Методы борьбы с отложениями в энергетическом оборудовании

Для борьбы с отложениями и для снижения скорости их образования в теплообменном оборудовании используют различные средства: химические, физические и механические.

Способы борьбы с отложениями структурно можно разделить на следующие виды:

Химические	Физические	Механические
обработка воды: - неорганические: смещение растворимости; - органические: стабилизация взвеси; -биологические: подавление микроорганизмов.	- магнитные; - ультразвуковые; - ультрафиолетовые; - электромагнитные; - электростатистические.	- щетки; - шарикоочистка; - гидромеханические; - термический стресс; - механические колебания; - водо-воздушная эмульсия; - использование газовоз-душной эмульсии или газированной воды.

Эффективность способов определяется по снижению скорости образования отложений:

u_б.в.

где u_б.в. – скорость образования отложений без воздействия, u_с.в. – скорость образования отложений с воздействием.

9.4.1. Химические способы борьбы. Химические способы борьбы сводятся к обработке воды и поверхности, покрытию поверхности.

Обработка воды предполагает предотвращение отложений за счет ее очистки или химической обработки.

Очистка воды предполагает:

- получение дистиллята и заполнение им трубопроводов и оборудования;

- использование ионообменных фильтров для очистки воды от анионов и катионов, образующихся в ней при гидротации солей.

Эти способы являются достаточно дорогими и чаще всего неприемлемыми в системах с большим расходом охлаждающей воды, к которым, в частности, относятся:

- системы технического водоснабжения, охлаждающие, в том числе и конденсаторы турбин;

- системы ответственных потребителей – более чистая система техводы с брызгающими бассейнами.

Вода в этих системах непосредственно контактирует с внешней средой, поэтому в них обрабатывать воду химическими веществами недопустимо.

Поскольку СаСО₃ и MgCO₃ находятся в охлаждающей технической воде в насыщенном состоянии, то при нагревании выпадают на теплообменные поверхности. Для того чтобы избежать выпадения солей жесткости, воду в системе подкисляют либо HCl, либо H₂SO₄. В результате этого соли жесткости переходят в хорошо растворимые соединения CaCl₂ и CaSO₄. Их растворимость в 10 - 100 раз выше, чем первоначальная. Расход кислот в закрытых циркуляционных системах составляет более одной тонны в сутки.

Кроме обработки неорганическими веществами, в последнее время получила широкое распространение обработка органическими соединениями. Их называют ингибиторами накипеобразования.

Для этих целей обычно используют:

- поверхностно-активные вещества (ПАВ). Активность молекул этих веществ блокирует поверхности, они могут даже разрывать крупные дисперсные частицы и тем самым предотвращать коагуляцию этих частиц и микрокристаллов, а также их осаждение на теплообменную поверхность;

- органические полимерные комплексоны на основе фосфора (фосфаты, фосфонаты). Для получения значительного эффекта достаточно небольших концентраций этих веществ. Хороший эффект достигается в испарительных установках на морской воде. Разработка этих комплексонов носит коммерческий характер и формулы их, как правило, засекречены. Например, при концентрации 50 - 70 мг/л снижение скорости образования отложений может составлять до 30 %. Некоторые высокомолекулярные органические соединения с низкими концентрациями (в приделах по ПДК) могут вводиться в открытые охлаждающие системы (пруды охладители и др.), не нарушая экологии водоема.

Кроме предотвращения осаждения солевых отложений и дисперсных частиц, в оборудовании существует проблема загрязнения теплообменных поверхностей микроорганизмами (водоросли, рачки и др.).Для предотвращения их осаждения используют ряд металлов-отравителей по степени активности (ртуть, свинец, медь), а также их соли (медный купорос, хлорокись меди, марганцевый кислый калий).

Обработка поверхности проводится с целью снижения скорости образования отложений. При этом теплообменная поверхность обрабатывается или покрывается следующими органическими соединениями жидкими либо твердыми:

- жидкие –ПАВ, которые слоем в одну молекулу покрывают поверхность (5 - 10 мкм) и таким образом предотвращают осаждение на ней частиц, а также образование кристаллов;

- твердые органические покрытия наполненных полимеров, таких, например, как фторопласт, поливинилхлорид ПВХ и др.

Основным недостатком этих способов является то, что они оказывают существенное влияние на теплообмен.

Коэффициент теплопередачи при наличии слоя покрытия будет зависеть от толщины и теплопроводности слоя, т.е. необходимо, чтобы слой был как можно тоньше и имел как можно больший коэффициент теплопроводности:

.

Однако обычный фторопласт имеет коэффициент теплопроводности l_фт» 0,04 Вт/(м×К),что является недопустимо низким значением.

Оптимизационными расчетами установлено, что эффект от покрытия будет лишь тогда, когда теплопроводность его материала будет l_сл ³ 2,0 Вт/ (м×К), а толщина менее 300 мкм.

Для увеличения коэффициента теплопроводности полимеры наполняют мелкодисперсными включениями, имеющими высокую теплопроводность, такими как углерод, алюминий, медь и др, объемным содержанием 5 - 30 %.

Однако в настоящее время для ПВХ при контролируемой толщине 300 мкм теплопроводность достигнута на уровне 0,7 Вт/(мК), а для наполненного фторопласта при толщине до 90 мкм, =0,35 Вт/(м К).

Металлические покрытия предполагают основной металл теплообменной трубки покрывать тонким слоем другого металла, отложения на котором не образуются. Например, нагревательный элемент в чайнике TEFAL.

Если отложения уже образовались, иногда их очищают химическим путем, путем кислотной отмывки. Для этих целей используют 5% раствор HCl, в который добавляют до 0,5 % ингибиторов коррозии.

Несмотря на то, что системы содержащие сплавы цветных металлов не допускается подвергать кислотной обработке, на некоторых станциях, например, на Ровенской АЭС, это считается единственным способом очистки конденсаторов турбин от отложений. С периодичностью 6 - 10 месяцев каждый конденсатор турбины подвергается кислотной промывке.

9.4.2. Физические способы. Физические способы основаны на использовании различных физических полей, таких, как магнитные, электростатические, ультразвуковые и др., которые воздействуют на:

- растворимость солей жесткости в воле;

- взаимодействие взвешенных в воде частиц между собой и кристаллами солей;

- формирование кристаллической структуры отложений.

Магнитная обработка заключается в прокачке воды через магнитное поле высокой напряженности. Высокая напряженность магнитного поля достигается за счет прокачивания воды через малые зазоры - щели, (рис.9.10,а);

- через плотную упаковку постоянных магнитов (рис.9.10,б);

- в зазорах парамагнитной металлической стружки, которая намагничивается за счет воздействия на нее внешнего электромагнитного поля (рис.9.10,в).

Опытные установки в системах технического водоснабжения работали на Ровенской АЭС и в системе Ростовэнерго. Недостаток систем - их высокое гидродинамическое сопротивление. Эффективность обработки в разных системах колеблется от 15 до 30 %.

Электростатическая обработка заключается в наведении на поток воды постоянного электростатического поля. Эффективна эта обработка для осветления воды. Однако при обработке наблюдается и эффект понижения накипеобразования.

Рис.9.10. Схемы магнитной обработки воды: а- через узкую щель; б- постоянными магнитами; в- в насадке, намагниченном внешним электромагнитным полем; 1- электромагниты; 2- постоянные магниты; 3- парамагнитный насадок; 4- корпус

Эффективность снижения скорости образования отложений на постоянном токе составляет 30 - 35 %, а на переменном токе - до 20 %.

Ультрафиолетовое воздействие является одним из способов очистки воды от биологических включений. Замечено также воздействие ультрафиолета на смещение карбонатной растворимости: после обработки в воде появляется взвесь в виде рыхлого шлама.

Ультразвук может воздействовать на дисперсные частицы в потоке воды, как препятствуя их коагуляции, так и разрушая отложения. Однако последнее требует значительной мощности излучения и на практике трудно реализуемо. По различным источникам установлены два диапазона частот, эффективно воздействующие на процесс: 14 - 20 кГц; 55 -60 кГц.

В отечественной практике известны установки типа «Акустик» и «Волна», которые представляют собой ультразвуковой генератор, вырабатывающий импульсы модулированной частоты. В качестве излучателей, преобразующих электромагнитные колебания в механические, в них используются магнитострикционные устройства, колебательными элементами непосредственно связанные с трубными досками теплообменников и конденсаторов турбин. Технические характеристики этих ультразвуковых установок представлены в табл.9.3.

Таблица 9.3

Технические характеристики ультразвуковых установок

Параметр	“Волна”	“Акустик”
Частота импульсов, Гц
Частота пачек силовых импульсов, Гц	-	12,5 – 3,12
Амплитуда колебаний торца, мкм
Акустическая мощность, Вт	-
Потребляемая мощность, Вт
Количество преобразователей, шт.
Собственная частота колебаний
преобразователя, Гц	18+7,5%	22+7,5%
Масса, кг	13,5	-

Как видно из табл. 9.3., излучаемая энергия очень мала и поэтому воздействие ультразвука на процесс образования отложений чаще всего бывает малоэффективным. Так, например, для получения ощутимого эффекта от обработки на одну турбоустановку ВВЭР – 1000 потребовалось бы не менее 20 установок «Акустик».

Опыт эксплуатации этих установок на конденсаторах 5-го блока Нововоронежско.3-й АЭС и на подогревателях сырой воды на Ровенской АЭС (общее солесодержание до 200-500 мг/л) показывает, что эффективность этой обработки не превышает 25 - 30 %.

9.4.3.Механические способы. К таким способам относятся:

1. Очистка поверхности щетками. Наиболее простой способ, используется с давних пор. В настоящее время разработаны специальные полиэтиленовые щетки, которые на специально гибком проводе осуществляют вращательное и поступательное движения. Недостаток почти всех механических способов –необходимость останова оборудования для очистки.

2. Использование гидродинамических щеток. Метод заключается в том, что через специальные насадки в трубку подаются высоконапорные струи воды, которые за счет концентрирования своей срезают отложения.

Впервые такие установки разработаны в Германии фирмами Вома и Хаммельман. Они представляют собой многоступенчатый плунжерный насос, развивающий на выходе давление до 1000 ата (100МПа). Сменные насадки позволяют получить струю диаметром 1 - 2 мм.

3. Гидродинамическая очистка заключается в том, что путем увеличения напора или за счет включения дополнительных насосов увеличивается в 2 – 3 раза скорость движения среды. При этом смывается рыхлый слой отложений. Однако монолитные отложения практически не разрушаются.

На Балаковской АЭС использовали схемы байпассирования (рис.9.11). За счет изменения схемы циркуляции при помощи арматуры 1,2,3,4 обеспечивалось обратное протекание воды через теплообменник. При этом вымывались иловые отложения на начальных участках трубок.

Рис. 9.11. Схема очистки путем рециркуляции воды при нормальной эксплуатации: 1,2- открыты; 3,4- закрыты; при отмывке- наоборот

4. Гидропневматическая эмульсионная очистка. Основывается на ряде изобретений и патентов сотрудников ВТИ им. Дзержинского. Этот метод заключается в том, что при работе оборудования в поток воды вводятся мелкодиспергированные пузырьки воздуха объемным расходом до объемного расхода воды. Перемещаясь в потоке, они за счет поверхностного натяжения на границе фаз вызывают абразивное воздействие на внутренние поверхности оборудования и трубопроводов. Установлено, что на прочные монолитные отложения этот способ воздействует незначительно.

Основные проблемы, возникающие при использовании этого метода, следующие: устройство подачи воздуха; устройство вывода воздуха (очень часто этот способ используют для очистки систем отопления жилых домов).

5. Шарикоочистка. Используют шарики резиновые и стеклянные. Стеклянные шарики используются в испарителях, опреснителях морской воды. Шарики диаметром 2 – 3 мм находятся в области испарения во взвешенном состоянии; хаотически перемещаясь, они ударяются о стенку, разрушают и предотвращают образование отложений. Резиновые шары используют двух типов размеров: диаметром меньшим чем диаметр трубы и больше. С меньшим диаметром использовались ранее на некоторых ТЭЦ, на экономайзерных участках котлов и теплооборудования.

Схема установки шарикоочистки представлена на рис. 9.12.

Рис. 9.12. Схема установки шарикоочистки:1 – циркуляционный трубопровод;2 – насос перекачки шаров;3 – передняя камера;4 – очищаемый аппарат;5– задняя камера;6 – сетки для улавливания шаров;7 – бункер для шаров

Использование шаров с диаметром большим внутреннего диаметра трубки предложено в Германии. Шары изготавливаются из пористой резины диаметром от 10 до 40 мм. Они имеют среднюю плотность, равную плотности воды, несколько градаций твердости поверхности вплоть до использования абразивных покрытий на поверхности слоев. В настоящее время шарикоочистка является штатной системой конденсатора АЭС.

Дата добавления: 2014-01-05