СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК C02F1/48 

Предложение относится к способам и устройствам для электромагнитной обработки жидкостей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности в газонефтяной промышленности, теплоэнергетике, и предназначено для электромагнитной обработки жидкостей в аппаратах с теплопередающими поверхностями.

Известно устройство для электромагнитной обработки жидкостей (а.с. SU 1414785, МПК C02F 1/48, опубл. 07.08.88, бюл. №29), включающее высокочастотный индуктор, аксиальный с проходящим внутри него трубопроводом. Внутри трубопровода в области среднего витка индуктора и с ним в одной плоскости имеется перегородка, образующая зазор по ее периметру с внутренней стенкой трубопровода. В зоне зазора напряженность вихревой электрической компоненты поля имеет наибольшую величину.

Известное устройство применяется следующим образом.

Индуктор подключается к высокочастотному генератору, и протекающий через индуктор ток высокой частоты создает внутри него высокочастотное поле. Подаваемая по трубопроводу жидкость протекает через зазор. После прохождения через зазор жидкость приобретает повышенную активность.

Недостатком данного устройства является то, что применяемое устройство является металлоемким и монтаж на трубопровод является достаточно трудоемким.

Известен способ магнитной обработки жидкости, который может использоваться для опосредственного намагничивания жидкости, способ включает индуцирование жидкости в электромагнитном устройстве, (патент RU 2401809, МПК C02F 1/48, опубл. 20.10.2010, бюл. №29).

Недостатком данного способа является то, что требуется достаточно долгое время для получения намагниченной жидкости в емкости в статическом режиме и то, что данный способ намагничивания жидкости не может быть использован для обработки жидкостей, поступающих на оборудование с теплопередающими поверхностями, вследствие прямоточного режима эксплуатации оборудования.

Известно электромагнитное устройство для обработки жидкости. Данное электромагнитное устройство для обработки жидкости может быть использовано для активации воды при поливе растений, в технологических процессах тяжелой и перерабатывающей промышленности (патент RU 2206516, МПК C02F 1/48, опубл. 20.06.2003).

Недостатком данного устройства при его использовании в различных отраслях промышленности при обработке различных жидкостей является то, что для его монтажа необходимо производить остановку оборудования и его врезку в технологическую систему.

Наиболее близким является устройство для электромагнитной обработки жидкости (патент RU 18068, МПК C02F 1/48, опубл. 20.05.2001 г.). Данное устройство включает подключенный к генератору электромагнитных импульсов индуктор, охватывающий трубопровод, на который попарно смонтировано с зазорами друг относительно друга четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода, один конец которого подключен к генератору электромагнитных импульсов, а второй конец электрически изолирован.

К недостаткам данного устройства можно отнести нестабильность получаемых результатов процесса электромагнитной обработки жидкостей, сравнительно небольшой охват зоны воздействия на жидкость, отсутствие контроля за параметрами эксплуатации устройства для электромагнитной обработки жидкости.

Наиболее близким является способ электромагнитной обработки жидкости, описанный в патенте RU 18068, МПК C02F 1/48, опубл. 20.05.2011 г. Способ осуществляют следующим образом.

Подают жидкость через трубопровод и включают генератор электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов. Протекающий через индукторы ток высокой частоты создает внутри него высокочастотное поле. Подаваемая по трубопроводу жидкость протекает через четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода и которые излучают электромагнитные импульсы, воздействуя на растворенные в жидкости соли. На каждый индуктор подают электромагнитные импульсы, имеющие переменную частоту от 0,1 кГц до 30 кГц с напряженностью электрического поля от 10 вольт на метр до 30 вольт на метр, которые воздействуют на жидкость.

Недостатками способа являются недостаточный охват воздействия на жидкость, небольшой диапазон вырабатываемой частоты электромагнитных импульсов, невозможность подбора оптимальной частоты вырабатываемых электромагнитных импульсов для жидкостей различной минерализации.

Техническими задачами предложения являются:

- повышение эффективности электромагнитной обработки жидкостей за счет воздействия на обрабатываемые жидкости на входе и выходе из аппарата для предотвращения образования накипи (отложения твердых осадков) на теплопередающих поверхностях, с которыми контактируют жидкости, повышение качества обрабатываемой жидкости за счет регулирования диапазона частот электромагнитных импульсов, обеспечение эффективного растворения имеющихся на теплопередающих поверхностях до использования заявленного предложения твердых осадков и микробиологических биообрастаний за счет увеличения охвата зоны электромагнитного воздействия на жидкость;

- эффективное препятствие коррозии внутренних рабочих поверхностей;

- снижение расхода реагентов на подпиточную воду, расходов на энергоресурсы, расходов, связанных с обслуживанием и эксплуатацией аппаратов с теплопередающими поверхностями, снижение трудозатрат.

