УСТАНОВКА УСКОРЕННОГО НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01N25/02 G01N33/18 

Изобретение относится к исследованию процесса накипеобразования в условиях схожих с условиями работы теплообменного оборудования при контролируемых значениях таких параметров как скорость потока рабочей жидкости, температуры греющей и нагреваемой среды на входе в испытательную ячейку и выходе из нее, концентрации солей в рабочей жидкости.

Устройство обеспечивает получение данных, необходимых для прогнозирования влияния модифицирующих защитных полимерных покрытий на процесс накипеообразования в элементах энергетических установок, в частности, рекуперативных теплообменных аппаратах, в которых применяется вода из поверхностных источников, содержащая в своем составе различные органические (бактерии, водоросли, углерод, тяжелые органические отложения, например, смолы) и неорганические (пыль, песок, грязь, соли кальция и магния) вещества.

Эффективность теплообменных систем, в значительной степени, подрывается нежелательным отложением минеральных солей. Отложения, богатые кальцием и магнием, в результате своего присутствия на поверхности котлов, теплообменников и трубопроводов, могут существенно сокращать срок их службы, ухудшать качество теплопередачи и приводить к увеличению потребления энергии.

Образование осадка накипи зависит от ряда факторов, таких как температура рабочей жидкости и греющей среды, состояние поверхности осаждения и ее состав (материал подложки), скорость потока рабочей жидкости и ее состав. При создании установок, предназначенных для исследования процесса осаждения основной задачей является получение и измерение в лабораторных условиях осадка накипи, соответствующий образующемуся в реальных производственных установках.

Так как процесс накипеобразования сложно прогнозируем и подвержен изменениям даже если независимые переменные поддерживаются постоянными, для получения статистически значимых результатов устройство должно обеспечивать проведение большого количества испытаний в одинаковых условиях в кратчайшие сроки.

Изобретение относится к устройствам, имитирующим работу теплообменного оборудования и предназначенным для исследования процесса образования накипи, в частности к устройствам, в которых нагретую поверхность металла подвергают воздействию потока жидкости, содержащей в своем составе вещества, ионы которых могут образовывать труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами, в результате чего на поверхности металла образуется накипь.

Недостатком существующих установок является недостаточно широкий диапазон обеспечиваемых условий исследования процесса отложения солей, сложность воспроизведения идентичных условий исследования, громоздкость оборудования, отсутствие возможности контролировать состав рабочей жидкости и проводить количественный анализ образований, что приводит к снижению достоверности результатов исследования.

Известно устройство для исследования накипеобразования, описанное в патенте RU 2 306 560 C1, опубл. 20.09.07, включающее испарительную камеру, систему теплообмена, представляющую собой горизонтальные трубки с установленным внутри электронагревательным элементом, где происходит осаждение накипных отложений, систему подачи рабочей жидкости в испарительную камеру и средство для конденсации пара, связанное с испарительной камерой отводной магистралью пара, дополнительно снабженную средством регулировки давления в испарительной камере. Установка обеспечивает контроль расхода и скорости потока воды, давления пара, температуры воды.

Недостатком данного метода является невозможность контролировать состав рабочей жидкости, в качестве которой применяется морская вода (концентрация воды контролировалась за счет анализа ее электропроводности), а также длительность эксперимента (экспонирование в течении 27 часов, высушивание при 100°С в течении 1 часа) и габариты установки.

Техническая задача изобретения состояла в создании устройства, позволяющего в течении короткого времени оценить эффективность модифицируемого различными поверхностно активными добавками защитного полимерного покрытия от образования накипи.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение воспроизводимого равномерного слоя отложений солей из рабочей жидкости с регулируемым составом, подлежащего дальнейшему анализу, позволяющему оценить толщину, массу, состав, а также адгезию накипи к подложке.

Технический результат достигается тем, что в установке, включающей терморегулятор микропроцессорный, позволяющий в широких пределах изменять температуру греющей среды, трубчатый электронагреватель (ТЭН), термодатчик ДТС 105 (Pt100), импеллер, насос центробежный с установленным расходомером, двигатель асинхронный для привода насоса и импеллера, теплоизолированная емкость с греющей средой, краны для развоздушивания и опорожнения ячейки по окончании эксперимента, ячейка испытательная с возможностью изменения объема ячейки за счет различной толщины дистанционных рамок, вентиль регулирующий, теплоизолированная емкость рубашки охлаждения, насос циркуляционный, емкость с рабочей жидкостью (раствор бикарбоната кальция), установлены термометры на входе и выходе греющей среды и рабочей жидкости, есть возможность поворота ячейки, что позволяет оценить воздействие гравитационных сил на процесс накипеобразования.

