СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2006 года по МПК C23G3/04 B08B9/02 

Изобретение относится к области очистки металлических поверхностей от различных образований и может быть использовано в процессах водоподготовки, нефтепереработки, теплоэнергетики, химической промышленности и др. для очистки труб, котлов и др. от наростов солей жесткости, сернистых, карбонатных, силикатных, фосфорных и других соединений, присутствующих в воде в качестве примесей.

Известна динамика растворения накипи, содержащей 51,5% СаО, 34,4% СО₂, 4,8% Fe₂O₃ и 1,5% MgO в омагниченной и обычной водопроводной воде (1). Установлено значительно более быстрое растворение накипи в омагниченной воде.

Эти данные были подтверждены в работе (2), в которой при исследовании под микроскопом идентичных шлифов накипи, помещенных в обычную и омагниченную воду, в последнем случае отчетливо наблюдалось выщелачивание шлифа (2).

В работе (3) раствор, полученный при растворении СаО в дистиллированной воде с последующим пропусканием диоксида углерода, подвергали воздействию магнитного поля. Доказано, что магнитная обработка приводит к двукратному увеличению числа кристаллов CaCO₃.

Известен способ очистки и предохранения паровых котлов от отложений (4), принятый нами за прототип, суть которого заключается в следующем. Воду, предназначенную для питания котлов, предварительно подвергают активации путем магнитной обработки, в результате чего количество накипи на металлической поверхности резко уменьшается.

Недостаток способа очистки поверхности металла от отложений с помощью воды, активированной в магнитном поле, заключается в том, что эффективность этого процесса зависит от состава примесей (солей) в воде. Поэтому при использовании этого способа на водах Урала, содержащих соединения кремния, фосфора, железа и других металлов, а также гуминовые кислоты, не было получено положительных результатов. Значительные затруднения были связаны также с очисткой поверхности труб, находившихся в эксплуатации в течение длительного времени.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности технологии очистки поверхности труб от отложений.

Это достигается тем, что в способе очистки поверхности труб от отложений путем выщелачивания отложений активированной водой, активацию воды проводят в роторном кавитационном аппарате в замкнутом циркуляционном контуре в присутствии 0,4-2% масс. суспензии лигносульфоната и 0,5% суспензии угля при числе оборотов ротора кавитатора 3000-6000 в минуту, числе циклов 5-25 и температуре 17-68°С.

Очистку поверхности теплообменных аппаратов от отложений проводят в замкнутом циркуляционном контуре, схема которого приведена на чертеже. Согласно этой схеме реагент из бака 8 с помощью циркуляционного насоса 3 подается в грязевик 7, из которого через регулирующий клапан 6, роторный кавитационный аппарат 4 и регулирующий клапан 2 поступает к объекту очистки 1. В роторном кавитационном аппарате 4 происходит активация водного раствора реагента, число оборотов аппарата 4 регулируется частотным приводом 5.

Моющим раствором (реагентом) являлись смеси, содержащие водопроводную воду, водную суспензию лигносульфоната (СЛС) и угля. Водная СЛС приготовлена в шаровой мельнице путем дробления 20%-ной водной СЛС в течение 2 часов, а угольная водная суспензия также получена в этой же мельнице при дроблении смеси угля и воды при массовом отношении 1/2.

Распределение частиц угля в суспензии по размерам, мкм, следующее: 95-54, 9-12,4%, 54,9-32, 7-4,3, 32,7-20, 7-9,1, 20,7-14, 7-4,6, 14,7-8, 1-9,6, 8,1-4, 7-9,0, 4,7-3, 9-4,5, 3,9-2, 0-12,4, 2,0-0-34,1. Размер частиц угля в суспензии определен методом седиментации.

Для приготовления моющего раствора использовались жидкие технические лигносульфонаты по ТУ 54-028-00279580-97. Производитель АО "Соликамскбумпром", г. Соликамск, Пермской области, Характеристика лигносульфоната следующая: массовая доля сухих веществ 58,6%, массовая доля золы в массе сухих веществ 22,1%, рН суспензии лигносульфоната 5,34, вязкость условная 244 сек, плотность 1032 кг/м³.

Использовался уголь Осинниковского разреза Кузнецкого бассейна марки TP со следующей характеристикой: массовая доля общей влаги 13-15%. низшая теплота сгорания 5546 клал/кг, выход летучих веществ 15,2%, температура начала шлакования 1020°С; химический состав золы, %: SiO₂ 57,2, Al₂O₃ 27,3, ZnO₂ 1,0, Fe₂O₃ 5,9, CaO 4,8, MgO 1,7, K₂O 1,8, Na₂O 0,4.

Содержание водной СЛС в моющем растворе составляет 0,4-2% масс. При снижении концентрации водной СЛС в растворе ниже 0,4% ухудшается эффективность удаления отложений с поверхности металла и увеличивается длительность промывки. Увеличение содержания водной СЛС в растворе выше 4% масс. не влияет существенно на динамику удаления отложений с поверхности металла.

Моющий раствор должен включать примерно 0,5% масс. угля в виде водоугольной суспензии. Ароматические и другие ненасыщенные соединения, содержащиеся в угле, образуют молекулярные соединения с солями металлов отложений, что приводит к их удалению с поверхности металла. При содержании угля в моющем растворе меньше 0,5% не достигается необходимая эффективность очистки поверхности металла от наростов, а при концентрации суспензии угля в растворе выше 0,5% не наблюдается заметного повышения эффекта моющего действия раствора на поверхности металла.

Число оборотов ротора кавитатора (ЧОРК) находится в пределах 3000-6000 оборотов в минуту. В случае ЧОРК меньше 3000 в минуту моющий раствор недостаточно активен в процессе удаления отложений с поверхности металла. Повышение ЧОРК выше 6000 в минуту не приводит к заметному повышению скорости отмывки металлических отложений.

Число циклов (ЧЦ) обработки моющего раствора в кавитаторе составляет 5-25. Если ЧЦ меньше 5, то моющий раствор мало активен при удалении наростов с поверхности металла. При активации моющего его раствора в течение 25 циклов достигается высокая степень его подготовки, в связи с чем дальнейшая обработка смеси не требуется (более 25 циклов).

Скорость удаления отложений с поверхности металла зависит от температуры. При температурах ниже 17°С скорость отмывки отложений с поверхности металла замедляется, что повышает продолжительность технологического цикла. При температуре 68°С эта скорость заметно увеличивается, что понижает время промывки образца. Поскольку при кавитации происходит нагревание моющего раствора до необходимой температуры, то применение дополнительного нагревающего оборудования не требуется.

Сущность предлагаемого способа поясняется на примерах.

Пример 1. В качестве образца для отмывки отложений использована вырезка из экранной трубы энергетического котла среднего давления №8 ТП - 150 Свердловской ТЭЦ. Отложения на трубе имеют коричневую окраску, они плотные, равномерные, толщиной 0,1-0,2 мм. Состав отложений, % масс., следующий: Fe₂O₃ 55,9; P₂O₅ 14,6; CaO 13,4; MgO 4,8; SO₃ 3,2; Al₂O₃ 2,8; ZnO 2,4; SiO₂ 1,6. Удельная загрязненность поверхности равна 993,9 г/м².

В качестве моющего раствора использована 0,4%-ная водная суспензия лигносульфоната (ВСДС), приготовленная из 20% ВСЛС.

Отмывка отложений с трубы проводилась с применением роторного кавитационного аппарата (РКА) при атмосферном давлении в замкнутом циркуляционном контуре, см. чертеж. Число оборотов ротора кавитатора (ЧОРК) равно 3000 в минуту. Скорость движения моющего раствора в контуре равна 0,45 м/сек. Исходная температура раствора равна 17°С. За четыре часа работы РКА температура моющего раствора поднимается до 68°С.

Общее время отмывки отложений составляет 7 суток (148 часов), из них установка работала в циркуляционном режиме четыре часа в сутки в течение шести суток (24 часа) и 20 часов в сутки в течение 6 дней (120 часов) образец находился в циркуляционном промывочном баке при выключенном РКА. После отмывки удельная загрязненность образца составила 782,4 г/м², т.е. степень отмывки равна 21,3%.

Пример 2. В качестве образца для отмывки отложений использовалась вырезка из экранной трубы водогрейного котла Гурзуфской котельной с отложениями коричневого цвета, неравномерно распределенными и бугристыми. Верхний слой отложений легко снимается, а нижний слой плотно сцеплен с металлом, толщина слоя 0,1-0,3 мм. Состав отложений, % масс.: Fe₂O₃ 88,3; СаО 2,8; MgO 0,5; Al₂O₃ 3,0; ZnO 0,9; SiO₂ 2,3. Удельная загрязненность поверхности 797 г/м².

В качестве моющего раствора использована смесь: водопроводная вода 90% и ВСЛС 10%. ВСЛС приготовлена в шаровой мельнице путем дробления 20%-ной гидролизной ВСЛС. Концентрация лигносульфоната в моющем растворе составила 2%.

Промывка трубы проводилась с использованием РКА с ЧОРК 6000 в минуту при температуре 17°С, число циклов обработки 25. За время работы РКА (4 часа в сутки) температура моющего раствора поднималась до 68°С. Скорость отмывки 0,8 м/сек. Общее время отмывки 3 суток (72 часа), из них установка работала в циркуляционном режиме 4 часа в сутки в течение 3 дней (12 часов) и 20 часов в сутки в течение 3 дней (60 часов) образец находился в циркуляционном промывочном баке с выключенным РКА.

В результате отмывки удельная загрязненность образца понизилась до 349 г/м², т.е. степень отмывки равна 56%.

Пример 3. Использовалась вырезка из конвективной трубы водогрейного котла Гурзуфской котельной с отложениями коричневого цвета, плотными с легко снимаемым верхним слоем и нижним слоем, плотно сцепленным с металлом, толщина отложений 0,1-0,2 мм. Состав отложений, % масс.: Fe₂O₃ 82, СаО 7, MgO 1, Al₂O₃ 3,9, ZnO 1, SiO₂ 1,7. Удельная загрязненность поверхности 41,27 г/м².

Моющим раствором являлась 2%-ная ВСЛС, аналогичная моющему раствору, приведенному в примере 2. Условия отмывки отложений трубы аналогичны условиям отмывки, приведенным в примере 2. Число циклов обработки 5.

Удельная загрязненность образца после отмывки составила 24,31 г/м², т.е. степень отмывки равна 41%.

Пример 4. Использовалась вырезка из экранной трубы водогрейного котла Гурзуфской котельной с отложениями коричневого цвета толщиной 0,1-0,2 мм. Состав отложений, % масс.: Fe₂O₃ 90,3, СаО 3,1, MgO 0,6, Al₂O₃ 2,1, SiO₂ 2,1. Удельная загрязненность поверхности 478,1 г/м².

Моющим раствором являлась смесь, % масс.: водопроводная вода 89, ВСЛС 10 (ВСЛС приготовлена в шаровой мельнице путем дробления 20% ВСЛС) и угольная 1 (суспензия 1 (суспензия приготовлена в шаровой мельнице при дроблении смеси угля и воды в массовом соотношении 1/2 в течение 2 часов). В промывочном растворе содержалось 2% лигносульфоната и 0,5% угля.

Промывка трубы проводилась с использованием РКА с ЧОРК 3000 в минуту при температуре 17°С, число циклов обработки 25. За время (6 часов в сутки) температура моющего раствора поднялась до 68°С. Общее время отмывки 3 суток (72 часа), из них установка работала в циркуляционном режиме 6 часов два дня (12 часов) и 60 часов 3 дня, образец находился в циркуляционном промывочном баке при выключенном РКА.

В результате отмывки удельная загрязненность образца понизилась до 62,96 г/м², т.е. эффективность отмывки равна 86,8%.

Состав накипи, % масс.: Fe₂O₃ 90,0, СаО 4, MgO 0,8, Al₂O₃ 2, ZnO следы, SiO 1,5.

Таким образом, использование предлагаемого способа, по сравнению с прототипом (4), позволяет проводить очистку поверхности труб от отложений, содержащих соединения кремния, фосфора, железа, кальция, магния и др. и накапливающихся в течение длительного времени их эксплуатации. Эффективность очистки связана с образованием молекулярных соединений между компонентами отложений труб (соединениями кремния, фосфора, солями жесткости, железом и др.) и активными составляющими (группами) лигносульфоната, ароматическими и ненасыщенными компонентами угля с последующим их переходом с поверхности трубы в моющий раствор.

Источники информации

1. Татаринов Б.П., Кирий Е.А. Тр. Ростовского на Дону института инженеров железнодорожного транспорта, 1964. Вып.48. 38 с.

2. Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия. 1982. 296 с.

3. Михельсон М.Д.// Коллоидный ж., 1977. Т.3. С.577-578.

4. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л.: Недра. 1979. С.37-38.

Изобретение относится к области очистки металлических поверхностей от различных наростов и обеспечивает повышение эффективности очистки поверхности труб от отложений. Способ очистки поверхности труб от отложений заключается в выщелачивании отложений активированной водой, при этом активацию воды проводят в роторном кавитационном аппарате в замкнутом циркуляционном контуре в присутствии 0,4-2% масс. суспензии лигносульфоната и 0,5% суспензии угля при числе оборотов ротора кавитатора 3000-6000 в минуту, числе циклов 5-25 и температуре 17-68°С. 1 ил.

Способ очистки поверхности труб от отложений, заключающийся в выщелачивании отложений активированной водой, отличающийся тем, что активацию воды проводят в роторном кавитационном аппарате в замкнутом циркуляционном контуре в присутствии 0,4-2 мас.% суспензии лигносульфоната и 0,5% суспензии угля при числе оборотов ротора кавитатора 3000-6000 в минуту, числе циклов 5-25 и температуре 17-68°С.