сформированных на функциональных поверхностях молекулярных слоев ПАВ;
разработка способа и технологических основ его реализации для повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации функциональных поверхностей теплообменного оборудования с использованием ПАВ.
Научная новизна:
разработана методика проведения исследований на основе моделирования условий накопления отложений на не модифицированных и модифицированных теплообменных поверхностях применительно к условиям эксплуатации систем теплоснабжения;
установлено, что кинетика накопления термобарьерных отложений на теплообменных трубных поверхностях в системах теплоснабжения характеризуется тремя ярко выраженными периодами. Первый период характеризуется максимальной скоростью накопления отложений, во втором периоде происходит существенное замедление скорости накапливания отложений, третий период характеризуется установившейся, значительно меньшей скоростью накопления отложений;
экспериментально показано, что интенсивность накопления отложений на теплообменных поверхностях систем теплоснабжения определяется температурой и скоростью течения теплоносителя, существенное влияние на этот процесс оказывает значение и направление теплового потока (отвод и подвод теплоты);
модифицирование теплообменных поверхностей молекулами ПАВ в диапазоне температур 50-90С и скоростей течения теплоносителя 0,2-1 м/с приводит к значительному снижению (в 5-^20 раз) скорости накопления отложений как в первом, так и в третьем периоде кинетики протекания этого процесса;
установлено существенное влияние на процесс накопления отложений карбонатного индекса водного теплоносителя в диапазоне его значений от 25 до 45 (мг-экв/л) . Модифицирование теплообменных поверхностей молекулами ПАВ практически полностью устраняет влияние этого параметра на процесс накопления отложений в исследованном диапазоне скоростей течения теплоносителя.
Достоверность. Достоверность полученных результатов определяется их
корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной
повторяемостью экспериментальных результатов, использованием
высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.
Практическая ценность работы:
разработан способ существенного снижения скорости накопления отложений на функциональных поверхностях систем теплоснабжения на основе их модификации с использованием ПАВ;
разработана принципиальная схема и технология реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации теплообменных поверхностей с использованием ПАВ в натурных условиях.
Апробация работы. Результаты работы представлены на X, XI, XIII, XIV-ой Международной научно-технической конференции ГОУВПО МЭИ(ТУ) (г. Москва, 2004, 2005, 2007, 2008г.); на Всероссийской научно-технической конференции ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. г. Екатеринбург, 2003г.; Национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006, г.Казань; XI научно-практической конференции «Проблемы управления качеством городской среды» Экспо-2007, г.Москва; заседаниях НТС кафедры
10 «Промышленных теплоэнергетических систем» и научного центра "Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций" МЭИ(ТУ).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 9 публикациях.
Автор защищает:
методику проведения исследований и экспериментальный стенд, моделирующий условия накопления отложений на теплообменных поверхностях применительно к условиям эксплуатации систем теплоснабжения;
результаты экспериментальных исследований процесса накопления термобарьерных отложений на теплообменных трубных поверхностях в системах теплоснабжения при различных температурах и скоростях течения теплоносителя с подводом и отводом теплоты;
результаты экспериментальных исследований по определению влияния сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений применительно к условиям эксплуатации систем теплоснабжения;
способ существенного снижения скорости накопления отложений на функциональных поверхностях систем теплоснабжения на основе их модификации с использованием ПАВ;
принципиальную схему и технологию реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации теплообменных поверхностей с использованием ПАВ в натурных условиях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 196 страниц основного машинописного текста, 53 рисунка, 16 таблиц, библиография содержит 94 наименования.
Характеристика водных сред, используемых в теплоэнергетике в качестве теплоносителя
Качество вод, используемых в энергетике, прежде всего, зависит от их происхождения. Природные воды по возникновению и содержанию примесей условно подразделяются на атмосферные (дождь, туман, снег), поверхностные (реки, озера, пруды, болота), подземные (артезианские скважины, шахтные колодцы) и морские (моря, океаны). Все воды содержат разнообразные примеси, попадающие в воду в процессе ее естественного круговорота в природе; кроме того, возможно загрязнение водоисточников бытовыми промышленными стоками. Воды атмосферных осадков Большая часть выпавшей воды инфильтруется в почве, часть поступает в реки и водоемы, часть испаряется. Известно [31], что 1 л воды, выпадая в виде дождя с высоты 1 км, «промывает» 3,3x105 л воздуха. Поэтому химический состав осадков в значительной степени определяется чистотой атмосферы в данной местности.
