Способ контроля воздействия магнитного поля на воду Советский патент 1980 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к энергетике, преимущественно к системе водяно го охлаждения теплоэнергетических установок и может быть использовано для настройки аппаратов магнитной обработки воды на оптимальный противонакипный режим. Известен способ индикации эффекта магнитйой обработки, g.котором измеряют после воздействия магнитного поля на воду изменение ее физических свойств (магнитную восприимчивость, электропроводность, угол смачивания и др.) В других случаях индикацию магнитной обработки производят по непосредственным измерениям накипи 1J. Однако при регистрации физических свойств воды, т.е. косвенного воз действия магнитног-о поля на воду, не можно полагать, что максимум эффекта соответствует минимум отложению накипи. К тому же, изменения этих величин очень малы. Непосредственное определение накипи связа но с рядом неудобств, весьма трудоем ко и затрудняет его использование для автоматической настройки магнит,ных аппаратов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля воздействия магнитного поля на воду, содержащей соли жесткости и склонной к накипеобразованию, путем .определения центров кристаллизации при изменении напряженности магнитного поля с последующей корректировкой в промышленном электромагните. Оптимальный эффект маг 1итной обработки определяют после ее- кипячения по той напряженности поля, при которой происходит максимальное уменьшение размеров кристалликов (примерно в 2-3 раза) или увеличение числа кристалликов по сравнению с необработанной . . водой. Выбранную таким образом напряженность поля устанавливают в , промышленном аппарате 2. Однако точность в определении числа частиц и их размеров здесь н&велйка, в связи с тем, что в разных частях предметного стекла высаживаются кристаллики неодинакового размераи различного скопления. Способ трудоемкий, требует соблюдения одинаковой интенсивности нагрева воды для различных проб воды, субъективен, практически не поддается автоматиааJ.7 ции, трёбуе длительногонагрева и кипяч-ения воды, чтобы за такое время усПели вырасти кристаллики достаточн большого размера, отчетливо раэличилеле в оптическом микроскопе. Целью изобретения является устранение этих недостатков и обнаружение ггротйвонакипного эффекта магнитной обработки .без нагрева воды., Поставленная цель достигается тем, что пробный поток воды пропуска через контрольное магнитное поле и устанавливают в нем скорость потока вбда7 раенуюскорости потоки воды в зазорах промышленного электромагнита и поддерживают ее постоянной в контрольном магнитном поле, а часть проб Hpfo потока воды ответвляют и фиксируют Концентрацию центров кристаллиз ции для части радиуса не менее 0,10,3 мкм в ответвленном потоке водУ при дискретном изменениии напряженности крнтрольного магнитного поля с задержкой времени контроля после магнитной обработки на 1-2 мин, выяв ляют максимум концентрации центров кристаллизации и по нему определяют напряженность поля для магнитной обработки воды промышленным электромагнитом, о которой судят по концент ВЗ вешенных частиц в воде. Пропуская пробный поток, воды чере контрольное магнитное поле при неизменной температуре воды создают тем самым при измерениях эффекта магнитной обработки такие же условия возДействия магнитного поля на воду, ка и в промышленном электромагните, что кроме того, сокращает время, необходимое для индикации, так как отпадае необходимость ее нагрева и кипячения Устанавливая в пробном потоке воды скорость, равную скорости потока воды в зазорах Промышленного электро магнита и поддерживая ее постоянной добиваются постоянства условий воздействия магнитного поля на воду в контрольном электромагните, что обуславливает высокую точность измерений. Замедляя направленный в ультрамикроскоп ответвленный поток воды, обеспечивают условия для визуальноги и автоматического счета частиц. Наст ройка ультрамикроскопа на фиксирование частиц радиуса 0,1-0,3 мкм дает .возможность наблюдать выросшие после магнитной.обработки центры кристал ЙйЭй з;й й7 маь:симс1льный размер которых как(, правило, не превышает указанной величины. Определение концентрации Центров кристаллизации, т.е. чийла центров в единице объема позволяет точно установить их изменение при магнитной обработке.Фиксирование концентрации центров кристаллизации при дискретном изменении напряженнос в контрольнсэм электр6маг1ните через 125Э или 250Э позволяет пОлу чи гь несколько отсчетов на кривой, выражающей максимум увеличения кон центрации центров кристаллизации, и четко наблюдать этот максимум. За держка времени . счета после магнитной обработки на 1-2 мин позволяет вырасти центрам кристаллизации до радиуса 0,1-0,3 мкм,, котс/рый уже, можно обнаружить в ультрамикроскопе. Устанавливая в промышленном элект- ромагните напряженность поля такую же, как в контрольном электромагните, при которой фиксируется максимум концентрации, обеспечивают,тем самым,- безнакипный режим магнитной обработки воды для теплообменных установок. Преобразуя данные о концентрации центров кристаллизации в электрический сигнал и,устанавливая по нему напряженность поля в промышленном электромагните, добиваются автоматизации процесса настройки магнитного аппарата на оптимальный безнакипный режим. На фиг. 1 приведена схема контроля, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики зависимости относительной концентрации центров кристаллизации от напряженности магнитного поля; на фиг. 3- то же, от радиуса частиц в потоке воды; на фиг. 4, график зависимости оптимальной напряжённости поля от скорости потока воды; на фиг. 5 - график зависимости числа частиц воды от времени после обработки; на фиг. 6 - график зависимости числа частиц и относительной накипи от напряженности магнитного поля. , Устройство содержит промышленный электромагнит 1, выпрямители 2 и 3 с регулируемым напряжением, контрольный электромагнит 4, расходомер 5 для контрольного магнита, ультрамикроскоп 6, лампочку 7, кювету 8,. ..., объектив 9, диафрагму 10, окуляр 11, фотоумножитель 12, блок 13 высоковольтного питания, фильтр 14 нижних частот, усилитель 1Ь, счетчик 16 импульсов, счетчик 17 объема и расходомер 18 для ультрамикроскопа. Способ индикации воздействия маг- , нитного поля на воду заключается в следующем. Поток воды для индикации ответвляютОТ водовода , в котором установлен промышленный электромагнит 1, питаемый от источника выпрямленного напряжения 2., Выпрямителем 3 с фиксированной силой тока производят питание контрольного электромагнита 4, в котором между полюсными наконечниками (такой же конфигурации как и в промьшшенном магните) протекает по трубке вода,Скорость потока в зазорах электромагнита 4 подбирают такой, как и в Зазорах промышленного электромагнита 1, ее регулируют и поддерживают постоянной в процессе измерений с помощью расходомера 5. Часть потока воды после электромагнита 4 ответвляют в ультрамикроскоп. После воздействия магнитного поля новые. центры кристаллизации вырастают до видимых в ультрамикроскоп частиц, т.е. до радиуса 0,1-0,3 мкм за время порядка 1-2 мин. Чтобы кристаллики выросли до размера 5-10 мкм и стали видны в обычном микроскопе, требуется значительно большее перенасыщение для карбонатных ионов, достигаемое только при нагреве воды и ее кипячеНИИ, что требует большей экспозиции около 10-20 мин. в ультрамикроскопе б пробный поток воды проходит через к ювету 8, где с помощью лампоч ки 7 создают освещенное поле, в кото ром возникают светочные вспышки от , взвешенных в воде частиц, когда они это поле пересекают.Объективом 9 создают необходимое увеличение и фок сировку этих вспышек. Диафрагмой 10 .вырезают часть светового поля, ее отверстие подбирают с учетом концент рации частиц так, чтобы при движении воды в поле зрения находились одновременно не более одной частицы. С .помощью объектива 11 ведут счет,частиц визуальным способом. Фотоумножителем 12, который питают от стабилизйрованного высоковольтного блока 13 производят преобразование световых вспышек в электрические импульсы. Эти .импульсы подают вначале на фильт 14 нижних частот, отсекающий высокочастотный шум фотоумножителяот поле ного низкочастотного сигнала. Затем импульсы усиливаются в усилителе 15 и подаются на многоканальный счетчик 16 импульсов. Усиление импульсов подбирается таким, чтобы усиленный шум был меньше напряжения, при котором счетчик срабатывает, а сигнал от .частиц заметно превышает порог его срабатывания. Многоканальным счетчиком регистрируют импульсы различной амплитуды, соответствующие частицам различного размера. Электронный счет настраивают на такой уровень дискриминации, чтобы счетчик фиксировал в основном световые вспьошки от частип; радиуса 0,1 - 0,3 мкм, до которого вырастают центры кристаллизации. После кюветы 8 поток воды пропускают через счетчик 17 объема, в котором установлен поплавковый расходомер 18 а также система кранов изажймов, позроляющих счет частиц произйодить с разными фиксированными объемными скоростями. Число частиц в единице объема определяют при визуальном счете по формуле fi-K/V , где Л - чи .ло сосчитанных частиц вобъеме пробы . V , К - коэффициент зависящий от диафрагмы. Для автоматического счета , где f - частота импульсов при объемной скорости воды Q . ; Скорость воды в кювете ультрамикроскопа подбирают оптимайьной раздёл но для- визуального и автоматического счета. В автоматическом режиме эту скорость согласовывают с шириной .освещенной зоны, с частотой импульсов, а частоту импульсов с параметрами фильтра нижних частот, который, в свою очередь, согласуют с параметрами счетчика. Индикация воздействия.магнитного поля на воду заключ:ается в том, что измеряют концентрацию взвешенных в воде ультрамикроскопических частиц при дискретном изменении через определенные интервалы напряженности магнитного поля ( ЛН 1259 или. 250э), Такой интервал изменения д Н выбирают для TOt-o, чтобы максимум числа частиц четко прослёживалея. Напряженность поля устанавливают выпрямителем 3 путем изменения силы тока в катушках электромагнита 4. При этом точно (с ртклонением не более 5-7%) фиксируют скорость воды, пересекающей-магнитное поле, гак как изменение cftopocти потока смещает максймум и : (Н) и, в противном случае, этот максимум может оказаться незамеченнЕЛМ. Возрастание концентрации частиц при магнитной обработке свидетельствует о появ пении в воде новых центров кристаллизации. По полученным данным определяют зависимость от напряженности магнитного поля общей концентрации частиц (взвешенных в воде частиц до обработки и новых центрой кристал лизации) . Выявляют максимум концентрации частиц, который, как это установлено специальными опытами,соответствует оптимальному противонакипному режиму магнитной обработки. Макси мальное число частиц, зафиксированное в счетчике импульсов, используют для регулирования напряженности поля в промышленном электромагните. Автоматическую настройку промышленного электромагнита 1 на оптимальный противонакипный режим производят с помощью электрического сигнала, получаемого на выходе усилителя 15 и по этому сигналу, соответствующему максимуму концентрации центров кристаллизацйи, устанавливают выпрямителем 2 соответствукадую напряженность поля в промышленном электромагните. Пример 1,Проводят измерения концентрации центров кристаллизации при изменении напряженности магнитного поля контрольного электромагнита через интервалы дн 125Э, когда максимум напряженности .i. 500Э, Скорость воды в электромагните под- держивают постоянной. Ультрамикроскоп настраивают на фиксирование частиц с радиусом выше 0,1 мкм. Результаты опыта отражены на Фиг. видно из кривой 19 при д Н : 125Э вблизи максимума имеются не менее пяти опытных точек на кривой . f(H) , что обеспечивает ег;о четкое обнаружение. При 5003, которое имеет местб при другой скорости по.тока,.максимум четко наблюдают при ДН 250Э| что следует из кривой 20, Из фиг. 2 видно, что увеличение АН приводит к тому, что максимум не обнаруживается или проявляется не чётко. Концентрация центров кристаллизации при Н - увеличивается в 2-3 раза по Срарнению с концентрацией взвешенных в воде частиц до магнитнойобработки при точности ее Отсчета 5-10%, .При мер 2,С помощью заранее проградуированного фотометрического ультрамикроскопа проводят измерения концентрации центров кристаллизации ( п ) для частиц различной дис перенести при оп имальной напряженно . ти ПОЛЯ и с отключенным полем { По ) На фиг. 3 приведен график п/П|., {г) . 1Сак видно из кривой 2,чувствительнос индикации уменьшается с увеличением размера частиц. Поэтому следует настраивать ультрамикроскоп на фикси рование частиц 0,1-0/3 мкм, при кото ром концентрация этих частиц при магнитной обработке возрастает не ме нее чем в 2 раза. Пример 3,Проводят определени на кривой п f (Н), смещения Н получакицейся при изменении скорости потока и в зазорах электромагнита 4. Эти результаты показаны на фиг. 4. Из кривой 22 видно, что с увеличение скорости потока оптимальная напряжен ность поля уменьшается и при з,аданно интервале изменения Н (йН 125Э пр 500Э, ДН 250Э при Н 500Э постоянство скорости потока должно выдерживаться в пределах ± 5-7%. П р .и мер 4,Определяют концентр цию центров кристаллизации ,при ,a в зависимости от времени после обработки воды магнитным полем. Результа ты эксперимента помещены на фиг-, 5. Из кривой 23 видно резкое возрастание концентрации в интервале t О,5 - 1,5 мин t 1,5 мин рост её незначительный, что подтверждает данные расчета , приведенные в таблице. П р и м э р 5,Опытным путем обнар жена зависимость между напряженность пбля при магнитной обработке, количеством накипи и концентрацией ультрамикроскопических центров кристал ливации. Для этого два одинаковых водных потока через расходомеры направляются по трубкам из напорного бака в две одинаковые емкости размером 60 X 100 X 250 мм, куда погру жают четыре кипятильника мощностью 300 Вт каждый. Здесь проточная вода подогревается до 85-90 С. Один поток является контрольным (без магнитной обработки), другой - с обработкой воды в магнитном поле. Кипятильники взвешиваются на аналитических весах с точностью 0,1 мг до нагрева, а после 3-х часового нагрева и просушивания в сушильном шкафу взвешиваются повторно. По привесу судят о количестве, отложившейся накипи и эффективности магнитной обработки. На фиг. б приведена кривая 24, где по оси ординат отложено относительное изменение привеса , где (ц привес с магнитной обработкой, дт - контрольный, без поля). Кривая 25 указывает на изменениеконцентрации центров кристаллизации в той же воде. Из кривых 24 и 25 видно, что максимум концентрации центров кристаллизации имеет место при той же напряженности магнитного поля, что и минимум отложения накиПи, тем самым подтверждая противонакипный эффект предлагаемого способа индикации воздействия магнитного поля на воду. ИспользЬвание предлагаемого способа индикации воздействия магнитного пол.я на воду по сравнению с известным позволяет повысить точность индикации по прямому противонакипному эффекту магнитной обработки, сократить время индикации, автоматизировать процесс измерения эффекта магнитной обработки. Кроме того, предлагаемым способом можноавтоматизировать процесс настройки магнитных аппаратов на оптимальный режим работы, что очень важно для практики.. Известно, что максимум эффекта магнитной обработки Смещаете .я с течением времени, ввиду изменения скорости водного потока и химического состава воды. Внедрение магнитной обработки в настоящее время kaK раз сдерживается, ввиду отсутствия надежньк способов автомати геской настройкимагнитных аппаратов. Решение этой технической задачи способствует широкому внедрению магнитной обработки воды в теплоэнергетике, что позволяет при незначительных затратах увеличить срок эксплуатации теплообменных устройств и поддерживать внутренние поверхности трубок в 1истоте, без накипи. Формула изобретения Способ контроля воздействия магнитного поля на воду путем определения центров кристаллизации при изменении напряженности магнитного поля с последующей ее корректировкой в промышленном электромагните, отличающийся тем, что с целью обнаружения противонакипного эффекта за счет повышения точности и уменьшения времени контроля, пробный поток воды пропускают через контрольное магнитное поле и устанавливают в нем скорость потока воды равную скорости потока воды в зазорах промьшшенного электромагнита и поддерживают ее ПОСТОЯННОЙ в контрольном магнитном поле, а часть пробного потока воды с ответвляют и Фиксируют концентрацию центров кристаллизации для частиц радиуса не менее 0,1-0,3 мкм в ответвленном потоке воды при дискретном изменении напряженности контроль-«п ного магнитного поля с задержкой времени контроля после магнитной бработки .на 1-2 мин, выявляют максимум концентрациицентров кристаллизации и по нему определяют напряженность поля для магнитной обработки воды промьтшенным электромагнитом, о которой судят по концентрации взвё шенных частиц в воде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ахмеров У.Щ. и др. Методы индикации магнитной воды, изд. Казанского университета, 1972.

2.Тебенихин JE.ft. и др. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике. М., 1970, с. 38.

747819

-I-.

о,у 4в //2 г t/г. 4

л-юа о

ts t

о. I

O/S- О О 6, мин.

. S

иг. .