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

Отработка технологии «Акустик-Т» на кожухотрубных теплообменниках.

Отработка технологии «Акустик-Т» (технологии предотвращения накипеобразования с использованием ультразвука) была проведена на скоростных подогревателях МВН в ОАО Смоленский молочный комбинат «Роса» с использованием разработанных универсальных противонакипных устройств «Акустик - Т4С».

Водоводяной подогреватель МВН 2052-30 ОСТ10 используется в технологическом цикле для подогрева воды. По проекту он был рассчитан на работу с умягченной водой. Дороговизна умягчения вынудила отказаться от химической водоподготовки. Подогреватель работает в системе горячего водоснабжения, нагревая в баках - аккумуляторах артезианскую воду с карбонатной жесткостью 7,5 – 8,5 мг-экв/л до температуры 75 – 85 °C. Каждая из трех секций подогревателя имеет диаметр 168 мм и состоит из 37 латунных трубок диаметром 16 мм и длиной 4 метра. Два бака-аккумулятора заполняются водой с температурой 10 – 15 °C, предварительно прошедшей очистку в фильтре обезжелезивания. После нагрева вода из баков-аккумуляторов скачивается на производство. Суточный расход воды - 200 кубических метров. Греющая вода имеет температуру 75-100 °C. Очистка внутренней поверхности теплообменных трубок всех секций проводилась каждые шесть-восемь недель. На время ремонта в работу включался аналогичный резервный подогреватель. Толщина слоя накипи на внутренней поверхности трубок третьей секции достигала 3-4 мм даже при работе бойлера на нижней температурной границе расходной воды (75 °C). Это вызывало необходимость предварительной механической чистки трубок с последующей промывкой кислотой. Такая технология эксплуатации подогревателя привела к значительному возрастанию трудозатрат по его обслуживанию и ухудшению состояния поверхностей нагрева.

При разработке проекта снижения скорости накипеобразования при помощи ультразвука были использованы предыдущие наработки авторов в этом направлении . Выбранная схема установки на трубных досках трех секций подогревателя четырех магнитострикционных излучателей ПМСИ-3 ультразвукового противонакипного устройства «Акустик-Т4C» предполагала стандартный для таких подогревателей скоростной режим и выходную температуру нагреваемой воды 75 °C.

Преобразователи были приварены к торцам входных трубных досок каждой секции и к выходной трубной доске третьей секции. После приварки волноводов преобразователей качество сварки было проверено при помощи специально разработанного индикатора амплитуды ультразвуковых колебаний поверхности «Экотест». Использование этого прибора позволяет установить такую частоту возбуждения, которая совпадает с резонансной частотой нагруженного преобразователя и обеспечивает максимальную амплитуду полезного сигнала.

Результаты измерений распределения амплитуды ультразвуковых колебаний показали, что структура поля в трубной доске имеет весьма сложный характер. При этом величина амплитуды смещения, ортогонального оси трубок, на теплообменных поверхностях в среднем определяется законом

h=h0 × exp(-0,2 × L)

где h0, h - амплитуды смещения вблизи трубной доски, на которой установлен ультразвуковой преобразователь, и на расстоянии L от нее.

Через три недели непрерывной работы после установки противонакипного устройства подогреватель был остановлен и вскрыт. Визуальное обследование показало, что в первой секции подогревателя накипные отложения на стенках трубок отсутствовали, во второй секции трубки были покрыты отложениями толщиной до 0,7 мм только на расстоянии 30 см от выходной трубной доски, в третьей секции трубки были занесены накипными отложениями толщиной до 2,5 мм. Таким образом, если для низкотемпературной части теплообменника результаты расчета по снижению скорости накипеобразования подтвердились, то для выходной секции расчетная мощность ультразвуковых преобразователей оказалась недостаточной для данного химического состава воды и скоростного режима работы подогревателя.

Для проверки последнего предположения расходная вода была частично умягчена. После химической очистки, полностью удалившей накипь с теплообменных поверхностей, и умягчения расходной воды до 4 мг-экв/л подогреватель был включен в работу. При этом расходная вода подогревалась до верхней температуры рабочего диапазона – 85 °C. Останов подогревателя был произведен через четыре недели его непрерывной работы, вскрыты все секции с двух сторон.

На внутренней поверхности теплообменных трубок всех трех секций накипных отложений не обнаружено. Повторный останов подогревателя был проведен через один год. На внутренней поверхности теплообменных трубок всех трех секций накипных отложений также не обнаружено. При этом, обеспечение безнакипного режима работы подогревателя при помощи аппаратуры «Акустик-Т4С» признано заказчиком экономически целесообразным.

Одновременно с обследованием подогревателя была проведена ревизия баков-аккумуляторов. Нагретая вода в баке от зеркала до уровня линии забора воды всасывающим насосом прозрачна. Ниже уровня линии забора воды и до дна бака (примерно 30 см.) вода содержит мелкую взвесь шлама серого цвета. Шлам не прилипает к стенкам бака и легко удаляется продувкой.

Результаты проведенных экспериментальных исследований позволили обратить внимание на особенности скоростного режима работы подогревателя. Для периодически отключаемого теплообменника требования, предъявляемые к характеристикам ультразвуковой аппаратуры, оказываются более жесткими, чем для теплообменника работающего при постоянной скорости прокачки нагреваемой воды.

После уточнения требований к параметрам ультразвукового поля в рабочей зоне экспериментальные исследования были продолжены с целью определения конфигурации ультразвукового устройства, которое обеспечило бы безнакипный режим работы теплообменника при использовании более жесткой воды и остановке циркуляции в ночное время.

Теплообменник был снабжен дополнительно четырьмя преобразователями ПМСИ-3. Жесткость нагреваемой воды была увеличена до 6 – 6,5 мг-экв/л. После четырех недель работы подогреватель был вскрыт. Поверхность трубок либо чистая с характерным латунным блеском, либо покрытая тонким слоем легко скалываемой накипи. На выходе третьей секции (в трех трубках из тридцати семи) обнаружены свободно лежащие осколки накипи толщиной до 0,4 мм. Так как эти осколки накипи не прикипели к поверхности трубок, то можно считать, что их влияние на режим теплообмена незначительно.

Затем, в качестве нагреваемой воды была использована неумягченная вода с жесткостью до 7,5-8,5 мг-экв/л. После четырех недель работы подогреватель был вскрыт. На внутренней поверхности трубок всех секций первичные накипные отложения отсутствовали. Таким образом, эксперимент показал, что расчетное размещение ультразвуковых преобразователей на теплообменнике обеспечивает безнакипный режим работы. Однако особенности скоростного режима работы данного теплообменника привели к следующему эффекту. На внутренней поверхности трубок второй и третьей секций вблизи мест входа греющей воды присутствовали сколы накипи наносного характера. Характер отложений подтверждался тем, что они имелись только в трубках нижней половины секции. Особый интерес представляли обломки накипи, прикипевшие к входной трубной доске третьей секции. Их характерный сегментный вид с тонкими краями был связан, по-видимому, с тем, что при выключении прокачки мелкие частицы накипи, находящиеся во взвешенном состоянии в нагреваемой воде, оседают на дно трубок и успевают за 12 часовой перерыв в работе кристаллизоваться до толщины в несколько сотен микрон. При включении теплообменника под действием ультразвука накипь откалывается кусочками и уносится нагреваемой водой в бак-аккумулятор. Однако, те накипные чешуйки, продольный размер которых превышает поперечный размер трубок, застревают в нижней части входной трубной доски и перекрывают трубки. При этом, вследствие снижения скорости течения воды в частично закрытых трубках, отдельные кусочки накипи не выносятся в бак, а закрепляются на внутренней поверхности в местах наибольшего температурного градиента.

Полученный результат наглядно подчеркивает, что подбор оптимального безнакипного режима работы теплообменника требует учета не только карбонатной жесткости воды и ее температуры, но и скорости протекания воды в теплообменнике, поскольку последняя также влияет на процесс отложения накипи. Недостатки скоростного режима могут быть скомпенсированы установкой шламоуловителей на теплообменном оборудовании, в данном случае между выходом второй и входом третьей секции.

Из всех рассмотренных режимов работы скоростного подогревателя заказчиком был признан наиболее благоприятным режим работы с жесткостью нагреваемой воды 6-6,5 мг-экв/л. При этом режиме отсутствуют крупные осколки накипи, которые могут заносить дно бака-аккумулятора, нет необходимости устанавливать специальный шламоуловитель, обеспечивается продолжительная работа подогревателя без контрольных вскрытий. Кроме этого, при существующих ценах на соль и воду окупаемость одного прибора «Акустик –Т4С» составляет 4-6 месяцев.

Анализ результатов проведенных работ и сопоставление их с данными, полученными при изучении работы противонакипных устройств на других теплообменниках, позволили сформулировать положения технологии «АкустикТ» для кожухотрубных теплообменников.

 
ООО НПП АКМА