СПОСОБ ОЧИСТКИ ТРУБОК ТЕПЛООБМЕННИКА ОТ НАКИПИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F28G5/00 

Изобретение относится к очистке теплообменных аппаратов, в том числе бойлеров, нагревательных камер опреснителей, трубопроводов и т.п. электрическими импульсными разрядами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемым способу и устройству является способ и устройство очистки фильтрующих трубок от загрязнений [1] Разрушение загрязнений осуществляется электрическими разрядами. Причем электрод выполняется в виде наконечника с промывочными окнами. Однако известное техническое решение не позволяет достичь высоких результатов в разрушении загрязнений типа накипи в теплообменном оборудовании, т. к. эффективность определяется энергией импульса и слабо зависит от соотношения электрической прочности воды и кальциевых отложений, поскольку их электрические прочности при длинах фронта высоковольтного импульса τ 0,1 ˙10^-6 с очень близки.

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть реализовано только в трубках сравнительно большого диаметра при минимальной толщине отложений, соизмеримой с длиной рабочего промежутка. Поскольку отложения в трубках теплообменников могут изменяться в широких пределах вплоть до полного перекрытия отверстия, то известное устройство часто не эффективно, а в ряде случаев вообще неприменимо, особенно для типовых трубных пучков бойлеров, имеющих внутренний диаметр менее 20 мм, где реализация каналов в изоляции и отверстий в высоковольтном электроде проблематична.

Основной технической задачей предложенных способа и устройства является повышение эффективности очистки теплообменных аппаратов электрическими импульсными разрядами.

Как показали результаты экспериментальных исследований, при использовании предлагаемых способа и реализующего его устройства скорость очистки труб теплообменников внутренним диаметром ≈16 мм составила ≈60 м/ч, что в 1,5-2 раза выше, чем при использовании прототипа. Это подтверждает большую эффективность наших предложений.

Поставленная задача решается тем, что очистка теплообменников от накипи осуществляется электрическими импульсными разрядами в жидкости, причем согласно заявляемому способу отношение энергии единичного импульса в длине разрядного промежутка выбираются из соотношения:
6≥ ≥ 4 где ω_o энергия единичного импульса, Дж;
η разрядный промежуток, мм.

Технической задачей предлагаемого устройства является также повышение эффективности очистки труб от накипи за счет уменьшения потерь энергии в предпробивной стадии развития и увеличения надежности изоляции.

Для решения поставленной задачи устройство для очистки трубок теплообменников от накипи, содержащее помещенный в изолятор токопровод, который соединен с высоковольтным электродом, снабженным наконечником, выполненным с отверстием, согласно предложенному решению высоковольтный электрод и наконечник выполнены с осевыми отверстиями, а под изолятором в боковой поверхности наконечника высоковольтного электрода сделаны промывочные каналы, соединенные с осевым отверстием электрода.

Целесообразно также, чтобы к верхней части изолятора прикреплялась гибкая изоляционная заполненная промывочной жидкостью трубка, через которую пропущен гибкий токопровод.

При реализации предложенный способа и устройства в разрядном промежутке при подаче на него импульса высокого напряжения формируется электрическая искра, траектория которой проходит как в промывочной жидкости, так и в толще накипи, создаются ударные волны, разрушающие накипь, отделяя ее от стенок. Величина энергии импульса определяет величину откола, размер которого не должен превышать возможность его выноса из рабочей зоны.

Использование электрода и наконечника с осевым отверстием, которое соединено под изолятором с боковыми отверстиями в наконечнике позволяет омывать рабочую поверхность инструмента промывочной жидкостью, имеющую большее электрическое сопротивление, чем смесь со шлаком от накипи, что на ≈30% уменьшает потери энергии в предпробивной стадии развития электрического разряда, а это повышает эффективность очистки труб теплообменников.

Использование гибкой изоляционной заполненной промывочной жидкостью трубки, через которую пропущен гибкий токопровод, позволяет очищать трубы теплообменников, которые за счет температурных перепадов изменяют свою геометрию от прямолинейной.

На фиг. 1 представлена конструкция предложенного устройства для очистки труб теплообменников; на фиг.2 внешний вид всей установки; на фиг.3 зависимости производительности и энергоемкости процесса очистки труб теплообменников от градиента энергии в единичном импульсе.

Устройство, выполненное по п. 2 формулы изобретения (фиг.1), содержит изолятор 1, через который пропущены токоподвод 2 и подсоединенный к нему высоковольтный электрод 3, который снабжен наконечником 4. Высоковольтный электрод 3 и наконечник 4 выполнены с осевыми отверстиями 5, а наконечник 4 с промывочными каналами 6, соединенными с его осевым отверстием 5.

Устройство, выполненное по п.3, дополнительно содержит гибкую изоляционную трубку 7, заполненную промывочной жидкостью, и пропущенный через эту трубку гибкий токопровод 8, к которому через муфту 9 присоединен источник импульсов высокого напряжения 10, шланг 11 для подачи в устройство промывочной жидкости.