Средняя минерализация атмосферных осадков, выпадающих на территории бывшего СССР, составляет 46,4 мг/л. Наименее минерализованы приходящиеся на северо-западные районы, наиболее - на южные приморские и степные районы. Появление в них отдельных ионов обусловлено приносом солей с водяными брызгами, подхватываемыми ветром с поверхности водоемов; приносом ветром сухих растворимых солей с поверхности коры выветривания и особенно солончаковых почв; промышленными выбросами в воздух; атмосферными разрядами, при которых происходит окисление атмосферного азота; минерализацией содержащихся в атмосферной пыли органических веществ; вулканическими извержениями.
По водному балансу и круговороту веществ — пруды относят к водоемам аккумулятивного типа. От природных водоемов их отличает антропогенный фактор- направленной деятельности человека, сказывающейся на гидрохимическом режиме. Поэтому химический состав воды прудов определяется исключительно водным источником формирования водоема и направленной деятельности человека.
Воды озер По минерализации воды различают на пресные, солоноватые и соленые озера. Степень минерализации озерной воды, кроме климатических условий, зависит от наличия у озера стока. Как правило, озера, имеющие сток, пресноводные; содержание минеральных примесей в их воде обычно равно 200-300 мг/л, а в больших озерах (Байкал, Ладожское, Онежское и др.) - 60-100 мг/л. В бессточных озерах минерализация достигает, а иногда и превышает 5000 мг/л (Иссык-Куль, Балхаш). В таблице 1.2 приводится качество вод некоторых озер бывшего СССР [31].
Химический состав озерных вод определяется составом воды питающих притоков и подземных вод. Обычно доминирующим являются ионы НСОЗ", Са + и Mg2+; ионы S042- , СГ, Na+ и К+ содержатся в малых количествах. Концентрация ионов в соляных или минеральных озерах приближается к насыщению, при дальнейшем ее увеличении наблюдается кристаллизация солей. Различают озера морского происхождения и континентальные. Первые представляют собой реликты морей или отделившиеся от моря заливы, лиманы. Среди континентальных озер выделяют три основных типа по доминирующим анионам: карбонатные, сульфатные и хлоридные. Речные воды Химический состав речных вод сильно зависит от гидрометеорологических условий площади их водосбора. Транзитный характер рек и связанная с этим быстрая смена водных потоков, соприкасающихся в большинстве случаев с хорошо перемытыми породами и почвами, обуславливает малую минерализацию воды в реках.
Качественный химический состав рек в большинстве случаев однообразен, он представлен ионами: НСОЗ", S042", СГ, Са2+, Mg2+ ,Na+; количественные соотношения между этими ионами в воде рек весьма различаются (см. Приложение Б). Обычно наибольшее значение имеют ионы НСОЗ"и Са , а концентрации присутствующих ионов связаны следующими соотношениями: НСОЗ" S042" СГ; Са2+ Mg2+ Na+ Приведенные (в Приложении А) данные анализов воды различных рек характеризуют гидрохимический режим этих водных источников недостаточно полно (см. Приложение А). Химический состав примесей воды рек чрезвычайно динамичен и зависит от сезона года. Обычно различают два основных вида питания рек - поверхностное и грунтовое. Первое из них разделяют еще на горноснеговое и ледниковое питание, сток с болот и собственно поверхностный сток с почв. Каждый из этих видов питания влияет на ионный состав и минерализацию речных вод.
Методика реализации процесса образования и накопления отложений на теплообменных поверхностях с моделированием условий эксплуатации систем теплоснабжения
Исследования процессов накопления отложений на теплообменных поверхностях проведены в лабораторных условиях с моделированием условий эксплуатации оборудования систем теплоснабжения. Методика проведения экспериментальных исследований основывается на моделировании условий теплообмена между теплоносителем и трубной стальной поверхностью (оборудования и трубопроводов систем теплоснабжения), сравнении процессов накопления отложений на теплообменных поверхностях до и после их модификации молекулярными слоями ПАВ. При проведении исследований были смоделированы условия эксплуатации теплообменной поверхности: - параметры, характеризующие поверхность теплообмена - материал поверхности, форма канала, качество обработки (шероховатость); - технологические параметры потока теплоносителя омывающего теплообменную поверхность - скорость, температура, температурный напор между поверхностью и потоком теплоносителя. - качественный химический состав теплоносителя.
