Научные принципы диагностирования и разработка методов снижения интенсивности образования отложений в теплообменном оборудовании тепловых и атомных электростанций

• Автор: Бубликов, Игорь Альбертович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 360 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУР ОТЛОЖЕНИЙ И МЕХАНИЗМОВ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ.

1.1. Систематизация характера структур отложений.

1.2. Механизм образования отложений.

1.3. Вода, как теплоноситель, ее характеристика и свойства

ВЫВОД.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТЛОЖЕНИЙ

2.1. Пористость отложений и ее влияние на теплопроводность

2.2. Анализ расчетных зависимостей по определению теплопроводности многокомпонентных структур отложений
2.3. Исследование влияния материала поверхности на энергию адгезии отложений
ВЫВОДЫ
3. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ И ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Обзор используемых ранее методов.
3.2. Обоснование выбора методов моделирования условий формирования отложений.
3.3. Описание экспериментальных установок.
3.4. Анализ работы подогревателей сетевой воды по результатам испытаний.
ВЫВОДЫ.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ОБРАЗОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ И УСЛОВИЙ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ.
4.1. Распределение отложений в трубах
4.2. Анализ адекватности экспериментальных данных с расчетными результатами по существующим методикам.
4.3. Анализ динамики процессов кристаллизации солей в потоке
ВЫВОДЫ.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ НА МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
5.1. Анализ влияния материала теплообменной поверхности
5.2. Электродный потенциал теплообменной поверхности.
5.3. Электростатические силы, действующие в коллоидных системах
5.4. Использование поляризации для предотвращения отложений
6. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ.
6.1. Обзор эмпирических зависимостей.
6.2. Построение эмпирической зависимости для прогнозирования процесса загрязнения.
6.3. Диагностика ресурса работы теплообменного оборудования
6.4. Построение математической модели процесса загрязнения.
6.5. Влияние ламинарного слоя на динамику осаждения дисперсных частиц.
6.6. Закрепление и смыв частиц
6.7. Адекватность зависимостей экспериментальным и эксплуатационным данным
7. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОБРАЗОВАНИЕМ ОТЛОЖЕНИЙ.
7.1. Обзор существующих методов
7.1.1. Химические способы обработки воды.
7.1.2. Физические способы
7.1.3. Механические способы
7.2. Оптимизация работы циркуляционной охлаждающей системы с градирней
7.3. Использование полимерных покрытий.
7.4. Исследование теплофизических свойств покрытий из наполненных фторопластов
ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Список использованной литературы


На образующиеся отложения постоянно со стороны потока действует сила, образуя смывное касательное напряжение. Если энергетические связи осевших частиц меньше энергии смыва, то частицы будут смыты обратно в поток. Старение отложений. В процессе работы накопленные отложения могут подвергаться упариванию, рекристаллизации солей, при этом уплотняются. Например, СаСОз имеет более тридцати кристаллических форм, имеющих различные свойства (теплопроводность, плотность и др. Наиболее распространенны из них кальцит и арагонит. В технической воде содержание взвешенных частиц может быть различным как по количеству, так и по размерам. Песок - размер частиц + 0 мкм и до мкм. Ил - размер частиц -г мкм. Ил - основная составляющая отложений, является продуктом жизнедеятельности микроорганизмов. Частицы размером менее мкм, в том числе и микрокристаллы солей, выпадающие из раствора с размерами частиц 0,3-0,5 мкм, а также другие частицы. Например, для сравнения, микроорганизмы, как правило, имеют размеры от 0,3 до мкм, вирус гриппа - 7 мкм, эритроциты крови человека - 5 мкм, частицы дыма - 0, мкм [6]. Содержание взвешенных частиц, в зависимости от времени года также изменяется (таб. З.). Таблица 1. Взвешенные частицы, как правило, являются основой для образования отложений, они становятся центрами кристаллизации для солей и образования мицелл. Мицелла - коллоидное образование дисперсной частицы с ионами раствора. Механизм образования отложений можно представить в следующем виде: из микроорганизма или дисперсной частицы образуется мицелла. В потоке воды они случайным образом сталкиваются между собой (слипаются) с образованием коллоидной желеобразной частицы сферической формы. Размеры этих частиц за счет ассоциации ионов становятся значительными и при взаимодействии с потоком подвержены осаждению с большой вероятностью (рис. Рис. Например, из пресной воды таких рек, как Дон, Днепр линейная скорость образования отложений на трубах из латуни и медно-никелевого сплава составляет 0,6 -г-1,2 мм/год []. Дисперсный состав природных вод, как это было показано ранее, изменяется по сезонам года в спектре размеров и по составу. Диапазон размеров частиц в основном изменяется от 2 до 0 мкм. Исследования изменения дисперсного состава природной воды, используемой, в частности, на Волгодонской ТЭЦ-2 в теплообменниках ПСВ, на Волгодонской атомной станции проводились на примере Цимлянского водохранилища. Фильтрованием через бумажные фильтры определялась форма и размеры дисперсных частиц, а также оценивалась природа их возникновения (рис. Седиментационным анализом, используя метод Цюрупы, устанавливалось распределение содержащихся в воде частиц (спектр), в диапазоне размеров от 0,1 мкм до 0 мкм по сезонам года [,,]. Белая лента (Б) - мкм. Результаты исследований воды Цимлянского водохранилища по двум сезонам (осень-зима) года представлены в виде диаграммы рис. Обращает на себя внимание то, что в воде больше всего содержатся частицы размером менее мкм. Эти частицы подвержены влиянию механических, тепловых и других воздействий и могут активно участвовать в процессе образования отложений. Рис. При визуальном исследовании было установлено, что осадок состоит из крупинок песка, останков скелета ракообразных, частиц сажи, оксидов металлов, сухих остатков растительности. Дисперсные частицы различаются формой, плотностью, размерами и их количеством. Наиболее полное распределение дисперсных частиц по размерам отображает седиментационный анализ дисперсных систем в гравитационном поле. Обзор применяемых для анализа методов (метод построения касательных, седиментационные методы Авдеева и Цюрупа) показал, что подходящим и достоверным является метод Цюрупа для медленно оседающих суспензий. В основе седиментационного анализа дисперсных систем в гравитационном поле лежит зависимость скорости осаждения частиц дисперсной фазы от их размеров под действием силы тяжести. Описываемый метод дисперсионного аназиза на торсионных весах применяется для порошков, суспензий, эмульсий с размерами частиц от 0. Т— = 0 а, (1. Ят = с^а~ —(1. С>га, (1.