Стартовая >> Архив >> Генерация >> Борьба с накипеобразованием в теплообменниках

Применение пульсационных режимов - Борьба с накипеобразованием в теплообменниках

Оглавление
Борьба с накипеобразованием в теплообменниках
Строение, состав и свойства накипи
Зависимость накипеобразования от режимных факторов
Отложение накипи как процесс кристаллизации
Влияние материала и состояния поверхности на образование накипи
Повышение скорости движения раствора
Вынос зоны кипения из теплообменных труб
Применение пульсационных режимов
Пароконтактные подогреватели
Выпарные аппараты погружного горения
Направленная кристаллизация с помощью затравки
Применение безнакипных теплоносителей
Применение роторных выпарных аппаратов
Предварительная подготовка растворов
Безреагентные методы снижения накипеобразования
Методы очистки поверхности теплообмена от накипи
Применение гидроразмыва отложений
Применение упругих шариков и абразивных частиц
Термическая очистка и пароскалывание
Механическая чистка
Методы учета термического сопротивления накипи
Уравнение кинетики процесса
Понятие о стабилизированной накипи

Одним из эффективных средств борьбы с накипеобразованием в теплообменной аппаратуре является применение пульсационных режимов.
Снижение накипеобразования при наложении пульсаций происходит за счет возникновения кавитации в объеме жидкости, что способствует выпадению осадка в массе раствора, удаленного от стенок. Наблюдается также механическое разрушение структуры накипи и ослабление ее связи с поверхностью металла.
Наложение пульсаций вызывает увеличение пульсационных скоростей и градиента скорости у стенки, причем указанный градиент приобретает свойства параметра, переменного по величине и направлению. Переменное распределение скорости в поперечном сечении при пульсациях изменяет также распределение температур и растворимости, способствуя выпадению солей в ядре потока.
Эффективность применения пульсационных подогревателей является весьма существенной и определяется такими факторами, как интенсификация теплообмена и снижение накипеобразования, уменьшение габаритов и металлоемкости аппаратов, уменьшение гидравлических сопротивлений и энергозатрат на перекачку жидкости, сокращение времени пребывания термолабильных продуктов в зоне высоких температур в пристенном слое.
При испытании пульсационных теплообменников тепловая производительность оценивалась по количеству конденсата, выходящего из паровой камеры. Интенсивность теплообмена определялась величиной коэффициента теплопередачи Кп при пульсационном режиме и величиной этого коэффициента без пульсаций К0. Частота пульсаций, Гц, определялась числом оборотов кривошипа плунжерного насоса, а скорость пульсационного движения жидкости вычислялась по формуле

где ω — угловая скорость вращения кривошипа плунжерного насоса; R — радиус кривошипа, м; i = R/L; L — длина шатуна, м; dп — диаметр плунжера, м; dтp — внутренний диаметр теплообменных труб, м; nтр— количество труб подогревателя в сменных ходах, шт.
Абсолютное значение амплитуды пульсаций принимается равным R, относительная амплитуда пульсаций А — это отношение длины перемещения частицы жидкости за половину хода пульсатора в трубе к ее диаметру D: A/D = =RR/D.
Испытания по изучению влияния пульсаций на накипеобразование проводили на сырой воде, фильтрованном соке I сатурации и диффузионном соке. Как показали результаты, пульсации в значительной мере подавляют процесс накипеобразования при изменении относительной амплитуды пульсаций в пределах A/D = 4—16. Значения параметра A/D зависят от физических свойств раствора и осадка и от температурного и гидродинамического режимов работы аппарата.
Из данных табл. 17 видно, что максимальное увеличение теплопередачи в подогревателе воды наступило при f = 0,61 Гц и составило 85 %, а среднее увеличение тепловой производительности подогревателя достигло 36—58 %. После 68 сут работы пульсационный и контрольный подогреватели были вскрыты для измерения толщины и массы накипи. В пульсационном подогревателе эти величины составили 0,4 мм и 52,2 г накипи из одной трубы, в контрольном соответственно — 0,8 и 108,5 г.

17. Результаты испытаний пульсационного подогревателя при различных режимах


Скорость движения воды в теплообменнике, м/с

Частота возмущений f, Гц

Амплитуда колебаний жидкости А, мм

Кп. Вт/(м·К)

Кп/Ко

без пульсации

в пульсационном режиме

1,5

0

0

0

726

1,0

1,5

0,49

0,42

150

1210

1,66

1,5

2,11

0,61

150

1337

1,85

1,5

2,74

0,80

150

1320

1,82

1,5

4,08

1,18

150

1244

1,71

Накипь из пульсационного подогревателя легко отделялась от стенок и имела рыхлую структуру, в контрольном подогревателе накипь
была настолько твердой, что ее трудно было удалять даже с помощью металлических щеток.
При испытании пульсационного и контрольного подогревателей сатурационного сока в обоих подогревателях поддерживалась скорость 1,1 м/с при частоте 1,3 Гц. Величина коэффициента теплопередачи для пульсационного подогревателя в течение всего периода (72 сут) оставалась неизменной (рис. 32), а в контрольном снизилась почти в два раза.
По окончании испытаний подогреватели были вскрыты для определения толщины накипи. На теплообменных трубах контрольного подогревателя отложилась плотная накипь толщиной 0,27—0,38 мм, прочно соединенная с поверхностью металла. В пульсационном подогревателе накипь отложилась в виде тонкой стекловидной пленки толщиной 0,02—0,03 мм.
Для изучения влияния пульсаций на размыв и удаление накипи проводились испытания на обычном заводском подогревателе после переоборудования его для работы в пульсационном режиме. После 120 ч работы было установлено, что слой осадка значительно уменьшился, особенно со стороны входа жидкости в теплообменные трубы, в среднем толщина отложений снизилась с 0,35—0,40 до 0,25 мм.

Для условий подогрева диффузионного сока установлено, что при режиме с частотой f= 1,2—1,3 Гц и относительной амплитудой A/D = 67 подогреватели I группы не загорают, для II группы нагрева AID должно составлять около 80.
Очистка поверхности теплообмена проводилась через 5 сут с помощью термошока в течение 6—8 мин и последующим включением пульсатора на 40—60 мин с f= 1,2—1,3 Гц и A/D = 80.

Рис. 32. Изменение коэффициента теплопередачи во времени для пульсационного (1) и обычного (2) подогревателей (сок I сатурации).
Рис. 33. Диаграмма измерения расхода среды с помощью прерывателя:
1 — нагрев раствора; 2 — охлаждение.

Способ интенсификации теплообмена в дефлегматорах БРУ с помощью турбулизующих вставок и низкочастотных пульсаций потока охлаждающей воды был применен на Трилесском спиртовом заводе. В качестве турбулизирующих вставок были применены спирали из стальных пластин и медного провода диаметром 6 мм. Низкочастотные пульсации создавались пневмогенератором с f= 0,074 Гц при скорости движения воды 0,3—0,6 м/с. Коэффициент теплоотдачи возрастал в среднем в 1,4—1,5 раза.
Для генерации пульсаций применяются поршневой или плунжерный насосы, ротационный или клапанный прерыватели потока с гидравлическими, пневматическими или электрическими приводами. Применение дополнительных насосов в качестве побудителей пульсаций усложняет установку, делает ее громоздкой и малооперативной.
Предложен способ генерации пульсаций с помощью прерывателя, регулирующего расход потока по заданной программе [3]. Максимальный эффект интенсификации теплообмена при нагреве получен за счет чередования скачкообразного уменьшения с плавным увеличением расхода среды, а при охлаждении раствора — путем плавного уменьшения расхода с последующим скачкообразным увеличением его. График изменения расхода жидкости показан на рис. 33.



 
« Бетон в защите ядерных установок   Варианты модернизации ЦНД турбин большой мощности »
электрические сети