Размещено на http://www.allbest.ru/

Ультразвуковой метод предотвращения накипеобразования

Н.Н. Николаевский,

Научно-производственное предприятие «Агроприбор», г. Пенза

В процессе работы теплотехнического оборудования при использовании жесткой воды на поверхностях нагрева котлов и теплообменных аппаратов образуются твердые отложения, которые принято называть накипью. Накипь обладает высокими механическими свойствами и низкой теплопередающей способностью и поэтому является причиной ряда технических сложностей и дополнительных затрат при эксплуатации теплосилового хозяйства предприятий.

Во-первых, накипь приводит к значительному перерасходу топлива и, соответственно, к снижению коэффициента полезного действия котлов. Так, при наличии накипи толщиной всего 1мм котел перерасходует, в среднем, 2-3 % топлива, 4…5 мм приводят к потерям топлива до 8…10 % и т.д. С ростом потребления топлива увеличивается и количество вредных выбросов в атмосферу.

Во-вторых, по окончании отопительного сезона приходится выполнять трудоемкую и дорогостоящую очистку котлов и теплообменной аппаратуры от наслоившейся накипи.

Наиболее распространен кислотный метод очистки, при котором происходит растворение накипи кислотой непосредственно в котле. После очистки сотни литров отработанного раствора, содержащего кислоту, сливаются из котла, нанося непоправимый вред окружающей среде. Применяется еще механический метод очистки, при котором накипь высверливается из труб с помощью специальных приспособлений. Но он применим лишь для некоторых типов котлов; кроме того, полностью очистить котел таким способом не удается. При этом в период между очистками накипь образуется вновь, что опять приводит к непроизводительным потерям топлива и увеличению эксплуатационных затрат.

В-третьих, низкая теплопередача накипи приводит к сильному перегреву металла поверхностей нагрева, из-за чего на трубах появляются трещины, вздутия и деформации. Это нередко является причиной аварийных ситуаций, сокращения межремонтных сроков и увеличения затрат на ремонт и обслуживание.

В-четвертых, накипь уменьшает сечение труб, увеличивая их гидросопротивление, а это влечет за собой дополнительные потери электроэнергии в насосном оборудовании на перекачку воды.

В-пятых, перегрев металла, несвоевременная и некачественная очистка неизбежно приводят к сокращению срока службы котлов в 2-3 раза, неоправданным затратам на приобретение и монтаж новых котлов взамен вышедших из строя.

Таким образом, предотвращение накипеобразования - один из важнейших вопросов, связанных с эксплуатацией теплотехнического оборудования. накипь котел ультразвуковой очистка

Для уменьшения и исключения накипеобразования обычно проводится предварительное химическое умягчение воды в установках докотловой обработки воды. Однако, приобретение и монтаж водоподготовительных установок, их эксплуатация связаны со значительными затратами и большим расходом необходимых химических реагентов, в частности, поваренной соли для регенерации фильтров. Эти установки требуют квалифицированного обслуживания. В связи с высокой стоимостью реагентов, недостатком подготовленного обслуживающего персонала эти установки эксплуатируются во многих случаях неудовлетворительно, либо бездействуют. А в большинстве мелких котельных они вообще отсутствуют или выполняют декоративную роль.

Вместе с тем, наряду с химическими, в последние годы находят все более широкое практическое применение физические - безреагентные - методы предотвращения накипеобразования, в частности, ультразвуковой. Этот метод не требует больших капитальных затрат, исключает применение химических реагентов, имеет невысокую трудоемкость и не вызывает загрязнения окружающей среды.

Принцип ультразвуковой технологии предотвращения образования накипи основан на воздействии механических колебаний ультразвуковой частоты на процессы накипеобразования, протекающие в теплотехническом оборудовании при его работе. С помощью ультразвуковой установки в металле котла и в воде, заполняющей его, возбуждаются маломощные ультразвуковые колебания. Под действием этих колебаний соли жесткости начинают кристаллизоваться непосредственно в толще воды, образуя мелкодисперсный шлам, а колебания поверхностей нагрева препятствуют осаждению шлама на стенках труб. Поэтому шлам находится в воде во взвешенном состоянии и удаляется из теплоагрегата при регулярных продувках, в результате чего образования накипи не происходит. Кроме этого, ультразвук оказывает разрушающее действие на ранее образовавшуюся накипь. Ультразвуковые колебания, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия, под влиянием которых прочность связи внутри накипи, а также между накипью и металлом нарушается и образуются трещины. Вода под действием капиллярных сил быстро проникает через трещины - капилляры к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание накипи. Содержащиеся в воде газовые пузырьки, также попадая в трещины между накипью и металлом, начинают колебаться с ультразвуковой частотой, ослабляя сцепление накипи с металлом. Отслоившиеся мелкие частицы и чешуйки накипи удаляются из котла при периодических продувках. То есть, происходит постепенное очищение котла в процессе его работы. Ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамического сопротивления труб с колеблющимися стенками. Под действием ультразвука улучшается отвод пузырьков пара от поверхности нагрева и дегазация воды вследствие лучшего перемешивания пристенного слоя жидкости, что также способствует увеличению теплопередачи. Трубы поверхностей нагрева имеют естественные дефекты - узкие микронные щели и трещины, где в обычных условиях (без ультразвука) сохраняется кислород воздуха. При воздействии ультразвуковых колебаний кислород легко выходит из этих щелей, в результате этого исключается один из механизмов кислородной коррозии металла труб.

Приведенные выше факторы взаимосвязаны и в совокупности являются причиной положительного воздействия ультразвука на процессы предотвращения накипеобразования, снижения коррозии металла и повышения эффективности работы теплотехнического оборудования.

Научно-производственное предприятие «Агроприбор» более 20 лет использует ультразвуковой метод и серийно выпускает для этих целей ультразвуковую установку «Волна». Данные приборы успешно эксплуатируются в котельных Пензенской, Московской, Саратовской, Вологодской, Волгоградской, Оренбургской, Свердловской, Воронежской и других областей, Мордовии, Башкортостана, Удмуртии, Алтайского края и других регионов России, на Украине, в Прибалтике и Беларуси. Ультразвуковые установки «Волна» с высокой эффективностью применяются в целях предотвращения накипеобразования в котлах ДКВр, ДЕ, КЕ, ДЕВ различной мощности, Е-1/9, ПКН-2М, АБА-4, ВК-21, ТВГ, КВГ, НР-18 и других, скоростных и утилизационных теплообменниках, охладителях компрессоров и прочем теплотехническом оборудовании.

Годовой экономический эффект от использования одного прибора, по различным оценкам, составляет от 5 до 18 тыс. руб.

В настоящее время в эксплуатации находится более 6 тысяч установок «Волна».

Многолетний опыт эксплуатации ультразвуковых установок «Волна» показал, что в котлах и теплообменных аппаратах ранее образовавшаяся накипь после введения ультразвука отслаивается и оседает в виде рыхлого шлама и небольших чешуек; новая накипь не образуется. Удаление из котла выделяющегося шлама осуществляется периодическими продувками в дренаж, а при остановке котла для профилактического осмотра - промывкой струей воды с давлением 0,2…0,3 МПа. Таким образом, отпадает необходимость в трудоемкой и дорогостоящей очистке оборудования и связанными с ней экологическими проблемами. При непрерывной работе ультразвуковых установок теплоэнергетическое оборудование эксплуатируется в безнакипном режиме, что позволяет поддерживать его коэффициент полезного действия близким к оптимальному и, следовательно, приводит к значительной экономии топлива. Поверхности нагрева при воздействии ультразвука не подвергаются сильному перегреву, увеличивается их теплопередача, снижается коррозия металла, это, в свою очередь, увеличивает срок службы теплотехнического оборудования и снижает вероятность возможных аварий.

Применение ультразвукового метода исключает загрязнение окружающей среды вредными стоками водоподготовительных установок, а стоимость обработки 1 м³ воды этим способом, как показывают ориентировочные расчеты, в 200-250 раз ниже стоимости химической обработки.

Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и наладкой ультразвуковых установок «Волна», окупаются в течение нескольких месяцев их работы. Обслуживание установок не требует привлечения дополнительных трудовых ресурсов и может производиться штатным персоналом котельной после предварительного изучения конструкции установки и правил ее эксплуатации.

Применение ультразвуковых установок «Волна» в целях предотвращения накипеобразования в паровых и водогрейных котлах и теплообменной аппаратуре рекомендовано Госгортехнадзором России (письмо №12-1/1100 от 6.12.96 г.)

Конструктивно установка «Волна» представляет собой генератор импульсов в комплекте с двумя магнитострикционными преобразователями. Генератор создает ударные электрические импульсы, а преобразователи преобразуют их в механические колебания ультразвуковой частоты. Для передачи колебаний в котел (теплообменник) преобразователи привариваются к наружным поверхностям котла (теплообменника) в определенных точках с помощью электросварки. Генератор питается от однофазной сети 220В и соединяется с преобразователями электрическими кабелями (проводами) обычными методами электромонтажа. Количество преобразователей и точки их расположения выбираются с учетом конструкции котлоагрегата, его мощности и количества накипи, которое, в среднем, образуется за сезон эксплуатации.

Размещено на Allbest.ru