УСТРОЙСТВО И СПОСОБ БОРЬБЫ С ОБРАЗОВАНИЕМ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК C02F5/02 C02F1/36 G01B17/02 G01N29/24 C02F103/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области борьбы с отложениями в системах, несущих (вмещающих) воду, в частности в системах водяного охлаждения с открытой циркуляцией воды.

Уровень техники

Системы водяного охлаждения с открытой рециркуляцией воды широко используются для отвода отходящего тепла в ходе различных производственных процессов. Такие системы являются открытыми, поскольку испарение воды происходит, например, в градирнях (охлаждающих башнях). Кроме того, контролируемое удаление рециркулирующей воды необходимо для ограничения количества растворенных веществ, приводящих к возникновению коррозионных, механических и биологических отложений. Сточная вода представляет собой поток так называемой частично сбрасываемой оборотной воды.

На рынке представлены различные присадки, которые могут быть целенаправленно добавлены в рециркулирующую воду для предотвращения возникновения коррозионных, механических или биологических отложений. Подачу этих присадок обычно осуществляют со скоростью, необходимой для поддержания относительно постоянной концентрации в рециркулирующей воде. Скорость подачи обычно регулируют таким образом, чтобы обеспечить замену присадок, использованных в системе рециркуляции и удаленных вместе с потоком частично сбрасываемой оборотной воды.

Однако такой способ борьбы с отложениями является статичным и не может обеспечить надлежащее реагирование в случае неожиданного изменения состава рециркулирующей воды. Такое неожиданное изменение может быть обусловлено разными причинами. Например, температура и, следовательно, состав свежей (подпиточной) воды, добавляемой в систему, изменяются на протяжении года.

Для получения более полного представления о протекающих процессах и надлежащего реагирования в случае неожиданных событий предпринимаются различные попытки мониторинга характеристик циркулирующей воды. Все эти попытки основываются на мониторировании одного или более ключевых эксплуатационных показателей, таких как значение pH и электропроводность рециркулирующей воды, а также концентрация в ней присадок, препятствующих образованию отложений.

Исходя из измеренных значений этих ключевых эксплуатационных показателей, выводят заключение в отношении склонности рециркулирующей воды к образованию отложений. Если необходимо, предпринимают контрмеры, которые считаются адекватными, например, увеличивают дозы конкретных добавляемых присадок, препятствующих образованию отложений. Предпринимаются также попытки одновременного мониторинга нескольких ключевых эксплуатационных показателей с целью обоснования проведения контрмер с использованием более обширной базы данных.

Тем не менее, не существует непосредственной связи между ключевыми эксплуатационными показателями, такими как значение pH, электропроводность и т.п., и образованием отложений. Нежелательные механические отложения могут возникать даже при сохраняющихся с течением времени неизменными электропроводности и значении pH. Текущие процессы могут компенсировать друг друга. Например, если значение pH по какой-либо причине уменьшается, то это может привести к увеличению концентрации, например, основного СаС03 в рециркулирующей воде, в результате чего значение pH снова увеличится. Кроме того, внезапное изменение, например, значения pH может иметь разные причины. Может возникнуть неисправность в насосе, подающем кислоту или щелочь в рециркулирующую воду, или в приборе для измерения pH, может произойти опорожнение резервуара, содержащего кислоту, щелочь или буфер, и т.п. Поэтому ключевой эксплуатационный показатель может изменяться по разным причинам, каждая из которых имеет одно и то же следствие - образование нежелательных отложений.

В публикации US 2009/0277841 описан процесс работы рециркуляционных систем испарительного охлаждения. Сообщается, что представленный в этой публикации способ позволяет, наряду со снижением склонности воды к образованию механических и коррозионных отложений, исключить или уменьшить в результате процесса обработки сброс из системы без создания условий для локального образования коррозионных или механических отложений. Описанная система измерения и управления в целом содержит группу измерительных элементов, средство программной реализации алгоритма управления и группу элементов, осуществляющих управляющее воздействие, включающее активацию ионообменного устройства для обработки подпиточной воды. Измерения предпочтительно включают определение одного или более показателей из следующей группы: pH, электропроводность, жесткость, щелочность, коррозионная активность, склонность к образованию механических отложений, дозы добавляемых присадок для обработки и остаточные количества добавляемых присадок для обработки в подпиточной воде, обработанной подпиточной воде и в рециркулирующей воде.

В публикациях US 2010/0176060 и US 2013/0026105 описан способ борьбы с механическими отложениями в содержащей СО₂ системе водяного охлаждения, основанный на измерениях pH и щелочности охлаждающей воды, а также концентрации в ней Са²⁺.

Еще одна проблема состоит в том, что процесс образования некоторых отложений является необратимым. Это, в частности, относится к механическим отложениям. Хотя на рынке представлены усовершенствованные присадки для борьбы с механическими отложениями, способные, при соответствующей дозировке, эффективно предотвращать образование таких отложений на поверхностях, эти присадки, как правило, оказываются не в состоянии удалить механическое отложение после его образования. Как следствие, во избежание необратимого образования механических отложений в рециркулирующей воде в последней поддерживают уровень добавляемых присадок для борьбы с этими отложениями, который обычно выше реально необходимого.

Раскрытие изобретения

Существует потребность в способах, имеющих преимущества по сравнению с существующим уровнем техники и предназначенных для борьбы с образованием отложений, в частности механических, в несущих воду системах, и инициирования соответствующих контрмер.

Задача настоящего изобретения решается с помощью способа борьбы с образованием отложений в несущей жидкость системе, включающей основную часть и вспомогательную часть, причем жидкость перемещается внутри основной части и/или вспомогательной части системы, а способ включает шаг изменения одной из характеристик жидкости внутри вспомогательной части системы, так что она отличается от характеристики жидкости внутри основной части системы таким образом, что внутри вспомогательной части системы создаются более благоприятные условия для образования отложений, чем внутри основной части системы.

Тем самым обеспечивается благоприятная возможность для использования вспомогательной части системы в качестве устройства контроля или раннего предупреждения, поскольку был установлен удивительный факт, что можно искусственным образом воспроизвести технологический режим, способствующий образованию отложений, то есть характеризующийся более агрессивными условиями в смысле образования отложений. Так, жидкость внутри вспомогательной части системы, где создаются такие более агрессивные условия, имеет склонность к образованию отложений, в частности механических, раньше рециркулирующей жидкости внутри основной части системы, где поддерживается обычный для данной несущей жидкость системы, технологический режим. Таким способом можно обеспечить принятие надлежащих контрмер даже до начала образования отложений внутри основной части несущей жидкость системы. В частности, основная и вспомогательная части системы выполнены с возможностью поступления жидкости в обе эти части системы. Благодаря этому концентрация обрабатывающего реагента (химиката) внутри вспомогательной части системы равна концентрации этого реагента внутри основной части системы. Обрабатывающий реагент может содержать компоненты для борьбы с отложениями. Кроме того, предусмотрено, что жидкость (ре)циркулирует внутри несущей ее системы. В предпочтительном варианте жидкость содержит воду, а несущая жидкость система содержит башню или танк для охлаждения этой жидкости. Отложения представляют собой, например, механические отложения, биологические отложения и/или продукты коррозии, такие как оксиды железа. В частности, обрабатывающий реагент содержит средства против механических отложений, средства против биологических отложений и/или средства против коррозии. Кроме того, предусмотрено, что контрмеры адаптированы к типу отложения. Поэтому состав обрабатывающего реагента может быть адаптирован к типу отложения. Например, обрабатывающий реагент содержит компонент для борьбы с биологическими отложениями, уменьшающий количество конкретных биологических отложений, обнаруженных внутри вспомогательной части системы. Кроме того, подача обрабатывающего реагента в несущую жидкость систему может осуществляться со скоростью, зависящей от типа отложения. В частности, подача обрабатывающего реагента в несущую жидкость систему может осуществляться непрерывным или прерывистым образом. Кроме того, предусмотрено, что подача обрабатывающего реагента в несущую жидкость систему осуществляется на протяжении всего времени, причем состав обрабатывающего реагента изменяется по обнаружению образования отложений внутри вспомогательной части системы. Далее, был установлен неожиданный факт, что технологический режим, воспроизведенный искусственным образом, можно регулировать в широких пределах, обеспечивая разную степень агрессивности. Как следствие, обеспечивается возможность свободного регулирования буфера между областью с более агрессивными условиями в обходном канале и обычными условиями в данной несущей рабочую жидкость системе, что позволяет соответственно раньше или позже инициировать контрмеры. Вывод об образовании отложений можно сделать на основании результатов регистрации какого-либо ключевого эксплуатационного показателя, например значения pH, электропроводности и т.п. Кроме того, предусмотрено, что трубы основной и вспомогательной частей системы изготовлены из одного и того же материала.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что вспомогательная часть системы содержит устройство для обнаружения отложений. Следовательно, существует благоприятная возможность непосредственного выявления какого-либо ключевого показателя активности. В контексте настоящего описания и в соответствии с изобретением ключевой показатель активности представляет собой характеристику, непосредственно связанную с наличием или отсутствием отложений, в частности коррозионных, механических и/или биологических. Был установлен удивительный факт, что меры по борьбе с отложениями могут быть существенно более эффективными, если они основываются не на мониторировании ключевых эксплуатационных показателей, таких как значение pH, а на мониторировании ключевых показателей активности, свидетельствующих об образовании отложений, например коррозионных, механических и биологических. Существует также принципиальная возможность получения информации о каком-либо ключевом показателе активности путем измерения температуры, в частности коэффициента теплопередачи, материала, подвергающегося воздействию среды в несущей воду системе, так что на его поверхности может образоваться отложение. Например, известно, что измерение температуры или, точнее, коэффициента теплопередачи в различных точках теплообменника может дать информацию об образовании отложений, основанную на изменениях теплоемкости и теплопроводности. Ключевые показатели активности, то есть отложения, могут быть выявлены различными способами, например оптическими, электрическими, механическими или рентгеновскими. Вспомогательная часть системы может быть также выполнена с возможностью отсоединения от основной части системы. Следовательно, исследование вспомогательной части системы на наличие и/или тип отложения может благоприятным образом проводиться без остановки работы основной части системы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что вспомогательная часть системы представляет собой обходную линию/канал (байпас). Был установлен неожиданный факт, что мониторинг ключевых показателей активности можно благоприятным образом осуществлять в обходном канале, внутри которого искусственным образом воспроизведен технологический режим, способствующий образованию отложений. Сразу после выявления существенного изменения ключевых показателей активности, например, начала образования механических отложений в искусственно созданных в обходном канале условиях, могут быть инициированы соответствующие контрмеры, например увеличение дозы присадки для борьбы с механическими отложениями. Поскольку среда в обходном канале является более благоприятной для образования отложений, чем среда в основной части системы, образование механических отложений в последней еще не начнется и поэтому может быть эффективно предотвращено. Это обеспечивает особенные преимущества в отношении механических отложений, которые обычно не удается удалить с помощью соответствующих присадок после того как они образуются на какой-нибудь поверхности. Состояние жидкости, в частности рециркулирующей воды, в обходном канале предпочтительно отличается от состояния жидкости в основной части системы. Температура и/или скорость потока рециркулирующей воды в обходном канале предпочтительно выше, чем рециркулирующей воды в основной части системы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что посредством управляющего устройства выполняется управление по меньшей мере одной характеристикой жидкости внутри вспомогательной части системы. Жидкость внутри вспомогательной части системы и жидкость внутри основной части системы предпочтительно имеют только одну неэквивалентную характеристику. Вследствие этого вспомогательная часть системы благоприятным образом представляет собой максимально точную модель основной части системы. Далее, был установлен удивительный факт, что искусственный технологический режим может быть создан без существенного изменения теплового режима системы. В частности, был установлен удивительный факт, заключающийся в отсутствии необходимости изменения температуры рециркулирующей воды в обходном канале по сравнению с температурой рециркулирующей воды в несущей рабочую воду системе.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что число Рейнольдса для жидкости внутри вспомогательной части системы превышает 8000 и предпочтительно находится в диапазоне 10000-20000. Был установлен удивительный факт, что процесс образования отложений ускоряется, если число Рейнольдса внутри вспомогательной части системы превышает число Рейнольдса внутри основной части системы и если число Рейнольдса внутри вспомогательной части системы превышает 8000 и предпочтительно находится в диапазоне 10000-20000. Поток внутри обходного канала предпочтительно является не ламинарным, а турбулентным, тогда как поток в основной части системы является не турбулентным, а ламинарным. Число Рейнольдса обычно зависит от плотности, вязкости, скорости потока и размеров элемента потока жидкости.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что первая скорость потока жидкости внутри вспомогательной части системы превышает вторую скорость потока жидкости внутри основной части системы. Объемный расход жидкости в обходном канале предпочтительно превышает объемный расход жидкости в основной части системы. Объемный расход, или первая скорость, жидкости в обходном канале предпочтительно превышает скорость потока жидкости в основной части системы по меньшей мере на 0,01 м/сек, более предпочтительно - по меньшей мере на 0,05 м/сек, еще более предпочтительно - по меньшей мере на 0,1 м/сек, еще более предпочтительно - по меньшей мере на 0,15 м/сек, наиболее предпочтительно - по меньшей мере на 0,2 м/сек, в частности по меньшей мере на 0,25 м/сек. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температура рециркулирующей воды в обходном канале не отличается существенно от температуры циркулирующей воды в несущей рабочую воду системе. Разность температур предпочтительно не превышает 1°C, более предпочтительно - 0,5°C, наиболее предпочтительно - 0,2°C.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что первая скорость потока внутри вспомогательной части системы в основном обеспечивается посредством насосного устройства. В частности, регулировку скорости потока можно легко осуществить с помощью подходящего насоса, установленного в обходном канале. Был установлен неожиданный факт, что кинетическая энергия, сообщаемая насосом жидкости для увеличения первой скорости потока в обходном канале, гораздо ниже энергии, которая в ином случае передавалась бы путем повышения температуры воды в обходном канале. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что управление скоростью потока выполняется посредством гидростатических или гидродинамических средств. В частности, для ускорения используется только гидростатическое, гидродинамическое или атмосферное давление в основной части системы. Таким образом, в случае перемещения потока рециркулирующей воды через обходной канал с повышенной скоростью, но при постоянной температуре, термодинамические условия внутри обходного канала очень схожи с термодинамическими условиями в несущей рабочую жидкость системе. Следовательно, текущая ситуация в основной части системы очень точно воспроизводится в обходном канале, где созданы благоприятные условия в отношении образования отложений.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что обнаружение образования отложений осуществляется с помощью ультразвука, в процессе чего выполняется испускание ультразвукового испускаемого сигнала и регистрация ультразвукового отраженного сигнала. Измерение предпочтительно предоставляет информацию о толщине и/или составе отложения. Из уровня техники известны способы и устройства, подходящие для измерения ключевых показателей активности с помощью ультразвука. Эти способы и устройства в предпочтительном варианте позволяют также осуществлять мониторинг температуры, благодаря чему из полученных значений температуры можно вывести дополнительные заключения.

В частности, предусмотрено, что отложения обнаруживаются посредством устройства для обнаружения отложений на отражающем участке внутри несущей жидкость системы, содержащего ультразвуковой преобразователь для испускания ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка и первое регистрирующее средство для регистрации ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, причем на отражающем участке расположено второе регистрирующее средство, выполненное с возможностью определения конкретного типа отложения. Обнаружить отложения можно также с помощью способа обнаружения биологических и/или механических отложений на отражающем участке внутри несущей жидкость системы, включающего первый шаг испускания ультразвуковым преобразователем ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающею участка, второй шаг регистрации ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, и третий шаг определения конкретного типа отложения посредством второго регистрирующего средства, расположенного на отражающем участке. Тем самым обеспечивается благоприятная возможность определения типа, или вида, либо состава отложения с последующей адаптацией обрабатывающего реагента к типу отложения.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что образование отложений внутри вспомогательной части системы обнаруживают с помощью одного из способов, описанных в публикации WO 2009/141135. Образование отложений предпочтительным образом обнаруживают с помощью способа высокоточного измерения одной из характеристик биологического и/или механического отложения внутри трубы для прохождения жидкости либо одной из характеристик части стенки внутри трубы для прохождения жидкости, причем используется ультразвуковой преобразователь, расположенный существенно напротив отражающего участка, предусмотренного на части стенки или прикрепленного к части стенки трубы для прохождения жидкости, а способ включает следующие шаги:

а) испускание ультразвукового испускаемого сигнала посредством ультразвукового преобразователя и

б) измерение расстояния между ультразвуковым преобразователем, с одной стороны, и границей раздела жидкость-отложение или границей раздела жидкость-стенка, с другой стороны, выполняемое как абсолютное измерение расстояния путем оценки временного интервала прохождения сигнала, отраженного от границы раздела жидкость-отложение или жидкость-стенка, причем граница раздела жидкость-отложение или жидкость-стенка представляет собой границу раздела между жидкостью и отложением на отражающем участке либо границу раздела между жидкостью и стенкой в области отражающего участка, а разрешение по времени для временного интервала составляет 1 наносекунду или менее. Обнаружение отложений предпочтительно осуществляется посредством одного из устройств, описанных в публикации WO 2009/141135. В частности, описано устройство для высокоточного измерения одной из характеристик биологического и/или механического отложения внутри трубы для прохождения жидкости либо одной из характеристик части стенки внутри трубы для прохождения жидкости, содержащее ультразвуковой преобразователь, расположенный существенно напротив отражающего участка, предусмотренного на части стенки или прикрепленного к части стенки трубы для прохождения жидкости, причем расстояние между ультразвуковым преобразователем, с одной стороны, и границей раздела жидкость-отложение или границей раздела жидкость-стенка, с другой стороны, измеряется в ходе абсолютного измерения расстояния путем оценки временного интервала прохождения сигнала, отраженного от границы раздела жидкость-отложение или жидкость-стенка, причем граница раздела жидкость-отложение или жидкость-стенка представляет собой границу раздела между жидкостью и отложением на отражающем участке либо границу раздела между жидкостью и стенкой в области отражающего участка, а разрешение по времени для временного интервала составляет 1 наносекунду или менее.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что отложение внутри вспомогательной части системы обнаруживают с помощью одного из способов, описанных в публикации WO 2013/092819. В частности, способ обнаружения образования отложений включает способ обнаружения и анализа отложений на отражающем участке, в частности внутри несущей жидкость системы, включающий следующие шаги:

- испускание, на первом шаге, ультразвуковым преобразователем ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка,

- регистрацию, на втором шаге, регистрирующим средством ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка,

- определение, на третьем шаге, распределения времени пробега зарегистрированного ультразвукового отраженного сигнала в зависимости от заданной переменной,

- анализ, на четвертом шаге, этого распределения с целью выявления по меньшей мере частичного осаждения отложений на отражающем участке. В публикации WO 2013/092819 также описаны устройства для обнаружения и анализа отложений на отражающем участке. Для обнаружения образования отложений эти устройства могут быть прикреплены к вспомогательной части системы. Устройство предпочтительно содержит ультразвуковой преобразователь для испускания ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка, регистрирующее средство для регистрации ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, и анализатор для определения распределения времени пробега зарегистрированного ультразвукового отраженного сигнала в зависимости от заданной переменной и для анализа этого распределения с целью выяснения, покрывают ли, по меньшей мере частично, отложения отражающий участок.

В другом, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, образование отложений обнаруживают с помощью одного из устройств, описанных в публикации WO 2013/092820. В частности, устройство для обнаружения отложений содержит устройство для обнаружения отложений на отражающем участке внутри несущей жидкость системы, содержащее ультразвуковой преобразователь для испускания ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка и регистрирующее средство для регистрации ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, а также содержащее нагреватель для повышения температуры отражающего участка. В публикации WO 2013/092820 также описан способ обнаружения биологических и/или механических отложений на отражающем участке, в частности внутри несущей жидкость системы, включающий шаг испускания ультразвукового испускаемого сигнала ультразвуковым преобразователем в направлении отражающего участка и шаг регистрации регистрирующим средством ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, причем температура отражающего участка повышается с помощью нагревателя. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения измерения на отложении выполняют с помощью одного из способов, описанных в публикации WO 2013/092820.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что концентрация обрабатывающих реагентов внутри несущей жидкость системы, непрерывно или скачкообразно уменьшается, в частности следуя некоторой математической функции. В частности, это уменьшение происходит до тех пор, пока внутри вспомогательной части системы не будет обнаружено образование отложения. Кроме того, предусмотрено, что управление концентрацией (в частности, с результирующим уменьшением последней) обрабатывающих реагентов внутри несущей жидкость системы выполняется в пределах каждого временного интервала, причем временной интервал соответствует времени пребывания реагентов в системе. Время пребывания устанавливают, исходя предпочтительно из основных параметров, описывающих данную несущую жидкость систему, таких как общий объем жидкости внутри несущей ее системы и потеря жидкости во время работы этой системы. В частности, предусмотрено, что управление концентрацией обрабатывающего реагента внутри несущей жидкость системы осуществляется путем регулирования количества обрабатывающих реагентов и/или жидкости, подаваемых в несущую жидкость систему, с целью компенсации потерь обрабатывающих реагентов и/или жидкости во время работы этой системы. Далее, предусмотрено, что концентрация обрабатывающего реагента, в частности предназначенного для борьбы с механическими отложениями, внутри несущей жидкость системы возрастает по обнаружению образования отложения внутри вспомогательной части системы. Количество обрабатывающих реагентов, подаваемых в несущую жидкость систему, предпочтительно увеличивается в несколько раз, в частности в два раза, по сравнению с количеством обрабатывающих реагентов, поступивших в несущую жидкость систему, в предыдущем временном интервале. Кроме того, предусмотрено, что концентрация обрабатывающего реагента внутри несущей жидкость системы снова уменьшается после ее уменьшения в предыдущем временном интервале.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что внутри вспомогательной части системы выполняется мониторинг температуры. В частности, выполняется мониторинг температуры у стенки трубы, направляющей жидкость по обходному каналу. Для точного контроля температуры внутри вспомогательной части системы может быть использован датчик температуры. Регистрируемая температура может также указывать на образование отложения.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что вспомогательная часть системы содержит нагреватель. Этот нагреватель может выполнять нагрев жидкости во вспомогательной части системы. Это обеспечивает благоприятную возможность моделирования термодинамического состояния одного из узлов основной части системы, удаленного от вспомогательной части системы, причем жидкость внутри этого узла основной части системы имеет более высокую температуру, чем жидкость внутри ненагретой вспомогательной части системы. Такие узлы основной части системы могут представлять собой, например, узлы основной части системы, ответственные за теплообмен. Температура в узле основной части системы, удаленном от вспомогательной части системы, благоприятствует образованию отложений внутри этого узла основной части системы по сравнению с теми узлами основной части системы, которые имеют более низкую температуру. Выравнивание термодинамических состояний жидкости внутри вспомогательной части системы и внутри узла основной части системы, удаленного от вспомогательной части системы, может обеспечить функционирование вспомогательной части системы в качестве устройства раннего предупреждения для тех узлов основной части системы, в которых обычно возникают условия, благоприятные для образования отложений.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что несущая жидкость система содержит устройство для мониторинга температуры у стенки трубы, направляющей жидкость, причем это устройство для мониторинга температуры у стенки трубы содержит первое средство измерения первой температуры в первой точке и второе средство измерения второй температуры во второй точке, причем первая точка удалена от стенки трубы на первое расстояние, а вторая точка удалена от стенки трубы на второе расстояние, причем второе расстояние больше первого расстояния, а температура аппроксимируется на основе первой температуры и второй температуры. Устройство для мониторинга температуры у стенки трубы предпочтительно монтируется на вспомогательной части системы. Тем самым обеспечивается благоприятная возможность аппроксимации температуры жидкости внутри несущей ее системы или у стенки трубы без использования какого-либо устройства, которое может оказать влияние на поток внутри несущей жидкость системы, в частности внутри вспомогательной части этой системы. Кроме того, обеспечивается благоприятная возможность подгонки устройства для мониторинга температуры к трубе без создания в последней углубления, требуемого для размещения устройства для мониторинга температуры. Это позволяет реализовать вспомогательную часть системы в предпочтительно жестком исполнении. Существует также возможность исполнения первого и второго средств измерения температуры в одном общем корпусе. Кроме того, предусмотрено, что нагреватель и устройство для мониторинга температуры образуют один узел.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что несущая жидкость система представляет собой систему водяного охлаждения, имеющую выпускной и впускной каналы, причем вода перемещается внутри основной части и/или вспомогательной части системы, вспомогательная часть системы представляет собой обходную линию, а способ включает шаг изменения одной из характеристик воды внутри этой обходной линии, так что она отличается от характеристики воды внутри основной части системы таким образом, что внутри вспомогательной части системы создаются более благоприятные условия для образования механических отложений, чем внутри основной части системы, причем первая скорость потока жидкости внутри вспомогательной части системы превышает вторую скорость потока жидкости внутри основной части системы, число Рейнольдса для потока воды внутри вспомогательной части системы находится в диапазоне 10000-20000, а обнаружение образования механических отложений внутри вспомогательной части системы осуществляется с помощью ультразвука, в процессе чего осуществляется испускание ультразвукового испускаемого сигнала и регистрация ультразвукового отраженного сигнала. Кроме того, существует возможность регулирования температуры внутри вспомогательной части системы с помощью нагревателя.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что по обнаружении отложения внутри вспомогательной части несущей жидкость системы, в эту систему подается дополнительное количество обрабатывающего реагента.

Другим предметом настоящего изобретения является устройство для борьбы с образованием отложений в несущей жидкость системе, включающей основную часть и вспомогательную часть, причем жидкость может перемещаться внутри основной части и/или вспомогательной части системы, а устройство выполнено с возможностью изменения одной из характеристик жидкости внутри вспомогательной части системы, так что она отличается от характеристики жидкости внутри основной части системы таким образом, что внутри вспомогательной части системы создаются более благоприятные условия для образования отложений, чем внутри основной части системы.

Тем самым обеспечивается благоприятная возможность обнаружения и/или идентификации отложений внутри вспомогательной части системы и своевременного реагирования путем инициирования контрмер с целью предотвращения образования отложений внутри основной части системы.

Еще одним предметом настоящего изобретения является комплект для модернизации несущей жидкость системы, содержащий описанное выше устройство и вспомогательную часть системы.

Этим обеспечивается благоприятная возможность простого монтажа вспомогательной части в несущей жидкость системе. Результатом такого монтажа может быть своевременное обнаружение образования отложений, в частности механических, внутри вспомогательной части системы и, следовательно, инициирование надлежащих контрмер с целью предотвращения образования отложений внутри несущей жидкость системы.

