Методы борьбы с эксплуатационными отложениями в теплообменных аппаратах

6.4.2. Методы борьбы с эксплуатационными отложениями в теплообменных аппаратах

В целях предотвращения образования накипи и других отложений на поверхностях ТА используются физические (безреагентные), химические и физико-химические методы обработки воды.

Физические методы обработки приводят к образованию в воде искусственных центров кристаллизации, и процесс накипеобразования переносится с поверхности нагрева на эти центры. К физическим методам относятся магнитная и ультразвуковая обработка, контактная стабилизация, кристаллизационная затравка, использование каллоидных присадок.

При обработке воды магнитным полем ранее образовавшаяся накипь становится хрупкой, растрескивается, вспучивается и легко отделяется, т. е. наблюдается процесс самоочищения, новая накипь, как правило, не образуется. Этот процесс происходит обычно спустя 1-2 мес. после обработки воды магнитным полем. Подобное воздействие магнитного поля имеет различные объяснения. Предпочтение отдается теории, согласно которой под воздействием магнитного поля накипеобразователи выделяются не на поверхности нагрева или охлаждения, а в массе воды, что приводит к снижению прочности сцепления накипи с металлом и отделению ее в виде корок. На снижение накипеобразования оказывает также влияние более интенсивное образование магнетита Fe304 в подслое накипи под воздействием магнитного поля, в результате чего накипь вспучивается и отпадает.

Ультразвуковая обработка воды применяется для предупреждения образования накипи в теплообменниках, водоподогревательных установках непрерывного действия, испарителях и других ТА, где могут отлагаться соли жесткости и окислы железа. Воздействуя на центры кристаллизации, которые являются необходимым условием образования накипи, ультразвук непрерывно нарушает кинетику кристаллизации и за счет этого накипь не отлагается на поверхностях нагрева или охлаждения. Обладая значительной энергией, ультразвуковые колебания возбуждают на границе кристаллических связей звукопеременные усилия, под влиянием которых образуются трещины, поскольку прочность внутри накипи, а также между накипью и металлом оказывается недостаточной. В трещины проникает вода и, испаряясь, вспучивает и отслаивает накипь.

Практика применения ультразвука подтвердила, что этим методом не только эффективно предотвращается образование накипи (она или полностью отсутствует, или имеет толщину не более 0,05 ... 0,10 мм за длительный срок работы), но и удаляется ранее отложившаяся накипь. Ультразвук при длительном воздействии способен пассивировать поверхностный слой металла, что надежно защищает его от коррозии. Ультразвук с частотой 20 ... 30 кГц влияет на пределы усталости металла и сварных соединений ТА, а также не оказывает отрицательного воздействия на обслуживающий персонал.

Опыт применения ультразвука на судах подтвердил высокую его эффективность и'ряд преимуществ перед другими методами. При использовании ультразвука не требуются химические препараты и вывод из действия ТА, сокращаются затраты ручного труда на разбор и сбор теплообменников и монтаж системы для химической очистки. Помимо этого, исключение эксплуатационных отложений в подогревателях топлива и необходимости применения химических препаратов существенно снижает вероятность загрязнения морской среды.

Ультразвуковые генераторы УГИР-70М и Импульс-ДБС, которые применяются для предотвращения образования эксплуатационных отложений на греющих поверхностях ТА, имеют следующие технические характеристики (в скобках данные для генератора Импульс-ДБС):

Режим работы генератора........Двухтактный (двухтактный

бестрансформаторный)

Напряжение питания при частоте

50 Гц, В........................................220 ±10%

Частота посылки импульсов, Гц . . . . 50 (50 ... 5000)

Собственная частота преобразователя, кГц...............................22 ± 7,5 %

Амплитуда колебаний торца преобразователя, мкм ............................3 ± 10% (3,8)

Потребляемая мощность, Вт............150 (70)

Число подключаемых преобразователей ......................2 ... 4

Охлаждение ................Естественное, воздушное

Габаритные размеры, мм................350 х 270 х 175

(200 х 150 х 100)

Масса аппарата в сборе, кг ..............26 (8)

Допускаемый режим эксплуатации Круглосуточный

Тип переключателя . . .-......... Тиристор ТЧ-16 кл. 7

(тиристор КУ-202)

Срок службы, ч............................5000
Схема подключения ультразвуковых генераторов к теплообменным аппаратам приведена на рис. 6.10.

Следует отметить, что ультразвуковой генератор Импульс-ДБС бестрансформаторный. Это повысило его надежность, а применение 1' 1 маломощных тиристоров значительно увеличило КПД. Процесс ультразвукового разрушения и предупреждения образования накипи требует непрерывной работы ультразвукового аппарата в течение всего периода эксплуатации теплообменников. Контактная стабилизация (раствор циркулирует через наполнитель-известняк, мрамор, песок и др.), кристаллизационная затравка (препараты добавляются непосредственно в забортную воду) и обработка коллоидными присадками (крахмал, танин, декстрин) требуют дополнительного оборудования или значительного увеличения размеров испарителя, поэтому на судах распространения пока не получили.

Химические методы основаны на повышении растворимости солей жесткости путем добавления различных реагентов, в качестве которых используются кислоты (соляная, серная и др.) и их соли. Для судовых условий наиболее приемлемы бисульфат натрия и хлорное железо или специальный электродиализатор, осуществляющий подкисление морской воды соляной кислотой перед подачей в испаритель.

Рис. 6.10. Схема подключения ультразвукового генератора и крепления волновода.
1 — теплообменник; 2 — труб* ная решетка теплообменника; 3 — магнитостриктор; 4 — ультразвуковой генератор; 5 — питание ультразвукового генератора

Физико-химические методы основаны на действии присадок, содержащих ПАВ, фосфаты и комплекс веществ. ПАВ благодаря большой поверхностной активности изменяют условия осаждения накипеобразова-телей — затрудняется образование кристаллов, ухудшается адгезия их на поверхности, фосфаты обеспечивают безнакипную работу при температуре греющей поверхности до 120 0 С.
Наибольшее применение в ВОУ получили комплексные присадки, к которым относится отечественная присадка ЦНИИМФ-1, предназначенная для вакуумных опреснителей при температуре греющего агента до 120 “С и температуре вторичного пара до 80 °С. Противонакипное действие присадки ЦНИИМФ-1 основано на ее способности образовывать с солями-накипеобразователями (бикарбонатами кальция и магния) термически устойчивые растворимые соединения, остающиеся в рассоле и удаляемые при продувке испарителя. По внешнему виду присадка представляет собой порошок светло-коричневого цвета, в который входят: экстракт дубовый дубильный (46 ... 50 %), гексаметафосфат натрия (48 ... 50 %) и антивспениватель А-1 (2 ... 4 %). Присадка не огнеопасна и не ядовита, поэтому к условиям хранения не предъявляется особых требований, но попадание воды должно быть исключено. Проведенные специальные токсикологические испытания подтвердили, что применение присадки ЦНИИМФ-1 не препятствует приготовлению питьевой воды из полученного дистиллята после его минерализации и обеззараживания.

Присадка вводится в испаритель в виде водного раствора из расчета 9 ... 12 г присадки на 1 т получаемого дистиллята. Ввод присадки осуществляется с помощью дозирующего устройства, схема которого показана на рис. 6.2. Для этих же целей могут использоваться специальные насосы-дозаторы малой производительности. Подключение дозирующего устройства к трубопроводу питательной воды испарителя производится на участке, где давление ниже атмосферного (между автоматом питания и испарителем).

Порядок приготовления раствора присадки следующий: бак наполняется дистиллятом на 50 л, затем присадка отмеряется тарированной емкостью в количестве, необходимом для суточной производительности опреснителя, и растворяется в теплой воде в эмалированном или оцинкованном ведре; полученный концентрированный раствор присадки через мягкий фильтр (марля, махровое полотенце) заливается в бак, после чего он заполняется дистиллятом до 100 л, а содержимое тщательно перемешивается в течение 10 ... 15 мин.

Если ВОУ вырабатывает за сутки Ют дистиллята, то на сутки необходимо 100 г присадки (из расчета 10 г на 1 т), концентрация ее в баке будет 1 г/л, а интенсивность подачи раствора около 4 л/ч (100/24). При изменении производительности опреснителя в течение суток соответствующим образом должна быть изменена интенсивность подачи раствора с концентрацией 1 г/л.

Результаты эксплуатационной проверки эффективности действия присадки ЦНИИМФ-1 в вакуумных ВОУ приведены в табл. 6.4. По результатам испытаний сделаны следующие выводы: оптимальная дозировка присадки находится в пределах 9 ... 12 г на 1 т дистиллята, отклонение от этого предела уменьшает эффективность ее действия; перед использованием присадки необходимо произвести химическую очистку испарителя, поскольку присадка не удаляет ранее образовавшуюся накипь; производительность ВОУ не должна превышать паспортной; приготовление раствора присадки и порядок ввода его в испаритель целесообразно регламентировать специальной инструкцией; не должны допускаться перерывы ввода присадки во время работы испарителя.