Применение ультразвука для ограничения накипеобразования в теплосетях

Размещено на http://www.allbest.ru/

применение ультразвука для ограничения накипеобразования в теплосетях

Пирогов Г. В., к.т.н., ТЭЦ-25, фил. ОАО «Мосэнерго»,

Богловский А.В., к.т.н., МЭИ ТУ, Москва

В настоящее время в системах теплоснабжения достаточно широкое распространение получили методы коррекционной обработки сетевой и подпиточной воды различными ингибиторами накипеобразования (антинакипинами). Простота осуществления и возможность исключения солевых сбросов в схемах подготовки подпиточной воды тепловых сетей делают эту технологию особенно привлекательной с экологической точки зрения.

Однако область эффективного применения ингибиторов накипеобразования ограничена как качеством исходной воды (карбонатный индекс, как правило, не выше ~15(мг-экв/л)2), так и температурой подогрева: для водогрейных котлов - не более 110 0С, для бойлеров - не более 120-130 0С. В то же время для подпитки теплосетей зачастую используется артезианская вода или смесь поверхностных и артезианских источников, характеризующихся более высокими значениями карбонатного индекса. Применение в этих условиях коррекционной обработки воды ингибиторами накипеобразования приводит к постепенному заносу отложениями не только бойлеров, но и водо-водяных подогревателей (обычно со стороны греющей воды) и вынуждает в периоды прохождения зимнего максимума температур дополнительно умягчать часть потока подпиточной воды.

В связи с этим в качестве альтернативы ионообменному умягчению было интересно оценить эффективность одного из безреагентных методов ограничения накипеобразования - акустическую (ультразвуковую) технологию как дополнение к коррекционной обработке воды антинакипинами.

Результаты многочисленных исследований влияния ультразвука на процессы кристаллизации и накипеобразования неоднозначны и поэтому практика использования акустического метода ориентируется в основном на эмпирические данные, полученные в промышленных условиях. В последнее время для промышленного использования разработаны, прежде всего, специалистами Акустического института, новые конструкции ультразвуковых аппаратов. Основные отличительные особенности этих устройств заключаются в следующем:

- в излучателях используется магнитострикционный материал "пермендюр", обладающий значительно более высокой эффективностью преобразования энергии электрических колебаний в механическую энергию и более высокой допустимой температурой работы преобразователя;

- схема формирования сигнала сделана таким образом, что согласование излучателя с корпусом или отдельными частями теплообменного оборудования происходит автоматически и практически не требует настройки. Это позволяет уменьшить потребляемую электрическую мощность при более полном ее использовании;

- применен новый способ возбуждения колебаний, названный "двухчастотным", что уменьшает влияние резонансов труб. В результате происходит более полная очистка от отложений, без образования "резонансных колец" из накипи.

Для оценки эффективности новых аппаратов и выявления основных закономерностей ограничения накипеобразования в оборудовании систем теплоснабжения при обработке сетевой воды антинакипинами и ультразвуком была разработана экспериментальная установка, имитирующая оборудование теплосетей.

Исследования проводились на растворах, соответствующих по качеству водам артезианских источников с повышенной жесткостью и щелочностью, что позволяло сократить время опытов. В табл. 1 приведен состав исследуемых растворов.

ингибитор накипеобразование ультразвук теплоснабжение

Таблица 1

Состав исследуемого раствора

Предварительно были проведены “холостые” опыты для оценки интенсивности накипеобразования в условиях работы стенда без применения каких-либо мер для его ограничения. Результаты этих опытов для условий подогрева раствора до 80-82 0С (температура поверхности экспериментального участка tст = 87-90 0С) при значениях Re ~11000 иллюстрирует рис.1.

Рис. 1. Зависимость интенсивности накипеобразования от времени в “холостом” опыте.

Как видно из приведенной зависимости, интенсивность накипеобразования стабилизируется на достаточно высоком уровне примерно через 30-40 часов (т.е. после полного заращивания трубок). Некоторое различие в интенсивности между образцами-вставками обусловлено увеличением температуры раствора и стенки по ходу раствора.