Эти и другие характеристики, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясны из приведенного ниже подробного описания, представленного в сочетании с приложенными чертежами, иллюстрирующими идеи настоящего изобретения на примерах. Данное описание приведено лишь в качестве примера и не вносит никаких ограничений в объем настоящего изобретения. Указанные ниже ссылочные численные обозначения относятся к приложенным чертежам.

Краткое описание чертежей

На чертежах показано:

фиг. 1 - иллюстрация первого примера осуществления способа согласно настоящему изобретению,

фиг. 2 - иллюстрация второго примера осуществления способа согласно настоящему изобретению

фиг. 3 - иллюстрация третьего примера осуществления способа согласно настоящему изобретению,

фиг. 4 - иллюстрация примера осуществления устройства для обнаружения образования отложений, установленного на трубе.

Ссылочные обозначения

1 Основная часть системы

2 Вспомогательная часть системы/обходной канал

3 Труба основной части системы

3' Труба вспомогательной части системы

4 Насосное устройство

5 Жидкость

7 Направление перемещения в основной части системы

7' Направление перемещения во вспомогательной части системы

8 Устройство для обнаружения

10 Отражающий участок

20 Ультразвуковой испускаемый сигнал

21 Ультразвуковой отраженный сигнал

51 Центральная линия

41 Диаметр трубы

42 Эффективный диаметр трубы

60 Отложение

69 Первое расстояние

70 Температура

71 Третье расстояние

72 Второе расстояние

73 Расстояние

74 Вторая температура

75 Первая температура

76 Температура у стенки трубы

77 Температура жидкости

78 Температура нагревателя

80 Нагреватель

81 Первое средство измерения первой температуры

82 Второе средство измерения второй температуры

83 Изоляция

100 Система, несущая жидкость.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение описывается на отдельных примерах осуществления и со ссылками на конкретные чертежи, что, однако, не ограничивает изобретение, объем которого определяется только формулой изобретения. Описанные чертежи являются лишь схематическими и носят неограничивающий характер. Размеры некоторых элементов на чертежах могут быть в иллюстративных целях завышены и не даны в масштабе.

Если специально не указано иное, то сказанное в отношении какого-либо элемента в единственном числе относится и к группе таких элементов.

Кроме того, встречающиеся в описании и формуле изобретения термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используются для проведения различия между схожими элементами, а не обязательно для упоминания в порядке очередности или в хронологическом порядке. Следует иметь в виду, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми и что элементы изобретения в вариантах осуществления, представленных в настоящем описании, могут функционировать в последовательности, отличающейся от описанной или проиллюстрированной.

На фиг. 1 представлена иллюстрация первого примера осуществления соответствующего настоящему изобретению способа борьбы с образованием отложений 60 в системе 100, несущей жидкость. Предусмотрено, что жидкость 5, в частности вода, перемещается, в частности циркулирует, в несущей ее системе 100. Согласно настоящему изобретению, предусмотрено, что система 100, несущая жидкость, содержит основную часть 1 и вспомогательную часть 2. В частности, основная часть 1 системы содержит трубу 3, проводящую жидкость 5. Основная часть 1 системы может также содержать другие компоненты, такие как танк или башню для охлаждающей воды, а также технологическое оборудование для охлаждения. Кроме того, предусмотрено, что вспомогательная часть 2 системы выполнена в виде обходного канала, то есть поток жидкости 5 направляется в отдельную трубу 3', пропускающую через себя жидкость 5 в обход остальной жидкости, находящейся внутри основной части 1 системы 100. Как следствие, жидкость 5 внутри вспомогательной части 2 является, в основном, эквивалентной жидкости 5 внутри основной части 1 системы. Например, жидкость 5 внутри вспомогательной части 2 системы имеет такую же концентрацию обрабатывающих реагентов, что и жидкость 5 внутри основной части 1 системы. В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено, что система 100, несущая жидкость, выполнена таким образом, что жидкость 5 внутри вспомогательной части 2 системы имеет большую склонность к образованию отложения 60, чем жидкость 5 внутри основной части 1 системы. Поэтому отложение 60 образуется сначала во вспомогательной части 2 системы. Вспомогательная часть 2 системы предпочтительно содержит устройство 8 для обнаружения отложений 60, что обеспечивает благоприятную возможность для обнаружения отложения 60 внутри вспомогательной части 2 системы до начала образования отложения 60 внутри основной части 1 системы 100, несущей жидкость. Другими словами, вспомогательная часть 2 системы и устройство для обнаружения образования отложений, соответствующие настоящему изобретению, образуют устройство контроля или раннего предупреждения для основной части 1 системы 100, несущей жидкость. В частности, предусмотрено, что при обнаружении отложения 60 внутри вспомогательной части 2 системы инициируются контрмеры, благоприятным образом предотвращающие образование отложения 60 внутри основной части 1 системы. Например, может быть начата немедленная подача в систему 100, несущую жидкость, присадки для борьбы с механическими отложениями с целью изначального предотвращения образования этих отложений в системе 100. Может быть также предусмотрена подача дополнительной порции обрабатывающих реагентов в систему 100, несущую жидкость, сразу по обнаружению роста отложения 60 во вспомогательной части 2 системы. В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения вспомогательная часть 2 системы содержит насосное устройство 4. Насосное устройство 4 увеличивает скорость движения жидкости 5 внутри вспомогательной части 2 системы 100, несущей жидкость. Для ускорения жидкости вместо насосного устройства может быть также использовано гидростатическое или гидродинамическое давление, присутствующее в основной части 1 системы 100. Следовательно, объемный поток жидкости 5 внутри вспомогательной части 2 системы имеет на выходе насосного устройства 4 первую скорость, превышающую вторую скорость, представляющую объемный поток жидкости 5 в основной части 1 системы. Был установлен удивительный факт, что склонность к образованию отложений 60 может возрастать при увеличении объемного расхода, или, соответственно, скорости потока. В соответствии с этим вспомогательная часть 2 системы в первом примере осуществления настоящего изобретения выполнена таким образом, что склонность к образованию отложений 60 внутри вспомогательной части 2 системы выше, чем внутри основной части 1 системы, причем тепловой режим в обоих случаях является, в основном, постоянным.

На фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация второго примера осуществления способа согласно настоящему изобретению. По сравнению с первым примером здесь добавлены нагреватель 80 и устройство для мониторинга температуры у стенки трубы 3. В частности, на фиг. 2 показан один из узлов вспомогательной части 2 системы, включающий нагреватель 80 и устройство для мониторинга температуры у стенки трубы. Жидкость 5 внутри вспомогательной части 2 системы является, по возможности, аналогичной жидкости 5 внутри основной части 1 системы, чем обеспечиваются сравнимые условия для образования отложений внутри основной части 1 и вспомогательной части 2 системы. Был установлен удивительный факт, что на склонность к образованию отложений 60 может влиять температура жидкости 5. В частности, склонность к образованию биологических отложений возрастает с ростом температуры. Вспомогательная часть 2 системы выполнена таким образом, что температура внутри нее не может быть эквивалентной температуре внутри основной части 1 системы. В частности, предусмотрено, что устройство для мониторинга температуры, смонтированное на стенке трубы 3,3', определяет температуру у стенки трубы 3,3'. Для этого предусмотрено первое средство 81 измерения первой температуры 75, расположенное в первой точке, удаленной от стенки трубы 3,3' на первое расстояние 69. Кроме того, предусмотрено второе средство 82 измерения второй температуры 74, расположенное во второй точке, удаленной от стенки трубы 3,3' на второе расстояние 72. Второе расстояние 72 предпочтительно превышает первое расстояние 75 и/или первое средство 81 измерения первой температуры 75 и второе средство 82 измерения второй температуры 74 помещены в общий корпус, имеющий равномерно распределенную теплопроводность. Кроме того, первая и вторая точки находятся между стенкой трубы 3,3' и нагревателем 80. Как показано на графике в левой части фиг. 2, температура постепенно изменяется от нагревателя 80 до стенки трубы 3,3' (при условии, что температура 78 нагревателя отличается от температуры 76 у стенки трубы). График показывает зависимость температуры 70 от расстояния 73. Вследствие линейного характера зависимости между расстоянием 73 и температурой 70 существует благоприятная возможность аппроксимации температуры 76 у стенки трубы на основе первой температуры 75 и второй температуры 74. При аппроксимации температуры 76 у стенки также учитываются первое расстояние 69 и второе расстояние 72. В частности, температура у стенки трубы экстраполируется из первой температуры 75 в первой точке и второй температуры 74 во второй точке. Кроме того, может быть известен температурный профиль внутри трубы 3,3', в частности вдоль направления, перпендикулярного стенке трубы, что также позволяет аппроксимировать температуру 77 у центральной линии 51 трубы 3,3'. Далее, предусмотрено, что третье расстояние 71 между первой и второй точками превышает толщину стенки трубы 3,3'.

На фиг. 3 представлена иллюстрация третьего примера осуществления способа борьбы с образованием отложений 60 согласно настоящему изобретению. В этом варианте осуществления вспомогательная часть 2 системы выполнена, по меньшей мере частично, в форме прямоугольного параллелепипеда. Нагреватель 80 предпочтительно располагается симметрично относительно центральной линии 51 вспомогательной части 2 системы, то есть ось симметрии нагревателя 80 совпадает с центральной линией вспомогательной части 2 системы.

На фиг. 4 представлена иллюстрация примера осуществления устройства 8 для обнаружения образования отложений 60, смонтированного на трубе. Труба 3 предпочтительно имеет цилиндрическую форму, а жидкость 5 перемещается в направлении 7. Отложения 60 обычно образуются на внутренней поверхности трубы 3 вспомогательной части 2 системы. Устройство 8 для обнаружения отложений предпочтительно крепится к трубе 3. В частности, устройство 8 для обнаружения образования отложений, в частности механических, содержит средство испускания ультразвукового сигнала и средство регистрации отраженного ультразвукового сигнала. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ультразвуковой преобразователь испускает ультразвуковой испускаемый сигнал 20, который затем преобразуется в ультразвуковой отраженный сигнал 21 в результате отражения от отражающего участка 10 и, в завершение, регистрируется регистрирующим средством. Отражающий участок 10 предпочтительно располагается напротив устройства 8 для обнаружения отложений, в частности механических. Исходя из времени прохождения ультразвукового сигнала, можно измерить эффективный диаметр 42 трубы, который из-за образования отложений меньше диаметра 41 трубы. Устройство 8 для обнаружения образования отложений может также содержать еще одно регистрирующее средство для идентификации отложений. Такое регистрирующее средство может идентифицировать механические, биологические и/или коррозионные отложения. В частности, предусмотрено, что устройство 8 для обнаружения образования отложений, в частности механических, обнаруживает увеличение, или рост, механических отложений, вслед за чем (сразу по истечении определенного временного интервала) происходит увеличение концентрации присадки для борьбы с механическими отложениями внутри системы 100, несущей жидкость.

Изобретения могут быть использованы в системах (100) водяного охлаждения с открытой циркуляцией воды для борьбы с образованием отложений. Устройство включает основную часть (1) и вспомогательную часть (2), внутри которых перемещается вода (5), при этом вспомогательная часть (2) выполнена в виде обходной линии. Способ включает изменение характеристики воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы, причем обеспечивается число Рейнольдса для воды (5) внутри вспомогательной части (2), превышающее 8000, предпочтительно от 10000 до 20000. Эта характеристика отличается от характеристики воды (5) внутри основной части (1) системы так, что внутри вспомогательной части (2) системы создаются более благоприятные условия для образования отложений, чем внутри основной части (1) системы. Внутри вспомогательной части (2) системы обеспечивается первая скорость потока воды (5), превышающая вторую скорость потока внутри основной части (1) системы. Образование отложений внутри (2) обнаруживают посредством устройства (8), например, с помощью ультразвука, а первую скорость потока обеспечивают посредством насосного устройства. Наличие вспомогательной части в системе обеспечивает контроль и раннее предупреждение образования отложений для основной части водной системы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ борьбы с образованием отложений (60) в несущей воду (5) системе (100), включающей основную часть (1) и вспомогательную часть (2), внутри которых перемещается вода (5), при этом вспомогательная часть (2) выполнена в виде обходной линии, а способ включает шаг изменения характеристики воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы, причем обеспечивается число Рейнольдса для воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы, превышающее 8000, и она отличается от соответствующей характеристики воды (5) внутри основной части (1) системы так, что внутри вспомогательной части (2) системы создаются более благоприятные условия для образования отложений (60), чем внутри основной части (1) системы, причем внутри вспомогательной части (2) системы обеспечивается первая скорость потока воды (5), превышающая вторую скорость потока внутри основной части (1) системы, образование отложений (60) внутри вспомогательной части (2) системы обнаруживают посредством устройства (8) для обнаружения отложений, а первую скорость потока внутри вспомогательной части системы обеспечивают посредством насосного устройства, и осуществляют обработку несущей воду системы (100) при обнаружении отложений (60) внутри вспомогательной части (2) системы.

2. Способ по п. 1, в котором для потока воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы обеспечивается число Рейнольдса, предпочтительно, составляющее от 10000 до 20000.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором первую скорость потока внутри вспомогательной части (2) системы обеспечивают главным образом посредством насосного устройства (4).

4. Способ по п. 1 или 2, в котором обнаружение образования отложений (60) осуществляют с помощью ультразвука, испуская ультразвуковой сигнал и регистрируя ультразвуковой отраженный сигнал.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором выполняют мониторинг температуры внутри вспомогательной части (2) системы.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором вспомогательная часть (2) системы содержит нагреватель (80).

7. Способ по п. 1 или 2, в котором несущая воду система (100) включает устройство для мониторинга температуры, расположенное у стенки трубы (3,3'), направляющей воду (5), и содержащее первое средство (81) измерения первой температуры (75) в первой точке и второе средство (82) измерения второй температуры (74) во второй точке, причем первая точка удалена от стенки трубы на первое расстояние (69), а вторая точка удалена от стенки трубы на второе расстояние (72), и второе расстояние больше первого расстояния, а температура внутри трубы (3,3') аппроксимируется на основе первой температуры (75) и второй температуры (74).

8. Способ по п. 1 или 2, в котором несущая воду система (100) представляет собой систему водяного охлаждения, имеющую выпускной и впускной каналы, причем вода перемещается внутри основной части (1) и/или вспомогательной части (2) системы, которая представляет собой обходную линию, а способ включает шаг изменения характеристики воды (5) внутри этой обходной линии, так что она отличается от соответствующей характеристики воды (5) внутри основной части (1) системы таким образом, что внутри вспомогательной части (2) системы создаются более благоприятные условия для образования механических отложений (60), чем внутри основной части (1) системы, причем первая скорость потока воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы превышает вторую скорость потока воды внутри основной части (1) системы, а число Рейнольдса для потока воды внутри вспомогательной части (2) системы находится в диапазоне от 10000 до 20000, и обнаружение образования механических отложений внутри вспомогательной части (2) системы осуществляют с помощью ультразвука, испуская ультразвуковой сигнал и регистрируя ультразвуковой отраженный сигнал.

9. Устройство для борьбы с образованием отложений (60) в несущей воду (5) системе (100), включающей основную часть (1) и вспомогательную часть (2), при этом имеется возможность перемещения воды (5) внутри основной части (1) и/или вспомогательной части (2) системы, и устройство выполнено с возможностью изменения характеристики воды (5) внутри вспомогательной части (2) системы, так что она отличается от соответствующей характеристики воды (5) внутри основной части (1) системы таким образом, что внутри вспомогательной части (2) системы создаются более благоприятные условия для образования отложений (60), чем внутри основной части (1) системы, причем внутри вспомогательной части (2) системы обеспечивается объемный поток воды (5), имеющий на выходе насосного устройства (4) первую скорость, превышающую вторую скорость, представляющую объемный поток воды (5) в основной части (1) системы, а обнаружение образований отложений (60) обеспечивается посредством устройства (8) для обнаружения отложений.