На главную

Устройства ультразвуковой

очистки УУЗ-2мк2 (керамика)

Устройство ультразвуковой очистки УУЗ-2мк (микроконтроллер)

 Ванна ультразвуковая 2,5кВт

Теория, принципы

работы

Экономическая эффективность

Резонанс,

эффект

Виллари

Способы и примеры

установки

Области возможного применения

 

  Сертификат

 

 

Контакты

 

Ультразвуковые установки для борьбы с отложениями накипи

описание, принципы работы

 

Один из основных теплоносителей, применяемых в технике и коммунальном хозяйстве – вода. Вода является самым лучшим, из известных, универсальных растворителей. Следовательно, любая вода, если только она специальным образом не приготовлена и сохранена, содержит в себе различные соли. Как известно,  наличие растворенных солей в воде придает воде свойство, называемое жесткостью. Различают жесткость временную и постоянную. Не будем касаться постоянной жесткости, которую  определяют соли, растворимые в воде при любых условиях. Нас интересует временная жесткость, жесткость, обусловленная солями, переходящими при определенных условиях из растворимой -  в нерастворимую форму. В частности, это соли кальция Ca, магния Mg и др. Один из способов устранения временной жесткости – нагрев воды до температуры кипения, при этом соли временной жесткости переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Этот осадок называют накипью или твердыми отложениями.

На графике слева показана зависимость перерасхода топлива в % от толщины слоя накипи. При работе теплообменного оборудования (котлов, теплообменников, испарителей, охладителей и т.п.) на поверхностях нагрева образуются отложения накипи (СаСО3, MgCO3, CaSiO3 , окислы железа и др.). Вследствие этого ухудшается теплопередача -  теплопроводность накипи в десятки раз ниже, чем у металла; снижается экономичность и производительность оборудования - при слое накипи в 1 мм пережог топлива составляет 2 ¸ 2,5%, а при 5 мм - до 10 ¸ 15% и т.д.  Из-за перегрева металла и коррозии под слоем накипи сокращается срок службы металла труб, происходят аварии металлоконструкций теплообменных агрегатов (свищи, отдулины, разрывы). Наличие кипения на поверхности труб обеспечивает надежное охлаждение стенок поверхностей нагрева котла, так как температура металла труб со стороны газов превышает температуру кипения воды лишь на 15 - 25 °С. Так, при расчетном давлении в жаротрубном котле 0,6 МПа температура насыщения равна 159 °С, а максимальная температура стенки металла со стороны газа не превышает 183 °С. В таких условиях срок работы углеродистой стали – несколько десятков лет.

Однако по выше изложенным причинам, при ухудшенной водоподготовке и одноконтурной схеме включения котлов, если в воде находятся соли жесткости, при кипении воды на поверхности образуются плотные кальциевые отложения, которые существенно увеличивают термическое сопротивление стенки. Для котлов КСВа, «ВК» один миллиметр накипи при высоких тепловых потоках в жаровой трубе увеличивает температуру стенки — на 100 -120 °С. При толщине накипи 3 мм и более температура металла достигает уже 500 и более °С, при этом углеродистая сталь теряет свою прочность, на жаровых трубах появляются вздутия, трубные решетки поворотной камеры коробятся, а трубы газотрубных пучков перегорают. Такие же проблемы возникают при эксплуатации импортных котлов. При типичных нарушениях водоподготовки, при которых происходит ухудшение состояния металла поверхностей нагрева ГЖК, образуются трещины в трубной доске, перегорание труб газотрубных пучков и др., в финале – полное разрушение котла.

Также, по окончании отопительного сезона приходится выполнять трудоемкую и дорогостоящую процедуру удаления накипи с поверхности нагрева котлов и теплообменной аппаратуры. И также, накипь уменьшает сечение труб, увеличивая их гидросопротивление, а это влечет за собой дополнительные потери электроэнергии в насосном оборудовании на перекачку воды.

Ниже показана зависимость суточного перерасхода газа от толщины накипи для некоторых типов котлов.

 

Таблица 1

№ п/п

Марка котла

Производи-тельность, Гкал/час

Толщина накипи

δ=0,5 мм

δ=4,0 мм

Перерасход газа, куб.м

Перерасход газа, куб.м

1.

Е 1/9

0,6

30

132

2.

ВК-22

2,2

109

483

3.

КВЗГМ-4

4,0

199

575

4.

КВГ-6,5 ДКВР-10/13

6,5

324

1429

 

Чтобы исключить возможность аварий и продлить срок службы оборудования между профилактиками, необходимо, каким-либо образом исключить возможность образования на теплообменных поверхностях слоя отложений. Существуют физические и химические способы умягчения воды.

 Для химического умягчения используемой воды требуются значительные затраты на сооружение и обслуживание химводоподготовки. Умягчение воды с помощью ионообменных материалов или введения комплексонов в открытых системах теплоснабжения, а также при нагреве воды для горячего водоснабжения, как правило, не экономично и экологически вредно. Кроме того, в большинстве случаев, химические реактивы сами способствуют разрушению металлоконструкций.

Известны безреагентные методы снижения и предотвращения накипеобразования. Наиболее известные из них – магнитная обработка воды, так называемая система «анти-кальций» и  ультразвуковые установки очистки и предотвращения отложений.

Магнитная обработка воды основана на прохождение воды через магнитное поле. Предполагается, что магнитное поле изменяет физико-химические свойства воды. В результате этого накипь, либо вообще не должна выпадать, либо отложения накипи должны слабо прикрепляться к стенкам теплообменного оборудования. К сожалению, многолетний опыт применения подобных установок показал низкую эффективность данного метода. В одних случаях получается ожидаемый результат, в других – эффект отсутствует. Результаты применения крайне нестабильны. Чаще встречается отрицательный результат.

        Ультразвуковой метод предотвращения накипеобразования основан на исследованиях, проводившихся в СССР с конца 50-х годов. В результате воздействия ультразвуковых колебаний наблюдается либо прекращение образования отложений, за счет нарушения условий кристаллизации, либо разрыхление образующейся накипи. В слое накипи под воздействием ультразвуковых колебаний образуются микротрещины, которые, накапливаясь, приводят к разрушению имевшихся отложений и к очистке оборудования. Шлам удаляется с током воды или продувкой. Следует учесть, что данный метод физический и действует на все виды солей и органических отложений независимо от их химического состава. Желательно, после теплообменного агрегата, который защищен ультразвуковыми установками, установить устройство, задерживающее взвесь коагулированной накипи, чтобы не засорять потребителей. Данный метод является наиболее эффективным и универсальным из безреагентных физических методов, экономичен, экологически чист, безопасен для оборудования и персонала. Может сочетаться с вводом комплексонов и химводоподготовкой воды.

Кроме того, ультразвуковые колебания оказывают разрушающее действие на ранее образовавшуюся накипь. Ультразвуковые колеба­ния, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия, под влиянием которых прочность связи внутри карбонатных отложений, а также между карбонатным отложением и металлом нарушается, и при этом образуются трещины. Вода под действием капиллярных сил проникает через трещины-капилляры к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание карбонатных отложений. Отслоившиеся мелкие частицы и чешуйки карбонатных отложений скапливаются в нижней части тепло-обменного оборудования и удаляются периодической продувкой.

Действие ультразвука не ограничивается только предотвращением образования карбонатных отложений и сохранением за счет это­го эффективности теплотехнического оборудования. Ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет микропотоков, образуемых колебаниями стенок труб и воды в них, и 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 жидкости на границе двух сред металл - жидкость, что также способствует увели­чению теплопередачи. Явление снижения гидродинамического сопротивления особенно эффективно проявляется в узких микронных щелях естественных дефектов внутренних поверхностей труб, где в обычных условиях (без ультразвука) в теплообменном оборудовании сохраняет­ся кислород из воздуха, а при воздействии ультразвуковых колебаний он легко выходит из этих щелей.


           
В результате этого исключается один из механизмов кислородной коррозии металла труб. Длительное воздействие ультразвуковых импульсов на внутреннюю поверхность труб, обладающую дефектами в виде микротрещин, производит деформацию на­иболее податливых участков поверхности вблизи микротрещин. Благодаря этим деформациям происходит наклеп краев трещин, в результате чего они оказываются закрытыми и не подверженными проникновению в них кислорода при сливе воды из оборудования. Внутренняя поверхность труб становится гладкой, и полная площадь ее резко уменьшается, что приводит и к уменьшению вероятности коррозии. Получаемый таким образом эффект коррозионной защиты в какой-то степени заменяет пассивирование внутренней поверхности труб.

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

 

 Таким образом, процесс удаления накипи и снижения скорости ее нарастания влечет за собой следующие виды расходов: