УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и процессам водоподготовки в химической, пищевой и других отраслях промышленности там, где необходимо предотвращение образования твердых отложений на рабочих поверхностях теплообменного оборудования.

Известно устройство для магнитной обработки жидкости, включающее ферромагнитный корпус, каркас из немагнитного материала, размещенный внутри корпуса, и постоянные магниты в виде стержней прямоугольного сечения, расположенные рядами, вдоль оси корпуса. Рабочие зазоры для прохождения жидкости расположены между полюсами соседних постоянных магнитов (см. патент РФ 2091323, МКИ С 02 F 1/48, 1995 г.).

Недостатком устройства является наличие зон, в рабочем объеме, в которых низкая напряженность магнитного поля, что приводит к понижению эффективности, выражающейся в том, что не удается полностью предотвратить образование твердых отложений (накипи) при функционировании теплообменных агрегатов, тем более удалить имеющиеся отложения.

Наиболее близким техническим решением является устройство для магнитной обработки жидкостей, включающее многополюсный источник магнитного поля и состоящее из ферромагнитного корпуса в виде трубы и соосно с ним с зазором расположенного стержня, состоящего из набора цилиндрических постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, и магнитопроводов в форме дисков, расположенных между магнитами, при этом полюса на трубе и стержне обращены в сторону зазора и имеют противоположную полярность, а соседние полюса на трубе и стержне также имеют противоположную полярность (см. патент ЕВР 0506110 А1, МКИ⁵ С 02 F 1/48, 1991 г.).

Известное техническое устройство недостаточно эффективно обрабатывает проходящую через него жидкость магнитным полем, так как весь объем жидкости подвергается практически одинаковому магнитному воздействию (т.е. заданному распределению магнитного поля в пространстве и времени), при этом присутствует в рабочем объеме лишь нормальная составляющая магнитного поля по отношению к направлению движения жидкости. Это приводит к тому, что не удается полностью предотвратить образование твердых отложений (накипи) при функционировании теплообменных агрегатов, тем более удалить уже имеющиеся отложения.

Техническим результатом решения является полное предотвращение образований твердых отложений (накипи) при функционировании теплообменных агрегатов, ускоренное (в течение нескольких часов) удаление уже имеющихся отложений, уменьшение расхода коагулянта при химической подготовке воды.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для магнитной обработки жидкостей, включающем в себя многополюсный источник магнитного поля на основе постоянных магнитов, выполненный в виде корпуса и стержня, расположенного внутри него с зазором, оси стержня и корпуса смещены друг относительно друга, при этом полюса обращены в сторону рабочего зазора и имеют чередующуюся полярность, согласно изобретения постоянные магниты выполнены с магнитной текстурой, направленной под углом 2-20^o, преимущественно 5-15^o. При этом смещение стержня относительно корпуса может быть осуществлено различными способами: а) оси стержня и корпуса смещены друг относительно друга, при этом сохранена их параллельность, б) устройство выполнено таким образом, чтобы угол между осями стержня и корпуса находился в интервале 5-30^o. В одном из вариантов постоянные магниты расположены в стержне, а корпус выполнен из магнитомягкого материала.

Сущность предложенного устройства поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 представлены схематически примеры реализации устройства с различным типом смещения стержня относительно корпуса: параллельный перенос (фиг.1), поворот (фиг.2). На фиг.3 представлен стержень с постоянными магнитами для устройства с параллельным переносом осей стержня и корпуса. На фиг.4 представлен элемент магнитной системы, включающий в себя дисковый магнит 8 с указанием силовых магнитных линий, характеризующих магнитную текстуру и магнитопроводы 9.

Устройство для магнитной обработки жидкостей выполнено в виде цилиндрического корпуса 1 из магнитомягкого материала, внутри которого расположен стержень 2 (фиг.1, 2) из чередующихся дисков из магнитомягкого (магнитопроводы) 3 и магнитотвердого (постоянные магниты) 4 материала и концевиков 5 из немагнитного материала (фиг.3). Постоянные магниты 4 и магнитопроводы 3 защищены оболочкой 6 из коррозионностойкого материала, например, из нержавеющей стали. На концевиках 5 имеются фиксирующие элементы 7, необходимые для формирования рабочего зазора между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и внешней поверхностью стержня. Характер распределения намагниченности в магнитах (магнитная текстура) представлен на фиг.4.

Устройство для магнитной обработки жидкостей работает следующим образом. Жидкость, в частности вода, протекает в рабочем зазоре между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса (1) и внешней поверхностью стержня (2). При этом вода подвергается воздействию знакопеременного магнитного поля.

Постоянные магниты выполнены с магнитной текстурой, направленной под углом 2-20^o, преимущественно 5-15^o, к своей геометрической оси (в прототипе направление текстуры совпадает с геометрической осью магнитов). Это соотношение между углами установлено экспериментально. Использование таких постоянных магнитов позволяет создавать в рабочем объеме наряду с поперечным и продольное магнитное поле, что способствует образованию и ускорению укрупнения центров кристаллизации в объеме жидкости, тем самым предотвращая образование отложений (кристаллизации примесей) на поверхности теплообменных аппаратов.

Оси стержня и трубы смещены друг относительно друга. Это ведет к повышению эффективности воздействия магнитного поля на процесс коагуляции примесей в жидкости за счет наличия широкого спектра величин полей и градиентов, ведущего к облегчению процесса намагничивания парамагнитных и/или ферромагнитных составляющих жидкости. Следствием этого является полное предотвращение образования твердых отложений при функционировании теплообменных агрегатов.

В данном устройстве могут быть использованы различные магнитотвердые материалы, но наибольшей эффективностью обладают редкоземельные магниты типа Sm-Co, Sm-Co-Fe-Cu-Zr, Nd-Fe-B, так как они позволяют создавать достаточно большие (160-1000 кА/м) магнитные поля при значительных рабочих зазорах (10-30 мм).

Для повышения ресурса работы устройства целесообразно на центральный стержень и (или) внутреннюю поверхность корпуса наносить защитное покрытие (например, на основе никеля или хрома), либо помещать их в защитные оболочки, например, из нержавеющей стали.

На фиг. 2 изображен один из возможных наиболее технологичных вариантов реализации устройства, в котором постоянные магниты имеют магнитную текстуру с углом 10^o по отношению к оси стержня и расположены на стержне, а оси корпуса и стержня имеют угол 15^o. Сравнительные испытания с прототипом, в котором используются магниты с осевой текстурой и имеющие соосные стержень и корпус, показали преимущества предложенного устройства, а именно: время очистки теплообменника от отложений сократилось с 24 до 10 ч (в прототипе так и не удалось полностью избавиться от накипи, осталось порядка 20% от исходного количества накипи), уменьшился расход коагулянта на линии химводоподготовки на 40%.

Конкретное исполнение устройства, а именно, расположение, сочетание и форма постоянных магнитов и магнитопроводов, а также направление магнитной текстуры зависит от особенностей процесса, в котором применяется устройство. Основными параметрами, влияющими на выбор исполнения устройства, являются: химический состав обрабатываемых жидкостей, наличие и тип примесей, скорость протекания жидкости в рабочем зазоре, промежутка времени между окончанием магнитной обработки и дальнейшим использованием обработанной жидкости в различных технологических процессах. Форма магнитов может быть различной (диски, параллелепипеды, сегменты, кольца), однако предпочтительно использовать дисковые магниты с полюсными поверхностями на торцах. Магниты могут быть расположены в стержне, в корпусе и одновременно в стержне и корпусе. Наиболее предпочтительным по экономическим соображениям является вариант, когда постоянные магниты расположены только в стержне через магнитомягкие прокладки, а корпус или часть корпуса, примыкающая к магнитам, выполнена из магнитомягкого материала. Для больших проходных сечений (диаметром более 100 мм), целесообразно использовать в одном корпусе сборку (пучок, гребенку, кассету) из устройств с меньшим проходным сечением (как правило, с диаметром проходного сечения 50-100 мм). Для повышения эффективности устройства часть корпуса, примыкающая к постоянным магнитам, должна быть выполнена из магнитомягкого материала. Однако иногда допускается изготовление корпуса из немагнитного коррозионностойкого материала для увеличения ресурса работы устройства. Торцевые части устройства могут быть выполнены различными: резьбовые, фланцевые, под сварку. В отдельных случаях, предпочтительно для больших проходных сечений допустимо обрабатывать не весь поток жидкости. Однако поток не обработанной магнитным полем жидкости не должен быть больше 30%.

Устройство может быть использовано для магнитной обработки воды (для уменьшения в 2-3 раза расхода коагулянта при химводоподготовке, для ускорения осветления в 3-4 раза, для предотвращения и удаления накипи в теплообменниках, для уменьшения расхода реагентов при крашении тканей), пластовой жидкости (для уменьшения или предотвращения образования парафина на нефтяных скважинах), бензина, особенно низкооктанового (для уменьшения выбросов таких газов, как СО, и сокращения расхода бензина на 10%) и т.п.

Изобретение относится к теплоэнергетике и процессам водоподготовки в химической, пищевой и других отраслях промышленности, там, где необходимо предотвращение образования накипи на поверхности теплообменного оборудования, а также для других технологических целей. Техническим результатом предложенного решения является сокращение времени очистки теплообменного оборудования от накипи. Устройство включает многополюсный источник магнитного поля на основе постоянных магнитов в виде стержня, расположенного внутри корпуса с рабочим зазором. Полюса обращены в сторону рабочего зазора и имеют чередующуюся полярность, постоянные магниты выполнены с магнитной текстурой, направленной под углом 2-20^o, преимущественно 5-15^o, к своей геометрической оси, а оси стержня и корпуса смещены относительно друг друга, при этом сохранена их параллельность, или угол между ними был равен 5-30^o. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для магнитной обработки жидкости, выполненное в виде многополюсного источника магнитного поля на основе постоянных магнитов, включающего в себя трубу и стержень, расположенный внутри трубы с рабочим зазором, при этом полюса обращены в сторону рабочего зазора и имеют чередующуюся полярность, отличающееся тем, что оси стержня и трубы смещены друг относительно друга, а постоянные магниты выполнены с текстурой, направленной под углом 2-20° к своей геометрической оси.2. Устройство для магнитной обработки жидкости по п.1, отличающееся тем, что оси стержня и трубы смещены друг относительно друга, при этом сохранена их параллельность.3. Устройство для магнитной обработки жидкости по п.1, отличающееся тем, что оси стержня и трубы смещены друг относительно друга путем поворота стержня относительно трубы на угол 5-30°.4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что постоянные магниты выполнены с текстурой, направленной под углом 5-15° к своей геометрической оси.5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что постоянные магниты расположены на стержне, а труба выполнена из магнитомягкого материала.