ООО НПП АКМА
Москва, ул. Шверника, 4 (495)228 1907 (495)228 1909 akma@npo-akma.ru
Главная Продукция Услуги Прайс-лист Контакты
 

Экспериментальное исследование эффективности ультразвукового метода снижения скорости накипеобразования

При разработке технологии «Акустик-Т» большое внимание было уделено вопросу о потенциальных возможностях использования ультразвукового метода снижения скорости накипеобразования на промышленных теплообменниках. То, что ранее этому вопросу не уделялось должное внимание, объясняется, по-видимому, отсутствием обоснованных методик и соответствующей измерительной базы у разработчиков ультразвуковой техники и риском значительных материальных потерь для пользователя теплообменника в случае его выхода из строя при проведении экспериментальных исследований.

Целью постановки и проведения подобных исследований являлось формулирование критериев оценки эффективности воздействия ультразвуковых колебаний на процесс накипеобразования, проведение сравнения параметров различной ультразвуковой аппаратуры при реальных нагрузках и разработка методики оценки экономической эффективности применения ультразвуковой технологии для предотвращения накипных отложений в различных теплообменниках.

Наиболее актуально применение ультразвука для предотвращения образования накипи на теплообменных поверхностях в малой энергетике, где обычно используется расходная вода с большим значением карбонатной жесткости. Достаточно высокие требуемые температуры расходной воды (от 55 до 85 °С) обуславливают значительную скорость накипеобразования. На пароводяных и водоводяных подогревателях толщина слоя образовавшейся накипи за один - три месяца работы может составлять 3 - 5 мм. Это приводит к необходимости регулярных остановок подогревателя для чистки.

Высокая стоимость химической подготовки расходной воды и необходимость содержания резервного теплообменника на период регулярных ремонтных работ обусловили заинтересованность ряда организаций в проведении экспериментальных исследований.

То, что ультразвук препятствует накипеобразованию на озвучиваемых поверхностях, а накипь, которая все-таки образуется, может скалываться под действием ультразвуковых колебаний, распространяющихся по элементам конструкции теплообменника, сомнений не вызывает уже более 50 лет.

Целью исследований было уточнить параметры поля в рабочей зоне, при которых обеспечивается безнакипный режим работы теплообменника либо с теплообменных поверхностей удаляются отложения, и далее определить требования к параметрам возбуждаемого ультразвукового сигнала.

Исследования проводились на пароводяных и водоводяных теплообменниках в АО «Мосэлектрощит», АО «Подольский огнеупор», на ЦТП предприятия №1 МГП «Мостеплоэнерго» и на ОАО СМК «Роса» в г. Смоленске.

В котельной АО «Мосэлектрощит» исследования проводились на четырехходовом односекционном пароводяном подогревателе ГВС типа ПП2-17-7 с целью выбора оптимальной схемы ультразвукового устройства для обеспечения снижения скорости образования накипи при работе подогревателя на артезианской воде. Карбонатная жесткость расходной воды в зависимости от сезона менялась в пределах от 4 до 4,5 мг-экв/л.

Подогреватель содержит 124 латунные теплообменные трубки с внутренним диаметром 14 мм, которые развальцованы между двумя трубными досками. Из-за повреждений при частых механических чистках 38 трубок были заглушены. Каждые 2-2,5 месяца после того. как толщина слоя накипи достигала 3-4 мм, проводилась остановка подогревателя и его чистка механическим способом. Толщина слоя накипи по длине теплообменных трубок распределялась неравномерно - максимум толщины слоя располагался у передней трубной доски, где находился ввод в подогреватель перегретого пара. После чистки подогреватель обеспечивал нагрев расходной воды до температуры 60°С при избыточном давлении пара до 0,3 атм. После 2-2,5 месяцев работы подогревателя температура расходной воды уменьшалась до 46°С при избыточном давлении пара 2,2 атм. После очередной чистки трубок подогревателя к боковой поверхности передней трубной доски были приварены два излучателя устройства «Акустик-Т2».

Через 3,5 месяца непрерывной работы были произведены остановка и вскрытие подогревателя. Перед вскрытием подогревателя температура расходной воды составляла 59°С, избыточное давление пара 0,1 атм. Визуальный осмотр показал, что толщина слоя накипи в теплообменных трубках со стороны передней трубной доски за время работы подогревателя не увеличилась. Часть оставшейся после механической чистки накипи с теплообменной поверхности была удалена, а в трубках обнаружены фрагменты сколотой накипи площадью около одного квадратного сантиметра, не вынесенные расходной водой. Толщина слоя вновь образованной накипи на полностью очищенной поверхности трубок не превышает 0,1 мм. Со стороны задней трубной доски толщина слоя вновь образованной накипи не превышает 0,5 мм.