Схема предлагаемой установки наглядно представлена на фиг. 1.

Установка включает жидкостный термостат для греющей среды, с микропроцессорным терморегулятором [1] и расположенными в теплоизолированной емкости [7] трубчатым электронагревателем (ТЭН) [2], термодатчиком ДТС 105 (Pt100) [3], импеллером [4], центробежным наносом с установленным расходомером [5], а также асинхронным двигателем для привода насоса и импеллера [6], подающим греющую среду по жидкостной магистрали через один из портов в испытательную ячейку [9], оснащенную шаровыми кранами [8] для развоздушивания и опорожнения по завершению экспонирования и жидкостной магистралью с установленным расходомером [17] и регулирующим скорость потока вентилем [13] для нагреваемого теплоносителя (минерального раствора с воспроизводимой концентрацией), поступающего в ячейку из емкости с минеральным раствором [15], погруженной в теплоизолированную емкость рубашки охлаждения [16], с помощью циркуляционного насоса [14].

Ячейка представляет собой пакет из пластин, герметизирующих прокладок и дистанционных рамок [11]. Наружные пластины изготовлены из сплава Д16Т, имеют толщину 20мм и оборудованы четырьмя портами каждая. Два порта на пластине оборудованы штуцерами для подключения рукавов, один порт оборудован шаровым краном [8], для развоздушивания и опорожнения ячейки. И один порт заглушен заглушкой [10]. Порты выполнены однообразно и симметрично, что позволяет менять местами штуцера, краны и заглушки, выбирая необходимую конфигурацию подключения.

Дистанционные рамки выполнены из полиоксиметилена и устанавливаются между образцом и наружными пластинами. Дистанционные рамки [11] имеют различную толщину, что позволяет изменять объем теплообменника и площадь сечения канала для движения жидкости (и соответственно скорость движения жидкости при заданном расходе) в широких пределах. Возможно собирать несколько дистанционных рамок с одной стороны образца. Между образцом, рамками и наружными пластинами располагаются герметизирующие прокладки из пищевого силикона толщиной 1,5мм. В пластине со стороны греющей среды установлены 6 резьбовых шпилек М6, которые служат направляющими при сборке теплообменника и позволяют стянуть весь пакет барашковыми гайками для прижатия прокладок и обеспечения герметичности. Пластина со стороны солевого раствора имеет теплоизолирующие вставки и шайбы, для исключения паразитной теплопередачи через резьбовые шпильки.

Образец представляет собой пластину толщиной 1,5мм с шестью отверстиями под шпильки. Пластина выполнена из сплава Л68. В принципе возможно изготовление образцов любой толщины и из любого сплава в соответствии с заданием.

Использование гибких рукавов для подключения ячейки с образцом позволяет изменять ориентацию ячейки в пространстве для изучения влияния этого фактора на интенсивность накипеобразования.

На данном этапе эксперимент длится 2 часа с использованием 1,5 литра солевого раствора, за это время происходит полное разложение растворенного бикарбоната кальция. Время определялось экспериментальным путем – в процессе эксперимента отбирались пробы солевого раствора и подвергались интенсивному нагреву. Завершение процесса разложения бикарбоната определялось по отсутствию газовыделения при нагреве пробы раствора. При увеличении количества раствора и/или изменении температуры греющей среды время эксперимента будет изменяться.

Для нагрева греющей среды и поддержания температуры используется жидкостный термостат ТЖ-ТС-01. Для охлаждения солевого раствора используется водопроводная вода, но возможно использование холодильной установки в случае необходимости.

Установка представляет собой модульную конструкцию, состоящую из:

- жидкостного термостата с теплоизолированной емкостью, электронагревателем, циркуляционным насосом, электронной системы поддержания температуры на заданном уровне, а также устройствами, обеспечивающими защиту и сигнализацию в случае аварийных ситуаций.

- емкости для солевого раствора с рубашкой охлаждения, циркуляционным насосом и регулирующим устройством для обеспечения заданного расхода;

- показывающего расходомера;

- ячейки с образцом.

Все устройства соединены силиконовыми шлангами (рукавами).

Теплообменные пластины изготавливались из сплава Л68 так как он используется для производства конденсаторных труб. В качестве солевого раствора использовался раствор бикарбоната кальция с концентрацией 1,33 г/л, а в качестве греющей среды дистиллированная вода. Подготовка солевого раствора осуществлялась путем добавления в воду карбоната кальция и дальнейшей сатурации смеси углекислым газом при давлении 0,4 МПа. Процесс осуществлялся в емкости с прозрачными стенками. Обеспечивался избыток углекислого газа в смеси до полного растворения карбоната кальция, которое контролировалось визуально. Перед проведением испытания избыток углекислоты удалялся из раствора путем интенсивного перемешивания. При проведении эксперимента варьировались температуры греющей среды и скорости движения солевого раствора, для определения оптимальных режимов работы установки, с целью получения слоя отложений максимальной толщины при минимальном времени работы.

Использование предложенной установки ускоренного накипеобразования позволит за счет улучшения проведения и скорости условий эксперимента повысить эффективность процесса оценки воздействия модифицированных защитных полимерных покрытий на процесс накипеобразования.

Изобретение относится к исследованию процесса накипеобразования.  Предложена установка для оценки влияния модифицирующих добавок на противонакипные свойства защитных полимерных покрытий, которая включает: терморегулятор микропроцессорный, позволяющий в широких пределах изменять температуру греющей среды, трубчатый электронагреватель (ТЭН), термодатчик ДТС 105 (Pt100), импеллер, насос центробежный с установленным расходомером, двигатель асинхронный для привода насоса и импеллера, теплоизолированная емкость с греющей средой, краны для развоздушивания и опорожнения ячейки по окончании эксперимента, ячейку испытательную с возможностью изменения объема ячейки за счет различной толщины дистанционных рамок, вентиль регулирующий, теплоизолированная емкость рубашки охлаждения, насос циркуляционный, емкость с рабочей жидкостью (раствор бикарбоната кальция), термометры на входе и выходе греющей среды и рабочей жидкости. Установка имеет возможность поворота ячейки, что позволяет оценить воздействие гравитационных сил на процесс накипеобразования. Технический результат - устройство обеспечивает получение информативных и достоверных данных, необходимых для прогнозирования влияния модифицирующих защитных полимерных покрытий на процесс накипеообразования в элементах энергетических установок. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка ускоренного накипеобразования, включающая жидкостный термостат для греющей среды с микропроцессорным терморегулятором и расположенными в теплоизолированной емкости трубчатым электронагревателем (ТЭН), термодатчиком ДТС 105-Pt100, импеллером, центробежным наносом с установленным расходомером, а также асинхронным двигателем для привода насоса и импеллера, подающим греющую среду по жидкостной магистрали через один из портов в испытательную ячейку, оснащенную шаровыми кранами для развоздушивания и опорожнения по завершении экспонирования и жидкостной магистралью с установленным расходомером и регулирующим скорость потока вентилем для нагреваемого минерального раствора с воспроизводимой концентрацией, поступающего в ячейку из емкости с минеральным раствором, погруженной в теплоизолированную емкость рубашки охлаждения, с помощью циркуляционного насоса, причем жидкостный термостат, емкость для минерального раствора и испытательная ячейка соединены силиконовыми шлангами, а испытательная ячейка выполнена в виде пакета из пластин, герметизирующих прокладок и дистанционных рамок, выполненных с возможностью установки между образцом и пластинами, с возможностью изменения своего объема за счет различной толщины дистанционных рамок и имеет возможность поворота.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что пластины испытательной ячейки изготовлены из сплава Д16Т, имеют толщину 20 мм и оборудованы четырьмя портами каждая, причем два порта на пластине оборудованы штуцерами для подключения рукавов, один порт оборудован шаровым краном для развоздушивания и опорожнения ячейки, а один порт заглушен, при этом порты выполнены однообразно и симметрично с возможностью менять местами штуцера, краны и заглушки, выбирая необходимую конфигурацию подключения.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в пластине испытательной ячейки со стороны греющей среды установлены 6 резьбовых шпилек М6, которые служат

направляющими при сборке теплообменника и позволяют стянуть весь пакет барашковыми гайками для прижатия прокладок и обеспечения герметичности, а пластина со стороны минерального раствора имеет теплоизолирующие вставки и шайбы для исключения паразитной теплопередачи через резьбовые шпильки.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дистанционные рамки выполнены из полиоксиметилена, а герметизирующие прокладки выполнены из пищевого силикона толщиной 1,5 мм.