Способ очистки трубок теплообменников и работа устройства осуществляется следующим образом.

В трубку теплообменника 12 вводится разрушающий накипь 13 конец устройства и устанавливается на поверхности этой накипи. В гибкую изоляционную трубку 7 подается вода, которая через осевое отверстие 6 высоковольтного электрода 3 и осевое отверстие 5 наконечника 4, а также через боковые промывочные каналы 6 заполняет рабочую зону. Включается источник импульсов 10, и высоковольтные импульсы (их параметры см. на графике и ниже) подаются через гибкий токопровод 8, высоковольтный электрод 2 на наконечник 4. Происходит электрический импульсный пробой рабочего промежутка r (фиг.1) между наконечником 4 и стенкой трубки теплообменника 12, причем канал разряда может формироваться как в накипи 13, так и на ее поверхности, осуществляя разрушение последней. Образовавшийся шлам удаляется в пространство между изолятором 1 и стенкой трубки 12 или в свободное от накипи сечение этой трубки. Непрерывная подача воды, которая омывает поверхность наконечника 4, обеспечивает минимальные потери с предпробивной стадии развития разряда. Использование гибкой изоляционной трубки 7 и гибкого токопровода 8 позволяет очищать трубки, конфигурация которых отличается от прямолинейной, ликвидируя зависания рабочего органа, которые характерны для жестких систем.

На фиг. 3 показано изменение удельной производительности очистки поверхности труб теплообменников от накипи на единичный импульс (I) и удельная энергоемкость процесса (II) от плотности энергии единичного импульса в рабочем промежутка. Из представленных зависимостей следует, что с увеличением плотности энергии единичного импульса на единицу длин рабочего промежутка производительность процесса увеличивается, причем при плотности энергии более 6 Дж/мм имеется тенденция к насыщению. Это связано с тем, что при малых значениях плотности энергии в рабочем промежутке энергии единичного импульса не достаточно для откола накипи, а при большой плотности энергии в рабочем промежутке происходит не только откол накипи, но и интенсивное его переизмельчение. В результате этого зависимость энергоемкости процесса имеет явно выраженный оптимум, который находится в диапазоне:
6≥ ≥ 4
В этом диапазоне энергии единичного импульса достаточно для откола накипи от стенок трубки теплообменника и не происходит его дополнительное переизмельчение.

Следовательно, наибольшая эффективность очистки трубок теплообменников от накипи при использовании электрических импульсных разрядов достигается при плотностях энергии в рабочем промежутке от 6 до 4 Дж/мм. Использование промывочных каналов, через которые происходило омывание разрушаемой зоны промывочной жидкостью, что уменьшает потери энергии в предпробивной стадии разряда, позволяет снизить энергию единичного импульса с ≈60 Дж до 40 Дж при одинаковой производительности процесса. Уменьшение энергии единичного импульса позволяет также повысить надежность устройства в связи с уменьшением уровня напряжения и ударных нагрузок на изолятор.

Использование: методы очистки теплообменных аппаратов, в том числе бойлеров, нагревательных камер опреснителей, трубопроводов и т.п. электрическими импульсными разрядами. Сущность изобретения: способ и реализующее устройство позволяют повысить эффективность очистки, уменьшить энергоемкость процесса, для чего предложен диапазон изменения плотности энергии единичного импульса в рабочем промежутке, при котором энергоемкость процесса минимальная. Реализация этого способа осуществляется устройством, которое содержит изолятор 1, токопровод 2, высоковольтный электрод 3 с наконечником 4, имеющими осевое отверстие 5 и промывочные каналы 6. Разрушению подвергается накипь 13 трубок теплообменников 12, расположенная между наконечником 4 высоковольтного электрода 3 и стальной трубки теплообменника. Устройство дополнено гибким токопроводом 8, расположенным в гибкой изоляционной трубке 7. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ очистки трубок теплообменника от накипи электрическими импульсными разрядами в жидкости, создаваемыми электродами, установленными с образованием разрядного промежутка, отличающийся тем, что отношение энергии W₀ единичного импульса к длине R разрядного промежутка выбирают в пределах 6 ≥ W_o/r ≥ 4 Дж/мм.
2. Устройство для очистки трубок теплообменников от накипи, содержащее помещенный в изолятор токопровод, который соединен с высоковольтным электродом, снабженным наконечником, выполненным с отверстием, отличающееся тем, что высоковольтный электрод выполнен с осевым отверстием, при этом отверстие наконечника выполнено по оси последнего, а под изолятором в боковой поверхности наконечника выполнены промывочные каналы, соединенные с осевым отверстием. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус изолятора с противоположной от наконечника стороны снабжен закрепленной на нем гибкой трубкой для промывочной жидкости, выполненной из изоляционного материала, при этом часть токопровода выполнена гибкой и пропущена через трубку.