Для реализации разработанной методики создан экспериментальный стенд, моделирующий условия эксплуатации теплообменных поверхностей оборудования и трубопроводов закрытых систем теплоснабжения (см. п. 2.2.1). Экспериментальный стенд предназначен для исследования процесса накопления отложений как на греющих (подвод теплоты), так и на нагреваемых (отвод теплоты) поверхностях. В качестве образцов использовались стальные трубы (Ду15) в состоянии поставки. Длина каждого образца составляла 60 мм. Образцы изготавливались из труб одной партии поставки. Подготовка образцов производилась на токарном станке отрезным резцом при сведении к минимуму механических нагрузок на трубу (минимальная подача и частота вращения). Кромки заготовок были очищены от заусенцев. Каждый образец был промаркирован. Непосредственно перед проведением исследований, образцы обезжиривались спиртом и высушивались в сушильном шкафу при температуре 120С до стабилизации массы. Определение массы образцов производилось на электронных весах Adventurer "OHAUS" AR2140 (погрешность измерения Змг/л).
В качестве рабочего тела использовалась вода из системы оборотного водоснабжения контура «конденсатор-градирня» эксплуатирующейся ТЭЦ, качественный состав которой характерен для природных вод наиболее широко используемых в системах теплоснабжения с начальной степенью минерализации 2,5-3 г/л (Ик =44-46(мг-экв/л)2). Необходимый объем воды был изначально заготовлен в нужном количестве для всей серии экспериментов.
При проведении исследований образцы устанавливались в основной контур стенда. Через контрольные сечения образцов организовывалась циркуляция рабочего тела при различных скоростях и температурах. Каждый режим исследований характеризовался определенной температурой рабочего тела и линейной скоростью теплоносителя. С регулярной периодичностью образцы демонтировались из основного контура стенда. С наружных поверхностей образцов удалялись остатки изолирующего материала и остатки глицерина ватным тампоном, промоченным спиртом. Далее образцы высушивали в сушильном шкафу при температуре 120С и определяли их массу.
При проведении исследований регулярно определяли показатели качества рабочего тела. В пробах воды, отобранных в процессе исследований из основного контура экспериментального стенда, определялись следующие показатели: водородный показатель, общая, гидрокарбонатная и карбонатная щелочность, общая, кальциевая и магниевая жесткость, взвешенные вещества, концентрация ПАВ, сухой остаток и общее железо.
Модификация поверхностей образцов осуществлялась молекулами ПАВ в соответствии с разработанной методикой (см. п.2.1.2) с использованием разработанного экспериментального стенда (см. п.2.2.2). Используемые ПАВ соответствуют формуле CnH2n+iNH2 и относятся к классу пленкообразующих аминов (см. п.2.3). Формирование слоев на металлических поверхностях происходит в результате ориентированной адсорбции молекул из водной эмульсии ПАВ.
Для формирования молекулярных слоев ПАВ на контрольных поверхностях образцов был создан экспериментальный стенд (см. п.2.2.2). Подготовленные образцы (методика подготовки см. п.2.1.1) устанавливались в контур стенда для формирования молекулярных слоев ПАВ, таким образом, что их поверхность омывалась движущимся потоком водной среды (эмульсией ПАВ). Эмульсия ПАВ готовилась на основе дистиллированной аэрированной воды со следующими показателями качества: р№=6.6-6.9, Ж0бщ=3мг-экв/л, Що6щ=0,5мг-экв/л, общее железо=0.03мг/л, сухой остаток (общее солесодержание)=0,05г/л.
Навеска ПАВ помещалась в технологическую емкость, в которой происходило плавление твердого реагента за счет подвода к нему теплоты рабочей среды (через водяную рубашку). Дозирование расплава реагента осуществлялась с помощью винта дозирования, установленного в емкости. Эмульсия готовилась из расчета начальной концентрации 20- -30 мг/л. Затем обеспечивалось движение водной эмульсии в установке по контуру со следующими режимными параметрами: скорость (0,6 СВ 0,8) м/с, температура 90 С. В процессе формирования молекулярных слоев, осуществлялось измерение концентрации ПАВ в воде (в пробоотборной точке за размещенными в стенде образцами) и построение зависимости СПАВ=ДТ) С частотой отбора проб — 30 минут. После достижения стабилизации концентрации ПАВ (завершения процесса сорбции молекул на поверхности) стенд останавливали и вынимали образцы. Затем образцы высушивали и определяли их массу на электронных весах.
Анализ влияния различных факторов на процессы образования и накопления отложений
Определение влияния свойств теплообменной поверхности на процессы образования и накопления отложений на теплообменных поверхностях Влияние рельефа теплообменной поверхности на процесс образования отложений демонстрируют результаты исследований, полученные авторами в работах [65,66]. Опыт эксплуатации теплообменного оборудования показывает, что при низкой скорости течения теплоносителя и большом шаге накатки отложения, преимущественно, располагаются во впадинах, при чем не равномерно. В теневых зонах (непосредственно за выступом) имеют место теневые зоны с меньшим количеством отложений, причем ширина зоны соизмерима с шириной выступа. При огибании последующего выступа на поток действуют центробежные силы, вызывая активное осаждение дисперсных частиц перед следующим бугром. При увеличении скорости и снижении шага накатки, зона за выступом остается в ламинарном подслое и равномерно заносится осаждающими отложениями. При этом на выступах происходит снижение удельного количества отложений, формирование на них более плотных структур.
В целом сравнение по удельному количеству отложений в гладких и накатанных (поверхностях с развитой рельефностью) трубах показывает, что иловых отложений в накатанных трубах в 1,5- 2 раза выше, а солевых - в 1,5 раза ниже. Таким образом, на поверхностях с развитой рельефностью отложения формируются неравномерно по теплообменной поверхности [67,68,69]. Известно, что на процесс накопления отложений значительное влияние оказывает электростатическое взаимодействие между материалом теплообменной поверхности и составляющими теплоносителя (воды): ионами солей, дисперсными частицами, в том числе микрокристаллами солей, продуктами коррозии, илом и микроорганизмами [70]. При этом одной из важнейших характеристик конструкционного материала является электродный изопотенциал (потенциал) поверхности. К примеру, поверхностный потенциал материалов в насыщенном растворе СаСОз соответственно равен: технический алюминий — -0,49 В, углеродистая сталь — -0,38 В, медь Ml - -0,08 В, нержавеющая сталь 08Х18Н10Т - -0,11 В, латунь Л60 - -0,1 В, углеродистая сталь покрытая фторопластом марки 4Д - -0,22 В, техническое стекло - -0,01.
Результаты ряда исследований показывают, что интенсивность накопления отложений возрастает с ростом отрицательного потенциала поверхности конструкционных материалов. В то же время, авторами [70] установлено, что рост удельного количества отложений с ростом отрицательного потенциала материала, к примеру, не характерен для насыщенного раствора СаСОз, для которого была определена экспериментальным путем квадратичная зависимость потенциала материала от удельного количества отложений с минимумом при -0,225 В.
На практике соли жесткости осаждаются на поверхностях всех используемых конструкционных материалов с разницей лишь в интенсивности этого процесса, а также в степени адгезии отложений к поверхности. Как показывают результаты экспериментальных исследований, потенциал поверхности оказывает значительное влияние на адгезию отложений. Зависимость относительного коэффициента адгезии (коэффициент, полученный экспериментальным путем, который характеризует силу сопротивления движения резца при разрушении отложений, которая возникает под действием сил адгезии кристаллов) от поверхностного потенциала имеет вид обратной параболы. Максимальное значение относительного коэффициента адгезии лежит в узком диапазоне электродного потенциала (от -0,3 до -0,25). Минимальное значение соответствует образцам из диэлектрических материалов, таких как стекло и образцы, покрытые фторопластом.
Таким образом, потенциал поверхности является важнейшей характеристикой материала влияющий на процессы накопления отложений на теплообменной поверхности. Потенциал поверхности оказывает существенное влияние, как на интенсивность процесса накопления, так и на адгезию отложений к поверхности.
Накопление коррозионных отложений на теплообменных поверхностях вызваны химическим взаимодействием растворенного в теплоносителе кислорода и металлических конструкционных поверхностей оборудования и трубопроводов. Влияние материала теплообменной поверхности на интенсивность накопления отложений и скорость коррозии иллюстрируют данные, приведенные в таблице 3.1, полученные в работе [71] на основе опыта эксплуатации оборудования ТЭС для наиболее широко используемых материалов (таблица 3.1).
Влияние сформированных на тегагообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных температурах теплоносителя
Результаты экспериментальных исследований показали, что температура теплоносителя оказывает существенное влияние на процессы накопления отложений (см. п. 3.2, 3.5) и описывается сложной функцией, причем увеличение температуры всегда приводит к увеличению интенсивности накопления отложений.
Анализ результатов исследований процессов накопления отложений на образцах, с предварительно сформированными молекулярными слоями ПАВ, показал, что температура не всегда оказывает существенное влияние на кинетику исследуемых процессов (см. рисунок 4.2). К примеру, при температурах 50 и 70С скорости накопления отложений практически идентичны и незначительны. При температуре теплоносителя 90С интенсивность накопления отложений заметно выше, но при этом в 5 раз ниже, чем на не модифицированных поверхностях. Увеличение интенсивности накопления отложений на модифицированных поверхностях при температуре теплоносителя 90С, очевидно, был связан с частичной деструкцией молекулярных слоев ПАВ.
Влияние температуры теплоносителя на интенсивность накопления отложений на стальной трубной поверхности образцов с и без молекулярных слоев ПАВ при подводе теплоты.
Влияние сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных скоростях теплоносителя
Влияние скорости течения теплоносителя на интенсивность накопления отложений было показано в п. 3.2 и 3.4. Как было установлено, влияние скорости течения на интенсивность накопления отложений в диапазоне скоростей 0,2-1м/с и температур 50-90С описывается линейной функцией, при этом с увеличением скорости течения теплоносителя интенсивность накопления отложений уменьшается. Например, при скорости 1 м/с интенсивность накопления отложений на греющей поверхности на 10% меньше, чем при скорости 0,2 м/с (при температуре теплоносителя 90С и начальном карбонатном индексе 44 (мг-экв/л)2 (см. рисунок 3.14).
На модифицированных молекулами ПАВ поверхностях образцов характер зависимости влияния скорости течения теплоносителя на интенсивность накопления отложений остался линейным (см. рисунок 4.3). Применительно к модифицированным поверхностям установлено, что в диапазоне значений 0,2-1м/с скорость течения теплоносителя не оказывала влияния на интенсивность накопления отложений. На основе анализа результатов исследований было установлено, что в диапазоне скоростей течения и температур теплоносителя 50-90С интенсивность накопления отложений была в 5-20 раз ниже, чем на не модифицированных поверхностях (при начальном карбонатном индексе 44 (мг-экв/л)2).
Влияние скорости теплоносителя на интенсивность накопления отложений на стальной трубной поверхности образцов с и без молекулярных слоев ПАВ при подводе теплоты. Влияние сформированных на теплообменных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на интенсивность процесса накопления отложений при различных значениях карбонатного индекса теплоносителя
Качество теплоносителя является определяющим фактором, влияющим на процессы образования и накапливания отложений (см. п. 3.2, 3.4.). Как было показано в п. 3.6 зависимость, описывающую влияние карбонатного индекса, можно разделить на 2 диапазона. Первый, при котором скорость накопления имеет линейную зависимость от карбонатного индекса и не превышает порогового значения и второй, при котором наблюдается степенная зависимость скорости накопления отложений от карбонатного индекса.
Зависимости, описывающие влияние карбонатного индекса на интенсивность накопления отложений на модифицированных поверхностях, качественно не изменились (см. рисунки 4.4, 4.5), при этом первый диапазон существенно увеличился. Например, при температуре теплоносителя 70С влияние карбонатного индекса описывалось линейной зависимостью, а пороговая скорость накопления отложений не была достигнута во всем исследованном диапазоне значений карбонатного индекса и скоростей течения теплоносителя 0,2-1 м/с. При температуре 90С первый диапазон увеличился до значений карбонатного индекса 35-36 (мг-экв/л)2.
Интенсивность накопления отложений на модифицированных поверхностях, как в первом, так и во втором условных диапазонах была значительно ниже, чем при тех же условиях, что и на не модифицированных поверхностях. Например, скорость накопления отложений в первом диапазоне значений карбонатного индекса при температуре теплоносителя 70С во всем исследуемом диапазоне скоростей 0,2-1 м/с на не модифицированных поверхностях была в 5-20 раз выше, чем на модифицированных поверхностях. Причем, с увеличением значений карбонатного индекса теплоносителя, влияние молекулярных слоев ПАВ на интенсивность накопления отложений на теплообменной поверхности увеличивалась.
