Накипеобразование в головном подогревателе адиабатного опреснителя с предвключенным магнитным аппаратом

(Труды МЭИ, выпуск 378, 1978 г., с.71-75)

Асп. В.Ф. Очков.

Отложение накипи на теплопередающих поверхностях является одним из основных препятствий на пути дальнейшего повышения экономичности процессов термического опреснения, переработки промышленных стоков. Внедрение новых технологий переработки высокоминерализованных вод (обратный осмос, элетродиализм и др.) не снимает полностью данную проблему, так как многие из них включают в себя термическую обработку рабочих растворов.

В данной работе представлены результаты применения серийного электромагнитного аппарата ЭМА-50 на промышленном трехступенчатом адиабатном опреснителе. Влияние магнитных устройств на накипеобразование в теплообменниках объясняется тем, что магнитное поле усиливает процессы образования твердой фазы из пересыщенного раствора [1, 2]. Эффективность использования магнитного аппарата для уменьшения накипеобразования ранее была проверена на лабораторной модели, имитирующей теплотехнические и воднохимические процессы, проходящие в головном подогревателе опреснителя [3]. Модель работала при двух режимах: при замкнутой схеме питания имитатом океанской воды (противонакипный эффект 50%) и при разомкнутой схеме питания водой Черного моря (противонакипный эффект 80%).

Схема опреснителя с подключенным аппаратом ЭМА-50 показана на рис.1. Головной подогреватель опреснителя 1 ¾ шестиходовой бойлер с прямыми трубками из сплава МНЖ диаметром 13/15 мм, длиной 1580 мм ¾ имел следующие начальные параметры:

·        скорость воды в трубках ¾ 1,75 м/с;

·        тепловой поток ¾ 43,2 кВт/м2;

·        температура воды: на входе ¾ 58 0С, на выходе ¾ 75 0С;

·        температура дренажа ¾ 78 0С;

·        расход питательной воды ¾ 58 т/ч.

Трехступенчатый корпус опреснителя 5 был оборудован жалюзийными сепараторами 6 и системой встроенных конденсаторов 10, каждый из которых представлял собой трехходовой теплообменник и U-образными трубками из сплава МНЖ диаметром 13/15 мм, длиной 3040 мм. Температура воды на входе в конденсаторы 28 0С поддерживалась постоянной за счет смешения воды Черного моря (солесодержание ¾ 17,2 г/кг; щелочность ¾ 3,2 мг-экв/кг; содержание кальция ¾ 10 мг-экв/кг, содержание магния ¾ 60 мг-экв/кг, железосодержание ¾ 0,25 мг/кг) и рассола третьей ступени испарения. Таким образом, доля рассола, идущего на рециркуляцию, определялась не воднохимическими, а теплотехническими условиями. Через аппарат ЭМА-50 2, в котором магнитное поле напряженностью 2´105 А/м создавалось в кольцевом зазоре между корпусом и рубашкой системы токовых катушек, пропускалось 100% питательной воды со скоростью 1,5 м/с и временем пребывания в магнитном поле 0,03 с. Опреснитель был также оборудован пароструйным эжектором 3, охладителем эжекторов 4 и системой насосов 7, 8, 9.

Опреснитель отработал 2042 ч (промежуточной ревизией после 1380 ч) без снижения производительности, которая составляла 2500 кг/ч дистиллята с солесодержанием 1 мг/кг.

Процесс отложения накипи в головном подогревателе протекал в виде равномерного зарастания теплопередающих поверхностей плотным слоем кристаллической накипи (первичное накипеобразование) и забивание трубок наносным шламом (вторичное накипеобразование).

Ревизия опреснителя по окончании работы показала следующие (данные в скобках получены при промежуточной ревизии): накипеобразование привело к росту на 8(4) 0С температуры дренажа подогревателя; средняя толщина слоя накипи на трубках подогревателя составила 0,350 (0,125) мм, на трубках конденсаторов 0,06 мм; 43(23)% трубок подогревателя забиты шламом.

На рис. 2 представлены схема головного подогревателя опреснителя (а) и характер забивания трубок (вторичное накипеобразование) по рядам и ходам (процент полностью забитых шламом трубок от общего количества их в ряду) после 1380 (б) и 2042 (в) часов работы опреснителя. Забивание шламом трубок конденсаторов и охладителя эжекторов не наблюдалось.

Контрольные испытания данного опреснителя без специальных мер борьбы с накипью, выполнявшиеся ранее, показали следующее: накипеобразование привело к росту температур дренажа подогревателя более чем на 20 0С; 8% трубок подогревателя оказались забитыми шламом.

По результатам испытаний опреснителя с аппаратом ЭМА-50 можно сделать следующие выводы:

1.      магнитный аппарат снижает накипеобразование в подогревателе опреснителя. При этом скорость равномерного зарастания теплопередающих поверхностей резко уменьшается, а процессы забивания трубок шламом усиливаются.

2.      На основе анализа распределения во времени и по длине теплообменника вторичной накипи (см. рис. 2) выявлена аналогия процессов вторичного накипеобразования с процессами осаждения грубодисперсной примеси на загрузке насыпного механического фильтра.

3.      Характер забивания трубок по рядам в каждом ходу (см. рис. 2) указывает на то, что изменение направления потоков воды в поворотных камерах подогревателя приводит к отжиманию и сепарации частиц шлама к нижним рядам ходов подогревателя. Следовательно, сепаратор циклонного типа, установленный на входе в подогреватель, может ликвидировать забивание трубок подогревателя шламом.

Литература

1.                    Тебенихин Е.Ф., Гусев Б.Т. Роль магнитного поля в образовании центров кристаллизации. В сб.: Водоподготовка и внутрикотловые процессы. М., Госэнергоиздат, 1963, вып. 2, с. 41-50.

2.                    Чернобай В.А. Влияние магнитного поля на кристаллизацию. В сб.: Кристаллизация и свойства кристаллических веществ. Л., «Наука», 1971, с. 57-80.

3.                    Копылов А.С., Тебенихин Е.Ф., Очков В.Ф. Об использовании магнитного поля для снижения накипеобразования при нагреве высокоминерализованной воды. «Труды МЭИ», 1976, вып. 309, с. 55-60.