Поставленные технические задачи решаются способом электромагнитной обработки жидкостей, включающим подачу жидкости через трубопровод, включение генератора электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода провода, воздействие на жидкость электромагнитным полем.

Новым является то, что перед подачей жидкости в трубопровод производят отбор проб, воздействуют на жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц с учетом подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей, после электромагнитного воздействия на жидкость производят повторный отбор проб, корректируют диапазон частот.

Поставленные технические задачи решаются устройством для электромагнитной обработки жидкости, включающим генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора.

Новым является то, что устройство снабжено дополнительным генератором электромагнитных импульсов, четыре пары индукторов с обмотками разделены на две равные группы, одна из которых размещена на входном, а другая - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам дополнительного генератора.

Поставленные технические задачи также решаются устройством для электромагнитной обработки жидкостей, включающим генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора.

Новым является то, что устройство дополнительно снабжено двумя генераторами электромагнитных импульсов и двумя дополнительными парами индукторов, пары индукторов разделены на две равные группы, одна группа индукторов и одна дополнительная пара индукторов размещены на входном, а вторая группа индукторов и вторая дополнительная пара индукторов - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам второго генератора, одни концы двух дополнительных пар индукторов на входном и выходном трубопроводах подключены к соответствующим выходам третьего генератора, а противоположные концы двух дополнительных пар индукторов электрически изолированы на соответствующих трубопроводах.

На фиг.1 изображена схема устройства для электромагнитной обработки жидкостей по первому варианту, где

1 - исходный генератор;

2 - дополнительный генератор;

3 - входной трубопровод аппарата;

4 - выходной трубопровод аппарата;

5 - аппарат с теплопередающей поверхностью;

6 - общий подающий трубопровод;

7 - общий обратный трубопровод;

8 - градирня;

9 - задвижки;

g₁, g₂, g₃, g₄ - выходы генератора 1;

$$g_1^1$$ , $$g_2^1$$ , $$g_3^1$$ , $$g_4^1$$ - выходы дополнительного генератора 2;

I₁, I₂, I₃, I₄ - группа индукторов на входном трубопроводе;

$$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ - группа индукторов на выходном трубопроводе;

а₁, а₂, а₃, а₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к генератору 1;

$$a_1^1$$ , $$a_2^1$$ , $$a_3^1$$ , $$a_4^1$$ - концы индукторов $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ , подсоединенные к генератору 1;

b₁, b₂, b₃, b₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

$$b_1^1$$ , $$b_2^1$$ , $$b_3^1$$ , $$b_4^1$$ - концы индукторов $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ , подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2.

На фиг.2 изображена схема с двумя дополнительными генераторами в устройстве по второму варианту, где

1 - исходный генератор;

2, 2¹ - дополнительные генераторы;

3 - входной трубопровод аппарата;

4 - выходной трубопровод аппарата;

5 - аппарат с теплопередающими поверхностями;

6 - общий подающий трубопровод;

7 - общий обратный трубопровод;

8 - градирня;

9 - задвижки;

g₁, g₂, g₃, g₄ - выходы генератора 1;

$$g_1^1$$ , $$g_2^1$$ , $$g_3^1$$ , $$g_4^1$$ - выходы дополнительного (второго) генератора 2;

$$g_1^2$$ , $$g_2^2$$ , $$g_3^2$$ , $$g_4^2$$ - выходы дополнительного (третьего) генератора 2¹;

I₁, I₂, I₃, I₄ - группа индукторов на входном трубопроводе;

$$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ - группа индукторов на выходном трубопроводе;

$$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ - дополнительная пара индукторов на входном трубопроводе, где оба конца каждого индуктора подключены к выходам $$g_1^2$$ , $$g_2^2$$ дополнительного генератора 2¹;

$$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ - дополнительная пара индукторов на выходном трубопроводе, где оба конца каждого индуктора подключены к выходам $$g_3^2$$ , $$g_4^2$$ дополнительного генератора 2¹;

а₁, а₂, а₃, а₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к генератору 1;

$$a_1^1$$ , $$a_2^1$$ , $$a_3^1$$ , $$a_4^1$$ - концы индукторов $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ , подсоединенные к генератору 1;

b₁, b₂, b₃, b₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

$$b_1^1$$ , $$b_2^1$$ , $$b_3^1$$ , $$b_4^1$$ - концы индукторов $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ , подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

c₁, c₂, c₃, c₄ - концы индукторов $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ , $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ соответственно;

$$c_1^1$$ , $$c_2^1$$ , $$c_3^1$$ , $$c_4^1$$ - противоположные концы индукторов $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ , $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ соответственно.

Механизм электромагнитного воздействия на жидкости объясняется с вступлением генерируемых частот электромагнитных излучений с собственной частотой колебательной системы обрабатываемой жидкости, что обуславливает физический безреагентный характер воздействия на жидкость. Электромагнитному воздействию могут подвергаться различные жидкости, содержащие в своем составе растворенные соли, которые при определенных условиях могут осаждаться на теплопередающих поверхностях с образованием отложений твердых осадков.

Наиболее распространенными жидкостями, содержащими в своем составе различные растворенные соли, являются пресная вода, морская вода, пластовая вода (попутный продукт при добыче нефти). Вода находит наиболее широкое применение в газонефтяной промышленности, теплоэнергетике, металлургической промышленности. При накладывании частот электромагнитных излучений с собственной колебательной частотой воды происходит разбиение кластеров молекул воды (объемное соединение молекул воды) и перестройка структуры воды. Ионы различных солей, растворенных в воде, заключены в гидратную оболочку, при прохождении через индукторы высвобожденные из гидратной оболочки разноименно заряженные ионы солей притягиваются в объеме воды и выпадают в виде шлама (агломерация частиц в объеме), который уносится потоком воды. Важной особенностью является выпадение шлама в виде частиц арагонита (кристаллическая модификация карбоната кальция), имеющего идентичную химическую формулу, как и у кальцита. Арагонит образует игольчатые кристаллы, что обуславливает гораздо меньшую способность частиц солей к адгезии на теплопередающей поверхности, чем у частиц кальцита. Преобразованные в хрупкие кристаллы соли легко смываются с теплопередающей поверхности и уносятся потоком воды. Таким образом, центры кристаллизации формируются не на теплопередающей поверхности, а в объеме воды, что обеспечивает безнакипной режим эксплуатации различных видов оборудования с теплопередающими поверхностями. Например, поступающая пресная вода в режиме оборотного водоснабжения на теплообменный аппарат является более жесткой, чем подготовленная водопроводная вода, являющаяся источником питания для котельных агрегатов и теплообменного оборудования. Кроме того, подаваемая оборотная вода на теплообменный аппарат в условиях системы оборотного водоснабжения и подпиткой с водозабора реки, имеет различную общую минерализацию, а следовательно и различное содержание растворенных в воде солей. В соответствии с этим необходимо отметить, что предлагаемый способ и устройство для электромагнитной обработки жидкостей обеспечивают безнакипной режим эксплуатации аппаратов с теплопередающими поверхностями (далее аппараты) в течение продолжительного времени. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает предотвращение отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях и разрушение уже существующих отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях эксплуатируемых аппаратов на объектах различных отраслей промышленности, снижение скорости коррозии, например, оборотной воды в 2-3 раза, предотвращение и разрушение уже существующих микробиологических обрастаний в аппаратах.

Способ электромагнитной обработки жидкостей осуществляют следующим образом.

Производят отбор проб (с определением физико-химического состава, например, содержания солей) обрабатываемой жидкости. Жидкость с градирни 8 (см. фиг.1) подают по общему подающему трубопроводу 6 на аппарат с теплопередающими поверхностями 5 через входной трубопровод аппарата 3, на который наматывают индукторы, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2, снабженным световыми индикаторами, мигание которых свидетельствует о штатной работе устройства для электромагнитной обработки жидкостей. Далее жидкость проходит через теплопередающие поверхности аппарата 5 и уже нагретая проходит через выходной трубопровод 4 аппарата, на который также намотаны индукторы, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2. Воздействуют на обрабатываемую жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц. На выходе из аппарата производят повторный отбор проб (оценивают изменение физико-химического состава). Нагретая жидкость с аппарата поступает в общий обратный трубопровод 7 и далее возвращается в градирню 8 на охлаждение.

На входном, выходном трубопроводах 3, 4 аппарата 5 с теплопередающими поверхностями попарно монтируют с зазорами друг относительно друга четное количество (четыре пары) индукторов (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ ) (фиг.1). Каждый индуктор выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода, оба конца которого подключены к двум генераторам. В каждой паре индукторов витки одного излучателя навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки. Генераторы 1, 2 создают электромагнитные импульсы переменной частоты. Индукторы внутри трубы формируют магнитное поле со спектром излучаемых частот в диапазоне 0,2-100 кГц и амплитуду напряжения импульсов от 200 до 700 В с учетом оптимального подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей (в зависимости от физико-химических параметров обрабатываемой жидкости, например, содержания солей и/или размеров частиц солей выпавших в объеме жидкости). Способ электромагнитной обработки жидкостей можно осуществлять в широком диапазоне содержания солей жесткости (от 0,001 до 30000 мг/дм³).

Диапазон частот корректируют в зависимости от физико-химического состава при отборе проб. Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе больше, чем на входе, значит, в процессе электромагнитной обработки происходит разрушение существующей накипи на теплопередающих поверхностях и выпадение солей жесткости в объеме воды. Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе равно содержанию солей жесткости на входе, значит, в процессе электромагнитной обработки происходит выпадение всех солей жесткости в объеме жидкости. При равенстве содержания солей жесткости на входе и выходе из аппарата с теплопередающими поверхностями или при большем содержании солей жесткости в жидкости на выходе, чем на входе в аппарат с теплопередающими поверхностями, корректировку диапазона частот электромагнитных импульсов не производят.

Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе меньше, чем на входе, значит, происходит процесс отложений солей жесткости (твердые отложения) на теплопередающих поверхностях аппарата. В этом случае производят корректировку диапазона частот электромагнитных импульсов, вырабатываемых устройством для электромагнитной обработки жидкостей.

Корректировку диапазона вырабатываемых частот также производят по размеру частиц солей (по гранулометрическому составу), выпавших в объеме обрабатываемой жидкости. Наиболее оптимальной частоте соответствует наименьший размер частиц, выпавших в объеме обрабатываемой воды.

Это приводит к изменению энергетического состояния молекулы воды и созданию условий для кристаллизации растворенных солей с образованием в массе жидкости взвешенных микрокристаллов, обладающих свойством не прикипать, не прилипать, не осаждаться на дно и находиться в объеме жидкости. При помощи постоянно корректируемого диапазона частот способ обеспечивает постоянный электромагнитный резонанс, электромагнитное поле отталкивает одноименно заряженные катионы солей от поверхности трубопровода к центру массы воды, а ионы к стенкам нагрева, что способствует постепенному разрушению ранее образованных отложений твердых осадков. Оптимальное воздействие на воду также обеспечивается подобранной частотой вырабатываемых импульсов от 0,2 до 100 кГц, что отображается на наименьших среднеарифметических размерах частиц, образующихся в объеме воды после электромагнитной обработки и характеризующие качество обработки жидкостей.

Применительно к предлагаемому изобретению необходимо выделить то, что в нем для увеличения зоны охвата электромагнитного воздействия на жидкость, подаваемую на аппарат (фиг.1), электромагнитному воздействию подвергается не только поступающая жидкость на аппарат, но и отводящаяся жидкость с аппарата, путем установки четырех пар индукторов (8 индукторов) I₁, I₂, I₃, I₄, $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ на входном и выходном трубопроводах аппарата (индукторы разделены на 2 равные группы, по 4 индуктора на входном и выходном трубопроводах). Два индуктора образуют одну пару индукторов.

Одни концы каждого индуктора (а₁, а₂, а₃, а₄) и ( $$a_1^1$$ , $$a_2^1$$ , $$a_3^1$$ , $$a_4^1$$ ) подсоединены к выходам генератора 1 (g₁, g₂, g₃, g₄), а противоположные концы каждого индуктора (b₁, b₂, b₃, b₄) и ( $$b_1^1$$ , $$b_2^1$$ , $$b_3^1$$ , $$b_4^1$$ ) к выходам дополнительного генератора 2 ( $$g_1^1$$ , $$g_2^1$$ , $$g_3^1$$ , $$g_4^1$$ ). В каждой паре индукторов один электрически изолированный провод индуктора намотан на входном, выходном трубопроводах по часовой стрелке, а другой электрически изолированный провод индуктора на входном, выходном трубопроводах против часовой стрелки.

В устройстве по первому варианту с одним дополнительным генератором 2 используют 4 пары индукторов.

В устройстве по второму варианту добавляется два дополнительных генератора и две дополнительные пары индукторов, по одной паре индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) на входной 3 и паре индукторов ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) на выходной 4 трубопроводы аппарата (фиг.2) с теплопередающими поверхностями 5. Одни концы (c₁, c₂, c₃, c₄) двух дополнительных пар индукторов $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ , $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ подключены к выходам ( $$g_1^2$$ , $$g_2^2$$ , $$g_3^2$$ , $$g_4^2$$ ) дополнительного (третьего) генератора 2¹, противоположные концы ( $$c_1^1$$ , $$c_2^1$$ , $$c_3^1$$ , $$c_4^1$$ ) двух дополнительных пар индукторов $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ , $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ электрически заизолированы на входном и выходном трубопроводах соответственно. Противоположные концы ( $$c_1^1$$ , $$c_2^1$$ ) индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) - на входном трубопроводе 3 и противоположные концы ( $$c_3^1$$ , $$c_4^1$$ ) индукторов ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) - на выходном трубопроводе 4.

В устройстве по второму варианту с двумя дополнительными генераторами 2 и 2¹ (см. фиг.2) 6 пар индукторов. В свою очередь, количество генераторов в устройстве зависит от геометрических размеров трубопроводов, физико-химических параметров жидкостей, которая по ним протекает с учетом экономической целесообразности. Т.е. в устройстве может быть один дополнительный генератор (по первому варианту) и два дополнительных генератора (по второму варианту) для электромагнитной обработки жидкостей.

Таким образом, формируется система, состоящая из симметрично пересекающихся между собой проводов индукторов, увеличивающая охват зоны электромагнитного воздействия на жидкость.

В процессе такого комплексного воздействия на жидкость происходит более глубокое электромагнитное воздействие на жидкость, что отображается на среднеарифметических размерах частицах твердых осадков, отложенных на теплопередающих поверхностях. Преимуществом предлагаемого устройства для электромагнитной обработки жидкостей по сравнению с прототипом является увеличение охвата зоны электромагнитного воздействия на различные жидкости за счет монтажа пар индукторов на входном и выходном трубопроводах аппарата и увеличение подаваемых электромагнитных импульсов с одинаковой частотой и амплитудой каждым индуктором за счет подключения противоположного конца каждого индуктора к выходам исходного и дополнительных генераторов. Вследствие перечисленных преимуществ предлагаемое устройство для электромагнитной обработки жидкостей может предотвращать отложения твердых осадков на теплопередающих поверхностях в широком диапазоне содержания растворенных солей в жидкостях (пресная вода, морская вода, пластовая вода и т.д.), снижать в 2-3 раза скорость коррозии обрабатываемых жидкостей, предотвращать образование микробиологических обрастаний в аппаратах с теплопередающими поверхностями.

В основе электромагнитного устройства заложено явление резонанса, возникающее при совпадении частоты воздействия внешней силы устройства с собственной частотой колебательной системы жидкостей, например воды. Для достижения резонанса в обрабатываемой жидкости в заявляемом изобретении может задаваться частота генерируемых электромагнитных импульсов в диапазоне частот 0,2-100 кГц.

Устройство для электромагнитной обработки жидкостей работает следующим образом.

По первому варианту обрабатываемая жидкость, например, оборотная вода с градирни 8 (см. фиг.1) подается по общему подающему трубопроводу 6 на аппарат с теплопередающими поверхностями 5 через входной трубопровод аппарата 3, на который намотана одна группа индукторов, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2, снабженным световыми индикаторами, мигание которых свидетельствует о штатной работе устройства для электромагнитной обработки жидкостей. Далее вода проходит через теплопередающие поверхности аппарата 5 и уже нагретая проходит через выходной трубопровод 4 аппарата, на который также намотана вторая группа индукторов, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2. Нагретая оборотная вода с аппарата поступает в общий обратный трубопровод 7 и далее возвращается в градирню 8 на охлаждение.

На входном, выходном трубопроводах 3, 4 аппарата 5 с теплопередающими поверхностями попарно монтируются с зазорами друг относительно друга четыре пары индукторов I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ ) (фиг.1), по 2 пары (4 индуктора) на каждый трубопровод, которые образуют 2 группы индукторов. Каждый индуктор выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода. В каждой паре индукторов витки одного излучателя навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки. Генераторы 1, 2 создают электромагнитные импульсы переменной частоты. Индукторы внутри трубы формируют магнитное поле со спектром излучаемых частот в диапазоне 0,2-100 кГц.

При помощи постоянно корректируемого диапазона частот устройство обеспечивает постоянный электромагнитный резонанс, электромагнитное поле отталкивает одноименно заряженные катионы от внутренней поверхности труб 3, 4 к центру массы воды, а анионы к стенкам нагрева, что способствует постепенному разрушению ранее образованных отложений твердых осадков.

Согласно первого варианта на двух (входном и выходном) трубопроводах смонтировано четыре пары (две группы, в каждой одинаковое количество индукторов) (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ ) индукторов (фиг.1), каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода. Одни концы (а₁, а₂, а₃, а₄) и ( $$a_1^1$$ , $$a_2^1$$ , $$a_3^1$$ , $$a_4^1$$ ) индукторов с обмотками (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ соответственно) подключены к выходам (g₁, g₂, g₃, g₄) исходного генератора 1, противоположные концы (b₁, b₂, b₃, b₄) и ( $$b_1^1$$ , $$b_2^1$$ , $$b_3^1$$ , $$b_4^1$$ ) индукторов (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ соответственно) подключены к выходам ( $$g_1^1$$ , $$g_2^1$$ , $$g_3^1$$ , $$g_4^1$$ ) дополнительного генератора 2.

Согласно второго варианта на двух (входном и выходном) трубопроводах смонтировано четыре пары (две группы, в каждой одинаковое количество индукторов) (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ ) индукторов (фиг.2) и две дополнительные пары индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) - на входном трубопроводе 3, ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) - на выходном трубопроводе 4. Концы (а₁, а₂, а₃, а₄) и ( $$a_1^1$$ , $$a_2^1$$ , $$a_3^1$$ , $$a_4^1$$ ) индукторов с обмотками (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ соответственно) подключены к выходам (g₁, g₂, g₃, g₄) исходного генератора 1, противоположные концы (b₁, b₂, b₃, b₄) и ( $$b_1^1$$ , $$b_2^1$$ , $$b_3^1$$ , $$b_4^1$$ ) индукторов (I₁, I₂, I₃, I₄ и $$I_1^1$$ , $$I_2^1$$ , $$I_3^1$$ , $$I_4^1$$ соответственно) подключены к выходам ( $$g_1^1$$ , $$g_2^1$$ , $$g_3^1$$ , $$g_4^1$$ ) дополнительного генератора 2. Одни концы (с₁, с₂) одной дополнительной пары индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) на входном трубопроводе 3 подсоединены к выходам ( $$g_1^2$$ , $$g_2^2$$ ) дополнительного (третьего) генератора 2¹. Одни концы (с₃, с₄) второй дополнительной пары индукторов ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) на выходном трубопроводе 4 подсоединены к выходам ( $$g_3^2$$ , $$g_4^2$$ ) дополнительного (третьего) генератора 2¹. Противоположные концы ( $$c_1^1$$ , $$c_2^1$$ ) и ( $$c_3^1$$ , $$c_4^1$$ ) двух дополнительных пар индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) и ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) заизолированы на входном и выходном трубопроводах соответственно.

Таким образом, на входном и выходном трубопроводах аппарата с теплопередающими поверхностями монтируется одинаковое количество индукторов, причем оба конца каждого индуктора подключены к двум генераторам 1 и 2 (по первому варианту). По второму варианту на входном и выходном трубопроводах теплообменного аппарата также монтируется одинаковое количество индукторов, причем противоположные концы ( $$c_1^1$$ , $$c_2^1$$ ) и ( $$c_3^1$$ , $$c_4^1$$ ) двух дополнительных индукторов ( $$I_1^2$$ , $$I_2^2$$ ) и ( $$I_3^2$$ , $$I_4^2$$ ) заизолированы на входном и выходном трубопроводах соответственно.

В каждой паре индукторов витки одного индуктора навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки. На каждый индуктор подаются асинхронно чередующиеся электромагнитные импульсы, имеющие частоту в диапазоне вырабатываемых частот от 0,2-100 кГц и амплитуду напряжения импульсов от 200 до 700 В с учетом оптимального подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей (в зависимости от физико-химических параметров обрабатываемых жидкостей, например, содержание солей в жидкости).

Необходимо отметить, что под термином "индуктор" понимаются провода излучателей электромагнитных импульсов намотанных на трубопровод, оба конца которых подключены к выходам генераторов.

Примеры практического применения.

1. На объекте газоперерабатывающего завода управления «Татнефтегазпереработка» параллельно эксплуатируются 13 аналогичных теплообменных аппаратов, на одном из которых (№12), площадью теплообмена 800 м² установили устройство для электромагнитной обработки жидкостей (с двумя генераторами). На все эти теплообменные аппараты пресную воду подают из одной подающей общей трубы и сбрасывают в одну обратную трубу, перерабатываемый газ подается на охлаждение в данную группу теплообменных аппаратов одинаковой температуры. Перед установкой устройства для электромагнитной обработки жидкостей произвели осмотр внутренних теплопередающих поверхностей теплообменного аппарата. В ходе осмотра зафиксировали наличие отложений твердых осадков и микробиологических обрастаний на рабочих поверхностях теплообменного аппарата. Перед подачей произведен отбор пробы воды, содержание солей составляло 226,5 мг/дм³.

Произвели воздействие на обрабатываемую воду электромагнитным полем подобранной частотой. На выходе из теплообменника произвели повторный отбор проб воды, содержание солей составило 234 мг/дм³, это значит, что на начальном этапе электромагнитного воздействия происходит выпадение солей жесткости в объеме воды и разрушение уже существующих твердых отложений внутри трубного пучка. Корректировку не производим. Далее в процессе проведения электромагнитной обработки воды производились отборы проб воды на входе и выходе из теплообменного аппарата на физико-химический анализ. Результаты физико-химических анализов отобранных проб воды показал, что содержание солей жесткости на входе и выходе из теплообменного аппарата равны. Значит, процесс разрушения твердых отложений на теплопередающей поверхности закончился, и все соли жесткости выпадают в объеме воды. Корректировку также не производим. Через три месяца после установки устройства для электромагнитной обработки жидкостей произвели остановку теплообменного аппарата, затем теплообменный аппарат открыли и осмотрели на наличие отложений на теплопередающих поверхностях. В ходе проведения осмотра теплопередающих поверхностей теплообменного аппарата зафиксировали следующие результаты:

1. При вскрытии теплообменного аппарата установлено, что твердые отложения твердых осадков и микробиологические обрастания на теплопередающих поверхностях отсутствуют (ранее образованные отложения разрушены).

2. Контуры трубок ровные, прохождение шомполов через трубки свободное. Визуально не установлены следы видимой коррозии.

3. Ранее зафиксированные на внутренней поверхности крышки биологические обрастания разрушены.

Еще через три месяца (шесть месяцев после установки устройства для электромагнитной обработки жидкостей) произвели повторную остановку теплообменного аппарата и открытие теплообменного аппарата. В результате повторного осмотра внутренних и теплопередающих поверхностей зафиксировали аналогичные результаты первого вскрытия, произведенные после трех месяцев эксплуатации теплообменного аппарата, в режиме электромагнитной обработки подаваемой пресной воды.

Периодически производили замеры температур воды на входе и выходе из теплообменного аппарата. Замеры производили в течение семи месяцев до установки и пяти после установки устройства. Анализ перепадов температур воды на входе и выходе из теплообменного аппарата до и после установки устройства для электромагнитной обработки показал, что перепад температур воды после установки устройства электромагнитной обработки жидкостей увеличился.

Необходимо отметить, что после того, как был осуществлен монтаж устройства для электромагнитной обработки жидкостей на теплообменном аппарате №12 (на подающей и обратной трубе), теплообменный аппарат №12 ни разу не промывался вследствие очевидного улучшения теплообмена между водой и охлаждаемым газом. Остальные теплообменные аппараты последовательно расположенные по ходу подаваемой оборотной воды №1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13 эксплуатируются в режиме осуществления периодических промывок трубных пучков. Два раза в месяц в период с апреля по октябрь месяцы производят промывку теплообменных аппаратов. В оставшиеся месяцы производят чистку трубных пучков теплообменных аппаратов один раз в месяц, поочередно останавливая работу одного из теплообменных аппаратов. Таким образом, при эксплуатации производственного объекта с группой аппаратов с теплопередающими поверхностями возможно исключить остановки аппаратов.

2. Устройство для электромагнитной обработки жидкостей эксплуатировалось для нейтрализации отложений солей, и было установлено на трубопровод, по которому транспортируется пластовая вода (попутный продукт при добыче нефти). До воздействия был произведен отбор проб с определением гранулометрического состава (размера частиц солей, выпавших в объеме обрабатываемой жидкости). Воздействие на пластовую воду производилось в диапазоне вырабатываемых частот 4-20 кГц. Результаты физико-химических параметров обрабатываемой жидкости и размеров частиц, выпадающих в объеме обрабатываемой жидкости, а также повторных проб представлены в таблице 1.

Из представленных в таблице 1 результатов по содержанию солей видно, что режим обработки пластовой воды в диапазоне частот 4-20 кГц не обеспечивает оптимальных параметров по разнице содержания солей на выходе и входе в устройство (содержание солей жесткости в обрабатываемой жидкости на выходе из теплообменного аппарата меньше чем на входе (-1)). Поэтому после повторного отбора проб была произведена корректировка диапазона вырабатываемых частот в большую сторону. При воздействии на пластовую воду в диапазоне вырабатываемых частот 50-100 кГц обеспечивается необходимый показатель по разнице содержания солей в обрабатываемой воде на выходе и входе в устройство для электромагнитной обработки жидкостей (содержание солей жесткости в обрабатываемой жидкости на выходе из теплообменного аппарата больше чем на входе (+4)). При данном режиме обработки пластовой воды зафиксированы наименьшие размеры частиц 0,008 мкм, выпадающие в объеме обрабатываемой жидкости. Поэтому этот диапазон вырабатываемых частот (50-100 кГц) выбран в качестве оптимального режима эксплуатации устройства для электромагнитной обработки жидкостей.

3. Устройство для электромагнитной обработки жидкостей было установлено на один из теплообменных аппаратов газоперерабатывающего завода управления «Татнефтегазпереработка». Воздействие на пресную воду производилось в диапазоне вырабатываемых частот 50-100 кГц. До воздействия и после производились отборы проб обрабатываемой жидкости. После установки устройства для электромагнитной обработки жидкостей производилась корректировка диапазона вырабатываемых частот по разнице содержания солей жесткости в обрабатываемой жидкости на выходе и входе в теплообменный аппарат, а также по гранулометрическому составу (размеру частиц солей, выпавших частиц солей в объеме обрабатываемой жидкости). Результаты физико-химических параметров обрабатываемой жидкости и размеров частиц, выпадающих в объеме обрабатываемой жидкости, представлены в таблице 2.

Из представленных в таблице 2 результатов по содержанию солей видно, что режим обработки пластовой воды в диапазоне частот 50-100 кГц не обеспечивает оптимальных параметров по разнице содержания солей на выходе и входе в устройство (содержание солей жесткости в обрабатываемой жидкости на выходе из теплообменного аппарата равно содержанию солей жесткости в обрабатываемой жидкости на входе в теплообменный аппарат (0)). Поэтому была произведена корректировка диапазона вырабатываемых частот в меньшую сторону. При воздействии на пресную воду в диапазоне вырабатываемых частот 0,2-4 кГц обеспечивается необходимый показатель по разнице содержания солей в обрабатываемой воде на выходе и входе в устройство для электромагнитной обработки жидкостей (содержание солей жесткости в обрабатываемой жидкости на выходе из теплообменного аппарата больше чем на входе (+0,3)). При данном режиме обработки пластовой воды зафиксированы наименьшие размеры частиц (0,005 мкм), выпадающих в объеме обрабатываемой жидкости. Поэтому этот диапазон вырабатываемых частот (0,2-4 кГц) выбран в качестве оптимального режима эксплуатации устройства для электромагнитной обработки жидкостей.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность эксплуатации оборудования с теплопередающими поверхностями, предотвращать процесс отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях, предотвращать микробиологические обрастания и разрушать уже существующие, снижать скорость коррозии контактирующих с жидкостями теплопередающих поверхностей в режиме подачи жидкостей на аппараты в широком диапазоне содержания солей в жидкости.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения достигается за счет экономии затрат на энергоресурсы, затрат на химические реагенты, затрат на подпитку системы оборотного водоснабжения, затрат, связанных с остановкой теплообменного аппарата для удаления отложений твердых осадков в трубных пучках, трудозатрат на чистку теплопередающих поверхностей, а также снижения коррозии оборудования, затрат, связанных с приобретением новых аппаратов с теплопередающими поверхностями взамен вышедших из строя в связи с образованием отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях и забиванием сечения для прохода жидкостей.

Изобретение может быть использовано, в частности, в газонефтяной промышленности, теплоэнергетике и предназначено для электромагнитной обработки жидкостей в аппаратах с теплопередающими поверхностями. При обработке жидкостей обеспечивают подачу жидкости через трубопровод, включение генератора электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода провода, воздействие на жидкость электромагнитным полем. Перед подачей жидкости в трубопровод производят отбор проб, воздействуют на жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц с учетом подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей, после электромагнитного воздействия на жидкость производят повторный отбор проб, корректируют диапазон частот. Устройство для реализации способа содержит генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора. Устройство по первому варианту снабжено дополнительным генератором электромагнитных импульсов, четыре пары индукторов разделены на две равные группы, одна из которых размещена на входном, а вторая - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам дополнительного генератора. Устройство по второму варианту дополнительно снабжено двумя генераторами электромагнитных импульсов и двумя дополнительными парами индукторов, пары индукторов разделены на две равные группы, одна группа индукторов и одна дополнительная пара индукторов размещены на входном, а вторая группа индукторов и вторая дополнительная пара индукторов - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам второго генератора, одни концы двух дополнительных пар индукторов на входном и выходном трубопроводах подключены к соответствующим выходам третьего генератора, а противоположные их концы электрически изолированы на соответствующих трубопроводах. Изобретением обеспечивается экономия затрат на энергоресурсы, на химические реагенты, трудозатрат на чистку трубных пучков, а также снижение коррозии оборудования. 3 н.п.ф-лы. 2 ил., 2 табл.

1. Способ электромагнитной обработки жидкостей, включающий подачу жидкости через трубопровод, включение генератора электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода провода, воздействие на жидкость электромагнитным полем, отличающийся тем, что перед подачей жидкости в трубопровод производят отбор проб, воздействуют на жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц с учетом подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей, после электромагнитного воздействия на жидкость производят повторный отбор проб, корректируют диапазон частот.

2. Устройство для электромагнитной обработки жидкостей, включающее генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным генератором электромагнитных импульсов, четыре пары индукторов с обмотками разделены на две равные группы, одна из которых размещена на входном, а вторая - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам дополнительного генератора.

3. Устройство для электромагнитной обработки жидкостей, включающее генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено двумя генераторами электромагнитных импульсов и двумя дополнительными парами индукторов, пары индукторов разделены на две равные группы, одна группа индукторов и одна дополнительная пара индукторов размещены на входном, а вторая группа индукторов и вторая дополнительная пара индукторов - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам второго генератора, одни концы двух дополнительных пар индукторов на входном и выходном трубопроводах подключены к соответствующим выходам третьего генератора, а противоположные концы двух дополнительных пар индукторов электрически изолированы на соответствующих трубопроводах.