После обследования и чистки теплообменных поверхностей подогреватель был включен в работу при увеличенной в два раза мощности ультразвукового противонакипного устройства «Акустик-Т2», конструкция которого позволяет изменять излучаемую мощность УЗ колебаний, генерируемых излучателями ультразвука. Останов и вскрытие подогревателя проведены через 6 месяцев его непрерывной работы. Со стороны передней трубной доски, на которой установлены излучатели ультразвука, и где ранее находился слой накипи максимальной толщины, накипи не обнаружено. Со стороны задней трубной доски толщина слоя накипи не превышает 1,5 мм.

Анализ результатов испытаний показывает, что применение ультразвукового противонакипного устройства «Акустик-Т2» позволило не менее, чем в шесть раз снизить скорость накипеобразования на теплообменной поверхности данного подогревателя.

В АО «Подольский огнеупор» ультразвуковые противонакипные устройства устанавливались на подогревателе ГВС, состоящем из двух двухходовых бойлеров типа МВН, включенных последовательно. Каждый подогреватель представляет собой U- образный пучок из стальных нержавеющих трубок. Диаметр каждой трубки равен 18 мм. Концы трубок развальцованы в трубной доске толщиной 40 мм.

Артезианская вода с карбонатной жесткостью 7 мг-экв/л подается в межтрубное пространство бойлера №1, нагревается конденсатом, проходящем внутри трубного пучка, и попадает в бойлер №2, где дополнительно нагревается паром, давление пара - 2,8 атм, температура горячей воды - 72°С. Скорость накипеобразования для обоих бойлеров составляла примерно 5 мм за 4 недели.

Для исследования эффективности ультразвукового метода снижения скорости накипеобразования при различных уровнях излучаемой мощности последовательно были использованы: ультразвуковой импульсный аппарат А7-АУН, производства Руставского ЭМЗ; ультразвуковая установка УЗУ-6Н, производства Московского радиотехнического завода и акустическое противонакипное устройство «АКУСТИК - Т2», такое же, как и использовавшееся в котельной АО «Мосэлектрощит». Эти ультразвуковые аппараты отличались друг от друга мощностью ультразвукового импульса. Схема подогревателя и схема установки преобразователей приведены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Рисунок 1 – Схема подогревателя ГВС
Рисунок 2 – Схема установки преобразователей А7-АУН (а), УЗУ-6Н (б), Акустик-Т2 на подогревателе.

На первой стадии экспериментальных исследований на оба бойлера были установлены ультразвуковые импульсные аппараты А7-АУН. Один магнитострикционный излучатель ультразвука был приварен в верхней точке боковой поверхности трубной доски, а второй излучатель был приварен сверху в центре корпуса бойлера. Обследование работы подогревателя показало, что за месяц его непрерывной работы на внешней поверхности трубок образовался равномерный слой накипи толщиной 5 мм.

На второй стадии экспериментальных исследований на корпуса бойлеров, после проведения механической чистки теплообменных поверхностей, были установлены дополнительно излучатели ультразвуковой установки УЗУ-6Н. Излучатели ультразвука были приварены в центре торцевой поверхности корпусов бойлеров. Остановка и демонтаж подогревателя был проведен после одного месяца работы подогревателя. Визуальный осмотр теплообменных поверхностей показал незначительное уменьшение скорости нарастания накипи. Однако, качественный характер накипи изменился значительно. Образовавшаяся за месяц работы накипь имела ярко выраженный чешуйчатый характер, причем новообразования накипи отмечались как на внешней, так и на внутренней поверхности чешуек. Хотя толщина накипи составила 4 мм, ее сцепление с поверхностью было значительно более слабым по сравнению с предыдущим случаем.

На третьей стадии экспериментальных исследований на бойлер №2, после проведения механической чистки трубного пучка, было установлено акустическое противонакипное устройство «Акустик-Т2». Оба излучателя были приварены перпендикулярно к боковой поверхности трубной доски. Бойлер №1 не оснащался ультразвуковыми устройствами и рассматривался как контрольный. После пяти недель непрерывной работы бойлер был остановлен.

Визуальное обследование теплообменных поверхностей бойлера №2 показало, что толщина накипных отложений на трубном пучке составляет от 0 до 0,5 мм. Вся образовавшаяся за пять недель накипь в виде шлама была сосредоточена внизу корпуса бойлера и на горизонтальном экране. По техническим причинам продувок за время проведения эксперимента не проводилось. На контрольном бойлере №1 накипь имела толщину не менее 4 мм и равномерно покрывала поверхность трубного пучка.

Полученные результаты промышленных испытаний показывают, что для пароводяных подогревателей при температуре воды - 72°С, расходе - 50 м³/час, карбонатной жесткости - 7 мг-экв/л, уровни ультразвуковой мощности, генерируемые излучателями, которые возбуждаются видеоимпульсами тока, недостаточны для уменьшения скорости образования накипи. Однако, при увеличении числа излучателей, установленных на одной двухходовой секции, накипь становится более рыхлой. Применение для тех же условий более мощной ультразвуковой аппаратуры, которая возбуждает излучатели пачками коротких видеоимпульсов, позволяет снизить скорость образования накипи примерно в 8 раз.

Проверка эффективности работы ультразвуковых устройств при установке их на теплообменном оборудовании, в котором карбонатная жесткость расходной воды не превышает 1 мг-экв/л, проводилась на ЦТП предприятия №1 ТС и станций МГП «Мостеплоэнерго». При проведении исследований использовались устройства УЗУ-6Н, излучатели которых были установлены на трубных досках оконечных секций водоводяных бойлеров ГВС.

До установки устройств образующаяся накипь равномерным слоем покрывала внутреннюю поверхность трубок. Скорость нарастания накипи составляла 0,5-0,8 мм/год при температуре расходной воды от 55 до 57°С. Очистка внутренних поверхностей теплообменных трубок бойлеров от накипи осуществлялась один раз в два года механическим способом, последняя очистка трубок была проведена за пять месяцев до установки ультразвуковых устройств.

Через четыре месяца после установки устройства УЗУ-6Н было проведено обследование теплообменных поверхностей бойлера. Визуальный осмотр показал, что на некоторых участках внутренней поверхности теплообменных трубок лежит слой рыхлой, легко удаляющейся накипи толщиной не более 0,2 мм, а на части поверхности трубок накипи не обнаружено.

После получения положительных предварительных результатов исследования эффективности работы ультразвуковых устройств, ими были оснащены бойлеры ГВС на шестнадцати ЦТП.

Через год непрерывной работы было проведено вскрытие части бойлеров, включая те, которые отработали полтора года. На поверхности теплообменных трубок толщина слоя накипи составляет 0,05 мм (соскобы накипи дали менее 5 мм³ с одного квадратного сантиметра поверхности). Измерение уровней ультразвуковых сигналов, генерируемых излучателями ультразвука, приваренными к трубным доскам, показало неизменность уровня излучаемой мощности за полтора года эксплуатации устройств. Ультразвуковые противонакипные устройства были установлены так же на одном подогревателе, толщина равномерного слоя накипи на теплообменной поверхности которого составляла 1мм. Обследование подогревателя через год его непрерывной работы показало наличие в теплообменных трубках сколотой накипи, площадь поверхности отдельных фрагментов которой достигала 0,5 см² , на очищенной поверхности вновь образованной накипи не обнаружено.

Полученные результаты промышленных испытаний показывают, что для водоводяных подогревателей при температуре воды - 56°С, карбонатной жесткости менее 1 мг-экв/л, уровень мощности, генерируемый устройствами, излучатели которых возбуждаются видеоимпульсами тока (УЗГ4, Волна, А7-АУН, УЗУ-6Н, Экоакустик-002, ИЛ-2), достаточен для уменьшения скорости образования накипи не менее, чем в 10 раз.

При карбонатной жесткости расходной воды до 5-7 мг-экв/л наиболее эффективны мощные ультразвуковые устройства. В таких устройствах (УЗУ-1, «Акустик», «Акустик-Т», УЗУ-8Н, «Антинакипь - БПИ») для возбуждения излучателей ультразвука используются радиоимпульсы тока с заданной несущей частотой или пачки коротких видеоимпульсов тока с заданной частотой повторения импульсов в пачке. Результаты испытаний подтверждают и необходимость предварительной, перед установкой противонакипных устройств, очистки теплообменной поверхности подогревателей от слоя ранее образованной накипи, толщина которого составляет 1 мм и более.

 
ООО НПП АКМА