Характер изменения накипеобразования в аналогичных условиях при использовании акустических колебаний приведен на рис.2.

Рис. 2. Зависимость интенсивности накипеобразования от времени с использованием ультразвука

Сопоставление полученных зависимостей указывает, прежде всего, на примерно одинаковую закономерность увеличения интенсивности накипеобразования по мере заращивания теплообменной поверхности. Процесс заращивания завершается также через 30-40 часов. Однако затем наблюдается спад интенсивности, обусловленный частичными сколами отложений. Отложения отслаиваются непосредственно от поверхности в виде чешуек толщиной порядка 170-180 мкм. В последующем оголенные участки поверхности вновь зарастают, причем значительно быстрее. Следует отметить, что в ходе экспериментов не было отмечено сколь-нибудь заметного влияния ультразвука на свойства раствора: все измеряемые параметры оставались на прежнем уровне (рН, щелочность, жесткость). Наблюдаемое влияние акустических колебаний подтверждает их механический характер: напряжения, возникающие в металле под действием акустических колебаний и вызывающие изменение геометрических размеров, передаются отложениям и приводят по достижении определенной толщины к их разрушениям.

Отмеченный характер влияния акустических колебаний делает эту технологию недостаточно эффективной в условиях работы оборудования теплосетей. Поэтому в последующем исследовалась возможность применения ультразвука как дополнение к коррекционной обработке сетевой воды антинакипинами.

Для исследования влияния ультразвука на накипеобразование при коррекционной обработке воды антинакипинами была увеличена температура подогрева раствора до 100-105 0С, температура стенки при этом составляла 127-130 0С. В качестве антинакипина использовался хорошо зарекомендовавший себя в условиях работы теплосетей реагент ПАФ-13А.

На первой стадии этих исследований оценивалась эффективность обработки воды только антинакипинном, причем для ускорения зарастания концентрация ПАФ-13А поддерживалась достаточно низкой. Затем включался ультразвук до разрушений отложений, после чего снова обработка велась только антинакипином, но с большей концентрацией, снова включался ультразвук и т.д. Режим обработки приведен в табл. 2.

Таблица 2

Режим обработки воды

Характер изменения интенсивности накипеобразования в этих опытах приведен на рис.3.

Как видно из приведенной зависимости дополнительная обработка ультразвуком позволяет даже при низких дозах антинакипина резко снизить интенсивность накипеобразования. При этом сколы начинаются при толщине отложений вдвое меньшей, чем при обработке только ультразвуком (~90 мкм). Увеличение концентрации антинакипина до обычно применяемых на практике значений (4-5 мг/л) без ультразвука приводит к достаточно высокой интенсивности накипеобразования (2,5-3,5 г/м2ч), значительно превышающей допустимые пределы. Совместное применение антинакипина с оптимальной концентрацией ~5 мг/л и ультразвука позволяет поддерживать интенсивность на достаточно низком уровне. Причем процесс сопровождается отслоением накипи уже при толщине порядка 20 мкм.

Рис. 3. Зависимость интенсивности накипеобразования от времени с использованием ультразвука и реагента ПАФ-13А

Выявленные закономерности влияния ультразвука и антинакипина достаточно хорошо согласуются с представлениями о сорбции антинакипина на поверхности растущих кристаллов и снижении в результате их прочности с последующим разрушением под действием акустических колебаний.

Результаты проведенных исследований были использованы при разработке и внедрении комбинированной технологии коррекционной обработки воды антинакипином совместно с ультразвуком на котельной №2 МУП «Теплосеть г. Железнодорожный», работающей по схеме котел-бойлер с открытым водоразбором. В дополнение к обработке подпиточной воды антинакипином в отопительном сезоне 2007/2008гг. на водо-водяном подогревателе второй ступени и на бойлерах были установлены генераторы ультразвуковых колебаний. Испытания технологии в целом подтвердили ее высокую эффективность: в течение всего отопительного сезона не было выявлено каких-либо нарушений водно-химического режима котельной.

Размещено на Allbest.ru