Расчетно-графическая работа - Механическая очистка теплообменных аппаратов в системах оборотного водоснабжения - файл n1.doc

Расчетно-графическая работа - Механическая очистка теплообменных аппаратов в системах оборотного водоснабжения
скачать (522 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc522kb.21.10.2012 17:25скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА


Факультет ИЭГ

Декан факультета

Кафедра ВВ и ОВ




Специальность ВВ

3ав.кафедрой








РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

на тему: «Механическая очистка теплообменных аппаратов в системах оборотного водоснабжения»


Выполнил:

Проверил:













Харьков - 2010

СОДЕРЖАНИЕ




стр.

Введение……………………………………………………………………...

3

1. Механическая очистка теплообменных аппаратов……………………..

4




1.1 Гидромеханическое удаление загрязнений с помощью резино-







вых шариков, циркулирующих в потоке охлаждающей воды…...

6




1.2 Гидропневматическая промывка теплообменных аппаратов…….

10




1.3 Химические способы очистки теплообменных аппаратов и










трубопроводов………………………………………………………..

11

Вывод…………………………………………………………………………

14

Литература……………………………………………………………………

15


ВВЕДЕНИЕ

Теплообме́нный аппарат — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтепере-рабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Как известно, при обращении воды в рабочем цикле теплообменного оборудования могут происходить три основных процесса, нарушающих нормальную его работу: образование накипи, шламообразование и коррозия металла. Эти процессы, естественно, протекают не обособленно, а накладываются друг на друга, поэтому состав и структура отложений могут варьироваться в весьма широких пределах, в зависимости от качества питательной воды, материала труб теплообменных поверхностей, а также температурного и гидродинамического режимов.

В составе первичной накипи содержатся карбонат и сульфат кальция, гидроксид магния, силикаты кальция. Вторичная накипь состоит из приклеившихся к поверхности металла частиц шлама. Продукты коррозии металла либо входят в состав вторичной накипи, либо образуют первичную железоокисную и медную накипь. Четкой границы между накипью и шламом не существует, так как вещества, отлагающиеся на поверхности нагрева в виде накипи, могут впоследствии превращаться в шлам, и наоборот, шлам при некоторых условиях может прикипать к поверхности нагрева. Наличие накипи ухудшает теплообмен как за счет того, что ее теплопроводность в 15–40 раз ниже теплопроводности металла стенок труб, так и за счет увеличения гидравлического сопротивления теплообменной части котла. Это ведет, на первых порах, к перерасходу топлива, а в конечном итоге может вызвать пережог металла и привести к потере прочности и разрыву труб.

1 МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Очистка теплообмены аппаратов от загрязнений производится обычно механическим путем – шомполом с заостренным концом, проталкиваемым по трубам при открытых крышках (рис. 1). Если отложения мягкие, то на конец шомпола прикрепляется ерш – волосяной или из тонкой проволоки, а иногда из набора гибких резиновых или пластмассовых колец. Совершая поступательно-возвратные движения шомпола, его наконечник разрушает препятствия, которые ершом эвакуируются от забоя и трубки. После того как шомполом с острым наконечником и ершом будут разрушены и убраны скопившиеся загрязнения, каждая трубка продувается воздухом или промывается струей воды под сильным напором.

Для разрушения твердых карбонатных отложений применяются режущие наконечники – сверла, с приводом от электродвигателя. Инструмент (электродвигатель и металлический стержень со сверлом в сборе) укладывается на подмости, направляется в трубку и приводится в действие. Разру-шенные солевые отложения эва-куируются из забоя, трубки про-дуваются воздухом или промы-ваются струей воды.

Практика показала, что меха-ническая очистка трубок теплообменных аппаратов шомполами с волосяными ершами, резиновыми и пластмассовыми насадками не оказывает какого-либо отрицательного влияния на коррозию трубок. Чистка стальными ершами, царапающими металл трубок, безусловно приносит вред, так как всякая царапина или иное механическое повреждение поверхности металла становится местом особенно уязвимым, где коррозионные процессы развиваются в первую очередь.

Всякая механическая очистка аппаратов, а особенно высверливание – весьма трудоемкий процесс, занимает немало времени и вызывает большие затраты. Поэтому к ним прибегают лишь в крайнем случае.

1.1 Гидромеханическое удаление загрязнений с помощью резиновых шариков, циркулирующих в потоке охлаждающей воды

Сущность метода заключается в том, что циркулирующие в потоке охлаждающей воды на участке теплообменного аппарата резиновые шарики механически воздействуют на образовавшиеся загрязнения и разрушают их; шарики сужают живое сечение трубы и вызывают большие скорости струй воды у стенки трубы, также разрушающие и смывающие с них отложения и обрастания. Разрушенные и смытые со стенок загрязнения из аппарата выносятся потоком воды. Шарики изготовляют из резины с удельным весом, близким к единице. Диаметр шариков на 1-2 мм меньше диаметра трубок теплообменного аппарата.

Этот метод хотя и считается вспомогательным, но может быть и основным при образовании в трубах аппарата непрочных загрязнений. Он применен, например, на некоторых тепловых электростанциях Донецкого бассейна с охлаждением оборотной воды в прудах; с его помощью успешно устраняется биологическое обрастание и предотвращается образование карбонатных отложений в трубах конденсаторов пара, если эти отложения образуются не слишком интенсивно (при карбонат-ной жесткости оборотной воды до 3-4 мг-экв/л).

Схема устройства гидромеханического удаления загрязнений из аппаратов с помощью резиновых шариков, циркулирующих в потоке оборотной воды на одной из тепловых электростанций для турбины ВК-100 ЛМЗ, показана на рис. 2. В сливном трубопроводе 1 конденсатора пара 6 установлена конусная сетка 2, которой улавливаются резиновые шарики из потока охлаждающей воды, и по трубе 8 направляются к эжектору 3 с манометрами 7. Эжектор, действуя от напора подводимой к нему воды, принимает резиновые шарики и направляет их через загрузочную камеру 4 в циркуляционный водовод 5, по которому охлаждающая вода поступает в конденсатор 6. Увлекаемые потоком охлаждающей оборотной (циркуляционной) воды шарики проходят с этой водой по трубам и снова попадают в сетку. Если конденсатор состоит из двух половин, то и описанных устройств соответственно будет два.

Загрузочная камера с шари-ками и водоструйным насосом может быть расположена как вне, так и внутри сливного тру-бопровода, который устанавли-вается под углом 135° (рис. 3) с целью лучшей транспортировки шариков. Диаметр сливного трубо-провода принимается равным

100 мм; напорнаяирабочая вода к

водоструйному насосу, в зависимости от ее расхода, подводится трубопроводом диаметром 80 мм; для выгрузки шариков трубопровод устраивается также диаметром 80 мм; для ввода воды с шариками диаметр трубопровода от водоструйного насоса до напорного водовода увеличивается до 125 мм.

Подача в охлаждающую воду резиновых шариков может быть осуществлена также специальным центробежным насосом с прямыми лопатками у рабочих колес, имеющих гуммированное покрытие (для уменьшения износа резиновых шариков); производительность такого насоса может быть 20-40 м3/ч, напор от 10 до 25-30 м.

Шарикоулавливающие сетки устанавливаются в виде конуса из листовой стали толщиной 6 мм, отверстия в стенках конуса выполняются штамповкой продолговатой формы и располагаются по образующим конуса. Ширина отверстий принимается равной половине диаметра неизносившегося резинового шарика, при которой не происходит защемления шариков в отверстиях сетки. Перегородки между отверстиями принимаются равными 6 – 8 мм. Внутреннюю и наружную поверхности сетки следует покрыть защитным слоем полихлорвиниловой эмали, специальным лаком или гуммированием; такая защита предохраняет металл от коррозии и уменьшает износ резиновых шариков. При этом суммарное проходное сечение отверстий сетки должно в 3 – 4 раза превышать проходное сечение трубопровода, в которое встроена эта сетка (сливной трубопровод); сопротивление такой сетки при нормальном расходе охлаждающей воды составляет 0,2 – 0,3 м.

Показанный на рис. 3 водоструйный насос (эжектор) состоит из патрубка 1, подводящего рабочую воду, сопла 2, направляющего патрубка 3, горловины 4, диффузора 5 и патрубка 6, подводящего воду с резиновыми шариками.

Количество резиновых шариков, циркулирующих в контуре установки, принимается 15 – 20% от числа трубок одного хода воды теплообменного аппарата, при этом будет проходить 4 – 5 шариков в секунду через сечение трубопровода.

Минимальная скорость воды, обеспечивающая передвижение резиновых шариков по горизонтальной трубке даже при наличии в ней бугорков, должна быть 0,05 м/сек. Шарики с удельным весом 1,2 г/см3 выносятся восходящим потоком воды при скорости 0,3 м/сек. Износ их может достигать 0,2 мм на диаметр в месяц.

Скорость движения резиновых шариков по трубкам теплообменного аппарата равна скорости воды, скорость движения по трубкам других посторонних примесей составляет примерно 0,8 скорости воды.

Установки могут работать непрерывно или периодически, последний режим можно применять при небольшой интенсивности образования отложений и обрастаний трубок теплообменных аппаратов.

Работа установки контролируется по температурному напору. Эффективность ее оценивается по объему и весу отложений о обрастаний, извлекаемых из трубок при остановках и чистках. При этом очень важно, чтобы элементы установки были безукоризненно исправными и шарикив сетке и трубках не застывали; чтобы в каждый ремонт трубки теплообменных аппаратов калибровались.

1.2 Гидропневматическая промывка теплообменных аппаратов

Очистка теплообменных аппаратов от загрязнений с помощью смеси воды и воздуха производится периодически регулярно – один раз в сутки или реже, в зависимости от количества накапливающихся загрязнений. При этом механическая очистка может потребоваться лишь при выключении аппаратов из работы для планового ремонта.

Сущность гидропневматической промывки заключается в том, что через промываемый аппарат, не выключая его из работы, пропускается одновременно вода и сжатый воздух или инертный газ. Воздух или инертный газ, попадая в воду, расширяется, скорость движения воды значительно увеличивается, возникают удары о стенки трубок пузырьков газа и струй воды, благодаря чему отложения и обрастания разрушаются и отделяются от очищаемой поверхности. Бактерии, грязь, песок, продукты коррозии, а также неплотные карбонатные отложения из аппарата выносятся с водой, отводимой в канализацию.

Сжатый газ или воздух по ходу или против движения охлаждающей воды. При промывке аппарата с вводом газа или воздуха против движения охлаждающей воды в аппарате происходит барботирование воды и ее температура повышается до 45°С или более. При такой температуре бактерии гибнут, отделяются от очищаемой поверхности и выносятся с отводимой водой.

После четырех-пятикратногог барботирования промывную воду с инертным газом или воздухом надлежит еще раз пропустить через аппарат в течение 5 - 10 мин.

Температура продукта, поступающего в аппарат, остается неизменной, а температура продукта, выходящего из аппарата после промывки, снижается в результате большого охлаждения его водой через чистую стенку.

Во избежание загрязнения всей охлаждающей воды системы, загрязненную воду от гидропневматической промывки следует удалять в канализацию.

1.3 Химические способы очистки теплообменных аппаратов и трубопроводов

К химической очистке теплообменных аппаратов, а также трубопроводов следует прибегать только в крайне необходимых случаях, когда удаление отложений другими способами (гидропневматический, механический) не достигает цели или очень затруднено. При этом химическая очистка аппарата проводится не более одного раза в год.

Такая очистка производится 2 – 3%-ным раствором ингибированной соляной кислоты, возможно также применение фосфорной кислоты.

Карбонат кальция при этом переходит в раствор в виде хлористого кальция:

CaCO3+2HCl?CaCl2+H2O+ CO2

При применении Фосфорной кислоты в результате реакции образуется растворимый монофосфат кальция. Серная кислота для этой цели не подходит по той причине, что при взаимодействии карбонатных отложений с серной кислотой образуется труднорастворимый сульфат кальция, кристаллизующийся на оставшейся поверхности отложений и препятствующий их дальнейшему растворению.

Ингибированная соляная кислота выпускается заводом-производителем по ВТУ МХП-2345. Перед использованием ее только разбавляют водой в необходимой концентрации. При употреблении обычных технических кислот (соляной, фосфорной или серной) к раствору их добавляют тот или иной замедлитель коррозии (ингибитор).

При малой толщине слоя карбонатных отложений крепость раствора кислоты может быть принята вдвое меньше, т.е. 1,5%, соответственно необходимо снизить и дозу ингибитора.

Необходимым условием химической очистки теплообменного аппарата является наличие в каждой трубке отверстия для прохода раствора по ней. Причем раствор ингибированной кислоты должен циркулировать через трубки аппарата, как указано на рис. 4.

Кислотную промывку производят в следующем порядке. Сначала в бак 1 (см. рис. 4) наливают воду В в количестве 60 – 70% от потребного, затем вводят ингибитор И, размешивают и вливают кислоту К. После перемешивания проверяют концентрацию раствора кислоты и доводят ее до необходимой (3%). Затем приготовленный раствор подогревается паром П через змеевик, встроенный в бак 1.

Перед началом кислотной промывки теплообменный аппарат должен быть вскрыт и очищен от механических осадков. При этом следует измерять толщину слоя карбонатных отложений и подсчитать их общий объем для определения расхода необходимой кислоты на растворение CaCO3.

Подготовленный и подогреты до 40°С раствор ингибированной кислоты при помощи насоса 2 падается в теплообменный аппарат 3, а пройдя его, возвращается снова в бак 1. Скорость движения расмтвора кислоты в трубках аппарата должна быть 0,2 – 0,3 м/сек. Длительность контакта или продолжительность промывки аппарата раствором кислоты до 8 – 10 ч, но не менее 3 – 4 ч, в зависимости от степени загрязненности аппарата отложениями.

Если одна кислотная очистка не дапла должного эффекта, тодополнительно производится очистка щелочью, например 2%-ным раствором NaOH. Для этого куски каустика растворяют в баке 1 (рис.4) водой с подогревом ее до 45-50°С, этим раствором при помощи насоса 2 заполняют аппарат 3 и создают циркуляцию раствора в течение 2 – 4 ч. Закончив щелочную промывку, раствор выпускают в бак и аппарат промывают водой до исчезновения в воде щелочности по фенолфталеину. На кислотном трубопроводе предусматривается выпуск воздуха 5.

Общий вид теплообменного аппарата после химической очистки показан на рис.5.

Всю химическую очистку теплообменных аппаратов проводят с соблюдением мер предосторожности при работе с кислотой.

Необходимо учитывать, что если на поверхности стали будут продукты коррозии, т.е. при наличии в растворе кислоты иона Fe3+, может быть разъедание металла кислотой, несмотря на присутствие в ней ингибитора.

Очистка трубопроводов раствором кислоты или щелочи для удаления отложений (в случае крайней необходимости в этом) производится аналогично описанной выше очистке теплообменных аппаратов.

ВЫВОД

Регулярная очистка теплообменников есть необходимым эксплуатацион-ным мероприятием, поскольку с помощью описанных выше методов с внутренней поверхности труб удаляются отложения и накипь, которые образуются в процессе эксплуатации. Для барабанных и прямоточных котлов надежность эксплуатации зависит от толщины и характера отложений, которые определяют температуру стенок труб в наиболее теплонапряженных участках. Своевременное и качественное проведение очистки позволяет избежать разрывов труб от перегрева, сэкономить топливо за счет увеличения теплопередачи и получить экономический эффект.


ЛИТЕРАТУРА

  1. Шабалин А.Ф., Оборотное водоснабжение промышленных предприятий – М., Стройиздат, 1972.

  2. В. Н. Луканина. Теплотехника. — М., «Высшая школа», 2002 г.

  3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн.4). Под общей ред. Клименко А. В. и Зорина В. М. М.: Издательство МЭИ, 2004.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации