Принцип ультразвуковой технологии предотвращения образования накипи

Принцип ультразвуковой технологии предотвращения образования накипи основан на воздействии механических колебаний ультразвуковой частоты на процессы накипеобразования, протекающие в теплотехническом оборудовании при его работе. С помощью ультразвуковой установки в металле котла и в воде, заполняющей его, возбуждаются маломощные ультразвуковые колебания. Под действием этих колебаний соли жесткости начинают кристаллизоваться непосредственно в толще воды, образуя мелкодисперсный шлам, а колебания поверхностей нагрева препятствуют осаждению шлама на стенках труб. Поэтому шлам находится в воде во взвешенном состоянии и удаляется из теплоагрегата при регулярных продувках, в результате чего образования накипи не происходит. Кроме этого, ультразвук оказывает разрушающее действие на ранее образовавшуюся накипь. Ультразвуковые колебания, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия, под влиянием которых прочность связи внутри накипи, а также между накипью и металлом нарушается и образуются трещины. Вода под действием капиллярных сил быстро проникает через трещины — капилляры к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание накипи. Содержащиеся в воде газовые пузырьки, также попадая в трещины между накипью и металлом, начинают колебаться с ультразвуковой частотой, ослабляя сцепление накипи с металлом. Отслоившиеся мелкие частицы и чешуйки накипи удаляются из котла при периодических продувках. То есть, происходит постепенное очищение котла в процессе его работы. Ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамического сопротивления труб с колеблющимися стенками. Под действием ультразвука улучшается отвод пузырьков пара от поверхности нагрева и дегазация воды вследствие лучшего перемешивания пристенного слоя жидкости, что также способствует увеличению теплопередачи. Трубы поверхностей нагрева имеют естественные дефекты — узкие микронные щели и трещины, где в обычных условиях (без ультразвука) сохраняется кислород воздуха. При воздействии ультразвуковых колебаний кислород легко выходит из этих щелей, в результате этого исключается один из механизмов кислородной коррозии металла труб.

Приведенные выше факторы взаимосвязаны и в совокупности являются причиной положительного воздействия ультразвука на процессы предотвращения накипеобразования, снижения коррозии металла и повышения эффективности работы теплотехнического оборудования.

Научно-производственное предприятие «Агроприбор» более 20 лет использует ультразвуковой метод и серийно выпускает для этих целей ультразвуковую установку «Волна». Данные приборы успешно эксплуатируются в котельных Пензенской, Московской, Саратовской, Вологодской, Волгоградской, Оренбургской, Свердловской, Воронежской и других областей, Мордовии, Башкортостана, Удмуртии, Алтайского края и других регионов России, на Украине, в Прибалтике и Беларуси. Ультразвуковые установки «Волна» с высокой эффективностью применяются в целях предотвращения накипеобразования в котлах ДКВр, ДЕ, КЕ, ДЕВ различной мощности, Е-1/9, ПКН-2М, АБА-4, ВК-21, ТВГ, КВГ, НР-18 и других, скоростных и утилизационных теплообменниках, охладителях компрессоров и прочем теплотехническом оборудовании.

Годовой экономический эффект от использования одного прибора, по различным оценкам, составляет от 5 до 18 тыс. руб.

В настоящее время в эксплуатации находится более 6 тысяч установок «Волна».

Многолетний опыт эксплуатации ультразвуковых установок «Волна» показал, что в котлах и теплообменных аппаратах ранее образовавшаяся накипь после введения ультразвука отслаивается и оседает в виде рыхлого шлама и небольших чешуек; новая накипь не образуется. Удаление из котла выделяющегося шлама осуществляется периодическими продувками в дренаж, а при остановке котла для профилактического осмотра — промывкой струей воды с давлением 0,2…0,3 МПа. Таким образом, отпадает необходимость в трудоемкой и дорогостоящей очистке оборудования и связанными с ней экологическими проблемами. При непрерывной работе ультразвуковых установок теплоэнергетическое оборудование эксплуатируется в безнакипном режиме, что позволяет поддерживать его коэффициент полезного действия близким к оптимальному и, следовательно, приводит к значительной экономии топлива. Поверхности нагрева при воздействии ультразвука не подвергаются сильному перегреву, увеличивается их теплопередача, снижается коррозия металла, это, в свою очередь, увеличивает срок службы теплотехнического оборудования и снижает вероятность возможных аварий.

Применение ультразвукового метода исключает загрязнение окружающей среды вредными стоками водоподготовительных установок, а стоимость обработки 1 м³ воды этим способом, как показывают ориентировочные расчеты, в 200−250 раз ниже стоимости химической обработки.

Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и наладкой ультразвуковых установок «Волна», окупаются в течение нескольких месяцев их работы. Обслуживание установок не требует привлечения дополнительных трудовых ресурсов и может производиться штатным персоналом котельной после предварительного изучения конструкции установки и правил ее эксплуатации.

Применение ультразвуковых установок «Волна» в целях предотвращения накипеобразования в паровых и водогрейных котлах и теплообменной аппаратуре рекомендовано Госгортехнадзором России (письмо № 12−1/1100 от 6.12.96 г.).

Конструктивно установка «Волна» представляет собой генератор импульсов в комплекте с двумя магнитострикционными преобразователями. Генератор создает ударные электрические импульсы, а преобразователи преобразуют их в механические колебания ультразвуковой частоты. Для передачи колебаний в котел (теплообменник) преобразователи привариваются к наружным поверхностям котла (теплообменника) в определенных точках с помощью электросварки. Генератор питается от однофазной сети 220 В и соединяется с преобразователями электрическими кабелями (проводами) обычными методами электромонтажа. Количество преобразователей и точки их расположения выбираются с учетом конструкции котлоагрегата, его мощности и количества накипи, которое, в среднем, образуется за сезон эксплуатации.