СПОСОБ СОКРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ Российский патент 2008 года по МПК C02F1/48 

Область техники

Изобретение относится к способу и устройству для улучшения скоростей потоков и сокращения образования отложений в технологическом оборудовании, таким как теплообменники, где протекают однофазные или многофазные текучие среды. Улучшение скорости потока приводит к более эффективной работе теплообменника, т.е. к более низкой скорости образования отложений и более высокой скорости удаления неорганических агентов. Текучая среда может представлять собой чистую жидкость, коллоидный раствор или может содержать включения в форме частиц.

Предпосылки изобретения

Образование осадков (отложений) на поверхностях теплообменников является основным фактором, определяющим эффективность их работы. Накапливание отложений на поверхностях теплообменников всегда приводит к снижению степени теплопередачи и может вызвать другие проблемы в работе оборудования. Теплообменники используются почти в любой отрасли промышленности, включая обрабатывающую промышленность и нефтяную промышленность. Таким образом, проблема образования отложений существует почти во всех отраслях промышленности. Размер затрат, связанных с образованием отложений в индустриальном мире, составляет порядка 40000 миллионов долларов США в год [1].

Не смотря на огромные затраты, связанные с образованием отложений, в отношении этой проблемы проводились только весьма ограниченные исследования. Надежные сведения об экономике образования отложений являются важными для оценки эффективности стратегий борьбы с ними. Несмотря на большой практический опыт в разработке методов предотвращения образования отложений и результаты проводимых исследований, образование отложений в теплообменниках до сих пор является существенной проблемой. Следовательно, имеется большая потребность в разработке новых и эффективных способов снижения или предотвращения образования отложений в теплообменниках [1].

Предшествующий уровень техники

Известен ряд химических и физико-механических способов снижения/удаления отложений и/или вредных веществ в системах, где протекают вода или другие технологические жидкости. Однако их эффективность сильно отличается и они имеют некоторые недостатки.

Одними из широко известных и длительно использующихся методов решения проблемы отложений и/или осадков вредных веществ в теплообменниках являются так называемые химические способы, при которых один или несколько агентов добавляют к жидкости в системе для увеличения растворимости веществ, которые образуют отложения. Известно, что эти способы являются эффективными как для предотвращения образования отложений/осадков вредных веществ, так и для растворения уже образовавшихся осадков. В случае теплообменников общий подход заключается в добавлении агента/агентов к технологическим жидкостям, которые, как правило, ухудшают качество охлаждающей/нагревающей среды и могут представлять угрозу окружающей среды. Эти проблемы можно решить выполнением периодических очистительных процедур, при которых теплообменник отсоединяют от технологической линии и пропускают через него очищающую жидкость. Но в этом случае нормальная работа оборудования приостанавливается, увеличивая тем самым затраты. В результате химические методы являются слишком дорогостоящими и трудоемкими, чтобы являться приемлемым решением проблемы образования отложений/осадков вредных веществ.

Кроме того, для предотвращения образования отложений и в некоторых случаях для очистки отложений все больше используют способы с приложением электрического и/или магнитного поля на протекающую воду и/или технологическую жидкость. Считают, что приложение электромагнитных полей на протекающую воду/ жидкость приводит к образованию в объеме жидкости ядерных кластеров, которые действуют как зародыши кристаллов так, что вещества, образующие осадки, осаждаются в объеме жидкости в виде твердых суспендированных частиц, которые уносятся потоком жидкости. Пример такой технологии раскрыт в ЕР 0720588, где воду подвергают радиочастотному облучению для предотвращения образования отложений. Также сообщалось, что магнитные поля могут быть полезны для предотвращения образования известковых отложений почти также, как и электрические поля. Пример такой технологии раскрыт в US 4278549. В WO 94/02422 описано устройство и способ, при котором воду подвергают микроволновому облучению, частоту которого регулируют таким образом, чтобы абсорбировалось одно или несколько из следующих ионов/соединений: Са²⁺, СО₃ ^2-, НСО₃ ^-, СО₂, СаНСО₃ ⁺, H₂СО₃ и Н₂О. Считают, что электромагнитное облучение вызывает осаждение микрочастиц в объеме жидкости, поток которой их уносит, а не на поверхностях технологического оборудования.

Эффект электромагнитной обработки осажденного Са₂СО₃ подробно обсуждается в Американском институте нефти [2] и учеными [3-10]. Результаты, полученные во многих экспериментах, являются противоречивыми. Некоторые результаты показывают, что электрические и/или магнитные поля уменьшают осаждение карбоната кальция, а другие - что нет. Однако способы, которые применяют для приложения электрических/магнитных полей, отличаются в разных экспериментах. Следовательно, параметры, которые описывают системы приложения полей, отличаются в разных экспериментах. Кроме того, не сообщается о количественном соотношении между параметрами электрических/магнитных полей и эффектом на систему, по которой протекает жидкость. Таким образом, при отсутствии научных знаний почти невозможно полностью контролировать эффект этих методов на осаждение карбоната кальция.

Для того чтобы понять механизмы образования отложений и снизить степень их образования в теплообменниках, были проведены теоретические и экспериментальные исследования. Эти механизмы включают кристаллизационное осаждение, осаждение частиц, биологическое осаждение, осаждение посредством химических реакций, коррозионное осаждение и осаждение при охлаждении. Маловероятно, что осаждение происходит исключительно по какому-либо одному механизму, однако, во многих случаях один из механизмов является доминирующим. Исследования многих механизмов, имеющих место при образовании осаждений, выявили, что следующие параметры имеют преобладающее значение с точки зрения управления процессом осаждения: градиент температуры через поверхность теплообменника, концентрация осаждающихся веществ и скорость потока у поверхности теплообменника [11], [12]. В настоящем изобретении используется последний из указанных параметров.

Задачи изобретения

Основной задачей изобретения является разработка способа и устройства для улучшения/усиления скорости потока в технологическом оборудовании, в котором протекает текучая среда, для того чтобы уменьшить или устранить проблему образования отложений.

Другой задачей изобретения является разработка способа и устройства для улучшения/усиления скорости потока у поверхностей теплообменников для увеличения эффективности теплообменников и одновременного уменьшения или устранения проблемы образования отложений.

Сущность изобретения

Указанные задачи изобретения решены благодаря созданию способа и устройства, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения и описанных в нижеследующем описании.

Изобретение частично основано на эффекте, который был обнаружен автором изобретения, и является основанием для другого изобретения, охраняемого, например, патентом US 6334957 или соответствующей заявкой ЕР 1021376. В этих патентах-аналогах подробно описан указанный эффект, и, следовательно, они включены в данную заявки посредством ссылки. Здесь дано только краткое описание этого эффекта:

- когда через трубу течет жидкость, из-за возникающих в граничном слое усилий сдвига у стенки трубы появляются несвязанные электрические заряды. В результате у стенки трубы возникает электрический потенциал (потенциал, сгенерированный трением), который будет притягивать и удерживать заряженные частицы, ионы, диполи, имеющиеся в жидкости, и, таким образом, индуцировать силу трения, которая уменьшает скорость потока жидкости в трубе. Этот вклад в замедление потока обычно называют электрическим вкладом в коэффициент трения.

Изобретение, описанное в US 6334957, основано на том, что это накапливание электрических зарядов на границе текучая среда - твердое вещество можно предотвратить путем приложения электрического потенциала постоянного тока к стенке трубы, который будет равен электрическому потенциалу зарядов у стенки. В результате электромагнитные силы, которые притягивают ионы и полярные молекулы, уменьшатся, и ионы и полярные молекулы смогут свободно перемещаться вместе с текучей средой. Другими словами, электрический вклад в коэффициент трения становится равным нулю, средняя скорость потока текучей среды возрастает, особенно у границы текучая среда - твердое вещество (у стенки). В US 6334957 описан способ регулирования, при котором приложенный электрический потенциал постоянного тока в каждый момент времени компенсирует электрический потенциал, сгенерированный трением, и устройство для осуществления этого способа.

Настоящее изобретение основано на открытии, что устранение электрической составляющей коэффициента трения в текущих через трубопровод средах, теплообменниках, реакторах и любых других формах технологического оборудования также представляет собой удобное и эффективное средство для предотвращения и, в некоторых случаях, удаления уже образовавшихся осадков и отложений. Другими словами, можно уменьшить степень образования отложений и любых видов твердых осадков на стенках теплообменников и другого технологического оборудования путем увеличения скоростей потоков у поверхностей теплообменников и этого оборудования. Считают, что благодаря увеличению скоростей потоков у границы текучая среда - твердое вещество (у стенки теплообменника) большая часть твердых осадков уносится с потоком текучей среды.

Было удивительно обнаружить, что эффект умеренного увеличения скоростей потоков, который получают путем устранения электрической составляющей в коэффициент трения, способен дать такое эффективное уменьшение степени образования осадков, что он становится эффективным инструментом для устранения проблемы образования отложений/осадков в теплообменниках и другом технологическом оборудовании. Нельзя не сказать, что такое умеренное увеличение скоростей потоков, обычно порядка 1-10%, также способно настолько увеличить усилия сдвига у поверхности жидкость - осадок, что способно удалить уже образованные осадки.

Эта удивительная находка дает существенные преимущества по сравнению с известными методами, в которых применяют электромагнитные поля/потенциалы для предотвращения образования отложений/осадков, поскольку в этих известных методах применяют довольно сильные электромагнитные поля/потенциалы, которые оказывают воздействие на весь объем жидкости для усиления образования ядерных кластеров и осаждения в технологической жидкости веществ, образующих вредные отложения, которые затем уносятся потоком жидкости. Однако в этом случае в технологической жидкости неминуемо происходит изменение химического состава, ионизация одного или многих веществ, находящихся в жидкости, возникают электрохимические реакции. Следовательно, известные методы должны применяться с большой осторожностью, чтобы не допустить нежелательных побочных эффектов. Другим нежелательным побочным эффектом является то, что в этих известных методах применяют электромагнитные поля/потенциалы, величина которых определенно отличается от величины электрического потенциала, генерируемого трением, при этом приложенный электрический потенциал определенно создает новый электрический потенциал, генерируемый трением, который будет значительно больше чем электрический потенциал, генерируемый при естественном течении жидкости. Этот эффект приводит к снижению скорости потока, что усиливает образование отложений. Это объясняет, почему многие известные методы характеризуются нестабильностью.

В настоящем изобретении приложенный электрический потенциал точно компенсирует возникающий при естественном течении текучей среды электрический потенциал, генерируемый трением потока (электрический потенциал трения). Таким образом, эти потенциалы компенсируют друг друга так, что не возникает никаких новых полей в технологической жидкости. Следовательно, не будет риска электрохимических превращений в текущей технологической жидкости, включая химические равновесия, ионизацию, образование химических радикалов, протекание нежелательных химических реакций и т.п. Возникающие при естественном течении жидкости электрические потенциалы трения обычно малы, порядка ± несколько вольт или меньше, поэтому ими можно управлять полями малой силы и, следовательно, более энергетически эффективными по сравнению с известными методами. Способ согласно изобретению подразумевает отсутствие какого-либо риска, как в смысле электрохимии, так и в смысле безопасности, что делает его особенно полезным для любого возможного оборудования, и не имеет значения природа используемой технологической жидкости.

Другое преимущество способа изобретения по сравнению с известными методами основано на том, что он является полностью контролируемым и дает согласованные результаты. Дополнительным преимуществом является то, что не происходит загрязнения окружающей среды, поскольку в технологические текучие среды (жидкости) не добавляют и не удаляют из них никаких веществ, в технологических жидкостях не происходит никаких химических реакций, которые могут оказывать нежелательные эффекты на проведение процесса и оборудование.

Если технологические текучие среды содержат химически активные компоненты, будет возникать дополнительный потенциал, который необходимо учитывать. Если в раствор (жидкость) погружен металл (например, поверхность теплообменника), возникает электрический потенциал между поверхностью металла и раствором, т.е. поверхность электризуется. Большинство металлов обычно заряжены отрицательно, а электрический потенциал можно измерить по отношению к поверхности ячейки (например, ячейки стандартного каломельного электрода, СКЭ). Этот потенциал называется потенциалом коррозии. Если поверхность имеет электрический заряд, возникает дополнительная адгезия, причиной которой являются силы притяжения между электрическими зарядами на поверхности и ионами или дипольными молекулами жидкости [13]. Это явление вносит дополнительный вклад в коэффициент электрического трения в потоке жидкости у поверхности теплообмена, который также следует учитывать при расчете прилагаемого поля постоянного тока. Таким образом, в данной заявке понятие «коэффициент электрической составляющей» означает комбинированный эффект потенциала коррозии и потенциала трения потока жидкости на общий коэффициент трения потока жидкости.

Изобретение применимо для всех типов теплообменников (ТО), включая ТО с воздушным охлаждением, ТО в виде пластин и рам, компактные ТО, кожухотрубные ТО, двухтрубные ТО, спиральные ТО, кожухотрубные конденсаторы, конденсаторы с воздушным охлаждением, пластинчатые и компактные конденсаторы, контактные конденсаторы, градирни, генераторы потока, бойлеры и испарители. Изобретение также применимо как для внутренней технологической жидкости, так и для охлаждающей/нагревающей среды (хладоносителя/теплоносителя) для поверхности теплообмена. Кроме того, изобретение применимо ко всем типам технологического оборудования, где протекают текучие среды и где образование отложений является проблемой.

Изобретательской идеей является применение электрического потенциала постоянного тока, который точно нейтрализует суммарный электрический потенциал трения и потенциал коррозии. Таким образом электрический потенциал через граничный слой (у поверхности стенки) снижается до нуля так, что электрическая составляющая в трение потока жидкости у поверхности снижается до нуля и, следовательно, будет достигнуто максимальное увеличение скорости потока около поверхности, которое приведет к снижению/устранению образования отложений суспендированных осадков. Потенциалы на границе текучая среда - твердое вещество будут ниже ±5 вольт, предпочтительно ниже ±2,5 вольт, а чаще порядка ±1,0 и менее.

Для применения изобретения на практике разработано устройство, содержащее блок управления, который обеспечивает точную компенсацию потенциала, возникающего естественным путем на границе текучая среда - твердое вещество, приложенным потенциалом постоянного тока. Этот блок управления содержит три узла: блок измерения/расчета, генератор потенциала постоянного тока и блок регулировки. Эти компоненты являются обычными и не требуют дополнительного описания. Аналогичная система подробно описана в US 6334957 и соответствующей заявке ЕР 1021376. Блок регулировки рассчитывает величину приложенного потенциала постоянного тока исходя из информации об измеренных параметрах входящего потока в той части трубы или трубопровода, на которую действует поле постоянного тока, причем эти параметры могут представлять собой один или более чем один параметр, выбранный из группы, включающей среднюю скорость потока, потенциал коррозии, рН, концентрацию конкретных ионов в жидкости, электрическую проводимость, давление и температуру.

Краткое описание графических материалов

На фиг.1 схематично изображен кожухотрубный теплообменник.

На фиг.2 схематично изображена система потока жидкости. Положения электродов (QCM 1-3) на трубке показано на фиг.3.

На фиг.3 изображены размеры трубки и положения электродов: рабочих электродов QCM1, QCM2, QCM3, электрода сравнения и измерительного (нержавеющая сталь).

На фиг.4 представлена блок-диаграмма системы EQCM (системы измерения напряжения и частоты).

На фиг.5 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (нижний электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальция и сульфата бария, который был приготовлен прямо перед проведением измерений (частицы были очень мелкими - менее 50 нм, раствор выглядел прозрачным).

На фиг.6 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (верхний электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальция и сульфата бария, который был приготовлен прямо перед проведением измерений.

На фиг.7 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (боковой электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальция и сульфата бария, который был приготовлен прямо перед проведением измерений.

На фиг.8 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (боковой электрод) на второй день после приготовления коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария.

На фиг.9 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (нижний электрод) на третий день после приготовления коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария.

На фиг.10 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (нижний электрод) на третий день после приготовления коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария.

На фиг.11 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (верхний электрод) на третий день после приготовления коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария.

На фиг.12 представлен график зависимости скорости осаждения от потенциала (боковой электрод) на третий день после приготовления коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария.

Осуществление изобретения

Далее изобретение описано подробно со ссылкой на предпочтительное воплощение.

Предпочтительное воплощение изобретения представлено на фиг.1, где схематично изображен кожухотрубный теплообменник. Стрелки показывают направление потока. Устройство 1 по изобретению соединено с теплообменником 2 двумя или более обычными соединительными элементами (не показаны). Один соединительный элемент соединен с контуром 4 на входе хладоносителя или теплоносителя 3, который электрически изолирован от остальной системы. Другой соединительный элемент соединен с контуром 7 на входе технологической жидкости 6, который также электрически изолирован от остальной системы. Третий соединительный элемент соединен с теплообменником в точке, обозначенной цифрой 9. Если изобретение применяют для улучшения скорости потока технологической жидкости, соединительная точка 9 будет находиться на выходе 5 технологической жидкости. Если изобретение применяют для улучшения скорости потока хладоносителя или теплоносителя, соединительная точка 9 будет находиться на выходе 8. Для улучшения скорости потока хладоносителя или теплоносителя используют контур 4, а для улучшения скорости потока технологической жидкости - контур 7.

Когда устройство по изобретению включают в режим измерения/расчета, определяют уставку регулятора (заданное значение регулируемой величины) следующим образом.

Определение уставки регулятора основано на измерениях емкости. Емкость измеряют между контурами 4 или 7 и теплообменником в точке 9 методом переменного тока как функцию приложенного потенциала постоянного тока. Его положительный и отрицательный полюса соединены с точками 9 и 4 или с точками 9 и 7 соответственно. Потенциал, при котором емкость имеет минимальное значение, соответствует незаряженному состоянию теплообменника и является потенциалом постоянного тока, который используют как уставку регулятора. Когда устройство по изобретению включают в рабочий режим, генератор постоянного тока создает потенциал между точками 4 и 9 или 7 и 9 и управляется регулятором.

Проверка работы изобретения

Для проверки способности способа по изобретению снижать степень образования отложений был приготовлен коллоидный раствор карбоната кальция и сульфата бария для потока воды и были проведены эксперименты для исследования степени образования отложений на поверхности титана. Карбонат кальция и сульфат бария диспергировали (в коллоидном состоянии) в текущей жидкости, проходящей по пластине из титана.

Экспериментальная часть

Растворы

Приготовление коллоидного раствора карбоната кальция и сульфата бария: 1 л 0,00025 М BaCl₂ и 1 л 0,00025 М CaCl₂ смешали и затем добавили 2,5 мл 1 М Na₂CO₃. Затем добавили 25 мл 0,01 М Na₂SO₄. Таким образом получили коллоидный раствор карбоната кальция и сульфата бария. Для свежего раствора и при комнатной температуре измерения на светорассеивающем фотометре при различных длинах волн дали размеры частиц карбоната кальция и сульфата бария около 50 нм. Через 2-3 дня эти частицы достигли размеров около 100 нм. Далее наблюдали дальнейший рост частиц, который привел к превращению коллоидного раствора в суспензию и к осаждению карбоната кальция и сульфата бария. Затем коллоидный раствор заменили новым раствором.

В процессе экспериментов при температуре 38°С рост частиц и их осаждение происходило значительно быстрее. Поэтому каждый день готовили новый раствор.

В процессе измерений содержание кальция и бария контролировали атомно-абсорбционной спектроскопией.

Система потока

Схематическое изображение системы потока жидкости представлено на фиг.2. Трубка находится в контуре, который содержит два резервуара (Res 1 и Res 2) с жидкостью и перистальтическим насосом. Скорость потока контролируют по высоте (Н), а температуру жидкости контролируют терморезервуаром 2. Этот резервуар также служит для демпфирования изменений давления, которые возникают во время работы перистальтического насоса и могут влиять на частоту осциллирования кварцевого кристалла.

Электроды и инструменты

Использовали кварцевые кристаллы диаметром 15 мм и толщиной 0,3 мм с частотой 5 МГц. Обе стороны кристаллов были покрыты титаном путем катодного распыления. Уменьшение изменения частоты линейно зависит от увеличения массы электрода. Основная частота кварцевого кристалла (5 МГц) и геометрическая область титанового напыления в форме круга в центре кристалла (0,2 см^-2) дает чувствительность по массе, равную 25·10^-9 г Гц^-1 см^-2 = 25 нг Гц^-1 см^-2. Эти покрытые рабочие кварцевые кристаллы (QCM1, QCM2 и QCM3, см. фиг.3 и 4) были закреплены в цилиндрических держателях, присоединенных к трубке тремя разными способами. Одна сторона кристаллов была погружена в раствор в трубке и служила в качестве рабочего электрода (QCM1, QCM2 и QCM3, см. фиг.3 и 4). Другая сторона кристаллов была обращена в воздух.

Рабочие кварцевые электроды были вставлены в три отдельно контролируемых осциллятора - в QCM драйверы (фиг.4), конфигурация которых позволяла заземлить электроды. Использовали изготовленную в лабораторных условиях систему измерения напряжения и частоты (фиг.4). В этой системе измеритель частоты высокой чувствительности выполняет измерения с точностью 0,1-0,2 Гц для частоты 5 МГц за 3 мс.

В процессе измерений один и тот же потенциал прикладывали одновременно ко всем трем электродам и отдельно для каждого электрода регистрировали изменения частоты кварцевых электродов во времени в течение 600 секунд. Затем этот же эксперимент повторяли при другом значении потенциала. Таким образом исследовали диапазон потенциалов от 1 до -1 В против стандартного водородного электрода (от 0,8 до -1,2 В против электрода серебро/хлорид серебра/насыщенный KCI) с шагом 0,1 В.

Результаты

1. Измерения в коллоидном растворе при скорости потока 3 л/мин (Re=1300) и комнатной температуре (22°С).

Результаты этих измерений представлены на фиг.5-9.

Низкие скорости, наблюдавшиеся в свежем коллоидном растворе при наиболее положительных потенциалах (фиг.5), можно объяснить очень малым размером частиц (менее 50 нм). В процессе измерений частицы росли (рост отслеживался на светорассеивающем фотометре). Это может являться причиной роста скорости при изменении потенциала в отрицательную сторону при сохранении его положительного значения. Когда эксперименты повторили на второй и третий день в том же растворе, в положительной области потенциалов влияние потенциала на скорость осаждения было меньше (фиг.8 и 9).

В отрицательной области потенциалов наблюдалось выраженное влияние потенциала - скорость осаждения значительно уменьшилась (фиг.5, 8 и 9).

На фиг.8 представлены результаты измерений того же раствора и при тех же условиях, как на фиг.5, но измерения выполняли на следующий день после экспериментов, результаты которых представлены на фиг.7. Размеры частиц составляют примерно 100 нм и продолжают расти, хотя значительно медленнее. Данные фиг.8 показывают влияние потенциала (эффекты роста небольшие). Фиг.9 - раствор стал более опалесцирующим (визуально наблюдался белый цвет раствора), размеры частиц - более 100 нм.

Скорости осаждения на этих электродах были очень малыми и близкими в течение нескольких дней (фиг.6 и 7). Измерения, проведенные на третий день (данные для нижнего электрода представлены на фиг.9), показали некоторую схожесть в поведении с нижним электродом, хотя абсолютные значения скоростей заметно ниже.

2. Измерения в коллоидном растворе при увеличенной скорости потока 4 л/мин (Re=1700) и комнатной температуре (22°С).

Результаты этих измерений представлены на фиг.10-12.

Уменьшение скоростей осаждения, наблюдаемое при более высоких скоростях потока (фиг.10 и 11), может быть связано со «смыванием» частиц с поверхности электрода.

Оба эксперимента 1 и 2 проводили при ламинарном потоке (числа Рейнольдса 1300 и 1700 соответственно). При ламинарном потоке коэффициент трения уменьшается при увеличении числа Рейнольдса. Уменьшение скоростей осаждения, наблюдаемое при более высоких скоростях потока (фиг.10 и 11), может быть связано с более низким коэффициентом трения.

Вывод

Результаты показывают, что скорость осаждения карбоната кальция и сульфата бария на поверхности электрода зависит от приложенного потенциала постоянного тока в диапазоне 0,8-1,0 В (электрод сравнения Ag/AgCl₂). В определенном диапазоне наблюдается уменьшение скорости осаждения, хотя в других диапазонах наблюдается увеличение.

Результаты показывают, что скорость осаждения уменьшается при более высоких скоростях потока, что свидетельствует о том, что этот эффект связан с более низким коэффициентом трения.

Ссылки

1) Müller-Steinhagen, H. (2000). Heat Transfer Fouling. Localized 14.02.03: http://www.cpe.surrey.ac.uk/dptri/hms/fouling.htm.

2) Evaluation of the principles of magnetic water treatment. American Petroleum Institute, Washington DC, 1985 (API Publication 960).

3) Gamayunov, N.I. Enlargement of particles in water streams under the influence of crossed electric and magnetic fields. J.Appl. Chem., 57, 1984.

4) Baker, J.S., Judd, S.J. Magnetic amelioration of scale prevention. Wat. Res., 30, 1996.

5) Parsons, S.A., Wang, B.L, Judd, S.J., Stephenson. T. Magnetic treatment of calcium carbonate scale-effect of pH control. Wat. Res., 31, 1997.

6) Quinn, С.J. Magnetic treatment of water prevents mineral build-up. Iron and Steel Engineer, 74, 1997.

7) Barrett, R.A., Parsons, S.A. The influence of magnetic fields on calcium carbonate precipitation. Wat. Res., 32, 1998.

8) Coey, J.M. D, Cass, S. Magnetic water treatment. J.Magn. Magn. Mater., 209, 2000.

9) Gabrielli, С., Jaouhari, R., Keddam, M. Magnetic water treatment for sacle prevention. Wat. Res., 35, 2001.

10) Kobe, S., Drazic, G., McGuiness, P.J., Strazisar, J. The influence of the magnetic field on the crystallization form of calcium carbonate and the tetsing os a magnetic water-treatment device. J. Magn. Magn. Mater., 236, 2001.

11) Hewitt, G.F., Shires, G.L., Bott, T.R. Process heat transfer. CRC Press, Boca Raton, 1994.

12) Hasson, D., Bramson, D. Effectiveness of magnetic water treatment in suppressing СаСО₃ scale deposition. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 24, 1985.

13) Bockris, J.O.M., Reddy, A.K.N. Modern electrochemistry, vol.2A, 2nd Ed., New York, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000.

Изобретение относится к способу сокращения образования отложений в технологическом оборудовании, таком как теплообменники, где протекают однофазные или многофазные текучие среды. Способ включает приложение электрического потенциала постоянного тока к стенке трубы или трубопровода, чтобы исключить электрический вклад в коэффициент трения, причем приложенный потенциал постоянного тока имеет значение, равное по величине и противоположное по знаку потенциалу, естественным путем возникающему в потоке текучей среды из-за возникновения электрических зарядов на стенке трубы или трубопровода в результате взаимодействия текущей среды и материала стенки. Улучшение скорости потока приводит к более эффективной работе теплообменника, то есть к более низкой скорости образования отложений и более высокой скорости удаления неорганических агентов. Текучая среда может представлять собой чистую жидкость, коллоидный раствор или может содержать включения в форме частиц. Технический результат состоит в уменьшении отложений на стенках трубопровода при снижении трения у стенки трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ сокращения образования осадков загрязняющих веществ и/или отложений в технологическом оборудовании, содержащем текучие среды, включающий приложение электрического потенциала постоянного тока к стенке трубы или трубопровода, чтобы исключить электрическую составляющую коэффициента трения, причем приложенный электрический потенциал постоянного тока регулируют с помощью блока регулировки, который снабжают информацией об измеренных параметрах текучей среды, отличающийся тем, что приложенный потенциал постоянного тока имеет значение, равное по величине и противоположное по знаку потенциалу, естественным путем возникающему в потоке текучей среды из-за возникновения электрических зарядов на стенке трубы или трубопровода в результате взаимодействия текущей среды и материала стенки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок регулировки снабжают информацией об измеренных параметрах входящего потока текучей среды в той части трубы или трубопровода, на которую действует поле постоянного тока, причем эти параметры представляют собой один или более чем один параметр, выбранный из группы, включающей среднюю скорость потока, потенциал коррозии, рН, концентрацию конкретных ионов в текучей среде, электрическую проводимость, давление и температуру.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что электрический потенциал постоянного тока составляет от -5,0 до +5,0 В (по насыщенному каломельному электроду).4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что электрический потенциал постоянного тока составляет от -2,5 до +2,5 В (по насыщенному каломельному электроду).5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что электрический потенциал постоянного тока составляет от -1,0 до +1,0 В (по насыщенному каломельному электроду).6. Способ по п.1, отличающийся тем, что текучая среда представляет собой чистую жидкость в газообразном или жидком состоянии, коллоидный раствор, текучую среду, содержащую включения в форме частиц, смесь нескольких текучих сред, однофазную или многофазную текучую среду или смесь указанных текучих сред.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток текучей среды имеет числа Рейнольдса в диапазоне 1-5000000.