авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Повышение эффективности эксплуатации теплообменного оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов

-- [ Страница 2 ] --

Все исследуемые пробы анализировались так же, как и градуировочные растворы. По полученным значениям ОП проб с помощью градуировочной зависимости определили значения массовой доли воды в 17 пробах. Подробные ИК - спектры исследуемых проб представлены на рис. 3, а зависимость содержания воды в пробах ПТ на рис. 4. Из представленной зависимости следует, что на начальном этапе эксплуатации до 3-5 лет водонасыщение ПТ не превышает 30-35 %, что соответствует норме.

С увеличением срока эксплуатации до 10 лет происходит расширение интервала содержания воды до 35-45 %, при этом половина отобранных проб, по-прежнему соответствует норме, другая половина характеризуется превышением содержания воды на 30-40 % от нормы. Тем самым, подтверждено и интерпретировано увеличение плотности ПТ за счет увеличения содержания воды, а содержание воды, используемой для приготовления ПТ, и ее качество определяет коррозионную активность ПТ.

Для количественной оценки активности ПТ, обуславливающей темп роста отложений, использовали метод вольтамперного анализа.

Получали вольтамперные (поляризационные) кривые в отобранных пробах ПТ, описывающие зависимость между потенциалом исследуемого электрода и плотностью тока при поляризации от внешнего источника постоянного электрического тока. Поляризационные кривые получали потенциостатическим методом. Использовали электрохимическую ячейку, содержащую рабочий электрод, выполненный из марки стали, соответствующей металлу дымогарных труб подогревателя ГРС, вспомогательный графитовый электрод и хлорсеребряный электрод сравнения по ГОСТ 17792-72. Электрохимическую ячейку подключали к цифровому автоматическому потенциостату - гальваностату IPC-pro.

Для калибровки прибора были сняты поляризационные кривые в ДЭГ исходного состояния (ДЭГ состояния поставки без разбавления водой) и стандартных смесях ДЭГ – вода. Смеси готовились путем разбавления ДЭГ исходного состояния дистиллированной водой, а также водой с различным содержанием NaCl. Из результатов испытаний в смесях ДЭГ следует, что разбавление ДЭГ дистиллированной водой также не увеличивает интенсивность поляризации. Характерно, что поляризационные кривые даже при минимальном содержании ДЭГ 30 % в смеси с дистиллированной водой по характеру поляризации мало отличаются от кривых, полученных в обезвоженном исходном ДЭГ. То есть, дистиллированная вода, имеющая исходно малую электрохимическую активность, даже при незначительном разбавлении ДЭГ теряет ее вовсе.

а) б)
в) г)

Рис. 3 ИК спектры пропускания:

а) проб №1-4, б) проб 5-8, в) проб 9-12, г) 13-18

 ависимость содержания воды в ПТ от срока эксплуатации Из-10

Рис. 4 Зависимость содержания воды в ПТ от срока эксплуатации

Из полученных результатов следует, что с увеличением содержания NaCl от 2 до 8% в смеси «ДЭГ – водный раствор NaCl» происходит закономерное увеличение степени влияния катодного контроля (рис. 5). При этом, влияние анодной поляризации менее заметно.

Рис. 5 Вольтамперные кривые, полученные при различном
содержании NaCl в смеси ДЭГ – вода

1- дистиллированная вода, 2 – 2 % раствор NaCl, 3 – 3 %, 4 – 4 %, 5 – 6 %, 6 – 8 %

Результаты определения коррозионной активности смеси ДЭГ – водный 2 % раствор NaCl, показали, что при максимальном содержании водного 2 % раствора NaCl в смеси 80 %, поляризация характеризуется смешанным контролем. Это означает, что и катодная, и анодная кривые при максимальной электрохимической активности электролита примерно равнозначны. С уменьшением активности смеси за счет увеличения содержания ДЭГ, происходит изменение кривых, с уменьшением влияния анодного контроля. При максимальном для условий испытания содержании в смеси ДЭГ 80 % влияние анодного контроля минимально.

Следовательно, электрохимическую активность проверенных калибровочных сред можно условно разделить следующим образом. Исходный ДЭГ – электрохимически не активен, дистиллированная вода – обладает минимальной электрохимической активностью, водный раствор NaCl – максимальной активностью.

Проведенный анализ данных скорости коррозии рабочих проб ДЭГ, рассчитанных по плотности коррозионного тока, включая анализ испытаний на стандартных растворах, показал, что применение стандартной методики обработки данных для любого раствора невозможно. Для получения общепринятых коррозионных диаграмм, и соответственно, впоследствии корректных данных, характеризующих коррозионную активность, раствор должен обладать достаточной электрохимической активностью, которая, в общем, характеризуется электрической проводимостью. Однако для растворов, в которых содержание ДЭГ более
50 % это условие не выполняется. Стандартная методика также не работает в растворах «ДЭГ - дистиллированная вода» в силу очень низкой проводимости смеси независимо от взаимного соотношения компонентов.

Поэтому, количественную оценку смесей ДЭГ малой коррозионной (электрохимической) активности проводили нестандартно. Сначала, в первом приближении, следует определить электрохимическую активность смеси. Для этого ввели коэффициент электрохимической активности смеси (КЭА), который позволяет определить подходит ли стандартный метод обработки поляризационных диаграмм для конкретного раствора.

Коэффициент КЭА будет определяться из следующего соотношения:

, (2)

где – максимальный ток катодной поляризации, – максимальный ток анодной поляризации, – среднее значение поляризационного тока для катодной и анодной поляризации.

Для сред с низкой проводимостью величина КЭА будет стремиться к нулю, тогда как для электролита КЭА составит несколько единиц. По результатам калибровки прибора в смеси ДЭГ - раствор NaCl построили графическую зависимость коэффициента КЭА от содержания ДЭГ в растворе (рис. 6). Введено условное допущение, что условное разделение проб «электролит – не электролит» можно провести по дистиллированной воде. Граничное значение коэффициента КЭА, рассчитанное для дистиллированной воды, составляет 2,9 единиц.

Рис. 6 Зависимость коэффициента электрохимической активности от содержания ДЭГ в смеси ДЭГ - вода и содержания NaCl в воде

1 - 2 % раствор NaCl, 2 - 5 %, 3 - 7 %

Теплофизические свойства ПТ, характеризуемые теплоемкостью и теплопроводностью, определялись с помощью измерителей ИТ-С-400 и ИТ--400. Вычисления, для определения теплопроводности заданного образца, сводились к вычислению его теплового сопротивления , зная которое вычислялась теплопроводность образца по формуле:

(3)

где – высота образца, м; – тепловое сопротивление образца, Км2/Вт.

Тепловое сопротивление образца определялось по формуле:

, (4)

где – перепад температуры на образце, мкВ; – перепад температуры на рабочем слое тепломера, мкВ; S – площадь образца, м2; КТ – тепловая проводимость тепломера, величина является постоянной прибора и измеряется в ходе градуировки, Вт/К, – поправка, учитывающая теплоемкость образца (градуировка измерителя); – контактное тепловое сопротивление Км2/Вт.

Теплоемкость проб определяли по формуле:

, (5)

где m0 – масса пробы, кг; – среднее время запаздывания в тепломере с образцом, с; – среднее время запаздывания (пустая ампула), с.

В результате исследований установлено, что наибольшее влияние на величину теплоемкости и теплопроводности ПТ оказывает его плотность, которая, в свою очередь, в основном зависит от процентного соотношения ДЭГ и воды в приготовленной рабочей смеси.

В третьей главе проведены исследования процесса образования отложений на деталях газоподогревателя с разработкой методов их устранения в процессе эксплуатации ГРС.

Исследования состояния подогревателя газа ПТПГ-30 выполнялись путем осмотра внутренних узлов теплообменного оборудования, контактирующих с промежуточным теплоносителем, с целью выявления и оценки степени образования отложений на теплопередающих поверхностях. Измерение толщины отложений на радиационных поверхностях оборудования выполнялись с помощью магнитного толщиномера МТП-01. Обследование трубного пучка высокого давления, выполненного из нержавеющей стали, показало, что внешняя поверхность труб в незначительной степени покрыта осадками толщиной до 1 мм. Толщина отложений на поверхностях жаровой трубы находится в пределах 4,1–7,1 мм, на поверхностях дымогарных труб 1,8–4,1 мм.

С целью определения темпа образования, по заданным физико-химическим и теплофизическим параметрам теплоносителя, в лабораторных условиях моделировались процессы образования отложений на деталях и элементах подогревателя газа на ГРС. В результате эксперимента установлено, что наибольшей скоростью образования коррозионных отложений характеризуется проба ПТ, имеющая наработку порядка 10 лет. При этом проба №1 (вода), характеризующаяся на начальном этапе наибольшим градиентом прироста отложений, после экспозиции 360 ч уменьшила темп роста и после 720 ч эксперимента заняла промежуточное положение между отработанным и вновь приготовленным ПТ, который характеризовался минимальным показателем темпа роста отложений.

Сопоставление известных способов удаления отложений с поверхностей теплообменного оборудования, включая механический, гидромеханический, электрогидравлический, магнитный и ультразвуковой (УЗ), показало, что наиболее предпочтительным для применения на подогревателе газа на ГРС является последний из них. Это обусловлено, как рядом ограничений по безопасности, технологичности, экологическим требованиям, накладываемых на применение прочих методов, так и практическими преимуществами ультразвукового метода, такими как, малое энергопотребление, большой ресурс, малые габариты устройств.

Для экспериментальной отработки ультразвукового метода удаления отложений проведены испытания с использованием промышленного образца УЗ генератора и УЗ излучателя с развитой поверхностью излучения.

Цель исследований заключалась в определении визуальным и весовым методами эффективности ультразвуковой очистки от накипи стальных образцов, помещённых в водный раствор ДЭГ в зависимости от выходных характеристик УЗ-генератора, положения образцов относительно излучающей антенны, времени обработки, толщины и структуры накипных отложений. При проведении исследований использовались стальные пластинчатые образцы прямоугольной формы, размерами 50507, вырезанные из стенок жаровой и дымогарных труб выведенного из эксплуатации подогревателя газа ПТПГ-30. Толщина слоя накипи определялась магнитным толщиномером и штангенциркулем с глубиномером.

Подготовленные образцы с отложениями, изготовленные из дымогарных труб, закреплялись на стальной штанге диаметром 10 мм и длиной 40 см, вертикально установленной в ёмкость с модельной средой. Емкость для модельной среды представляла собой неметаллический резервуар объёмом 50 л и высотой 70 см. Для регулирования температуры модельной среды использовался электрический нагревательный элемент мощностью 2,5 кВт. Определение веса образцов выполнялось на лабораторных аналитически весах. Температура модельной средой на всех этапах исследований составляла плюс 20°С.

УЗ обработка образцов производилась в лабораторной установке, состоящей из УЗ – генератора и излучающей антенны, помещаемой в ёмкость с модельной средой. Исследования проводились в следующей последовательности. Образцы закреплялись на штанге и помещались в ёмкость с промежуточным теплоносителем. Излучающая антенна закреплялась на подвижной опоре, которая опиралась на верхний торец ёмкости. Выполнялась УЗ обработка образцов в течении определенного промежутка времени (время 1 цикла обработки соответствует времени работы пьезоэлектрических преобразователей излучающей антенны до перегрева). Образцы извлекались, высушивались и далее, производилось их взвешивание на аналитических лабораторных весах. По результатам взвешивания сухой массы образцов определялась скорость разрушения накипных отложений. Масса образца без отложений определялась после завершения обработки, для чего остатки накипи механически удалялись с его поверхности.

В первой серии экспериментов определялась эффективность разрушения отложений в зависимости от частоты УЗ – колебаний. Штанга с 3 закреплёнными образцами устанавливалась в 10 см от излучающей антенны. Выходная мощность генератора составляла 150 Вт. Частота УЗ – колебаний составляла 17 кГц и далее поднималась с шагом 2 кГц до 23 кГц. Обработка образцов на каждой частоте выполнялась до прекращения разрушения отложений. Установлено что наиболее интенсивно накипные отложения разрушались при частоте обработки, соответствующей резонансной частоте излучающей антенны 19,6 кГц.

Следующая серия экспериментов проведена с целью определения качества УЗ - очистки поверхности образца от накипных отложений различной толщины. При проведении исследований использовались образцы, толщина слоя отложений на которых составляла 2,3, 2,8, 3,2, 3,7 мм. Частота УЗ колебаний, излучаемых антенной соответствовала резонансной частоте, расстояние между антенной и образцами составляло 5 см (рис. 7).

 ависимость уменьшения массы отложений при УЗ обработке от времени-29

Рис. 7 Зависимость уменьшения массы отложений при УЗ обработке от времени (шифр кривых – толщина отложений)

Анализ показывает, что наиболее интенсивно разрушаются отложения наибольшей толщины. Для определения эффективности разрушения накипных отложений, в зависимости от расстояния до источника УЗ – колебаний, образцы помещались в горизонтальную оправку, которая подвешивалась к подвижной опоре. Расстояние между образцами в оправке – 3 см, расстояние от излучающей антенны, до первого образца – 5 см, толщина слоя отложений на образцах – 2,4 - 2,7 мм. Обработка проводилась на резонансной частоте (19,6 кГц), выходная мощность 150 Вт (рис. 8).

Из приведённых данных следует, что на начальном этапе (0–30 мин.) разрушение отложений на образцах, расположенных на расстоянии 5 и 8 см от излучателя происходило со значительно большей скоростью, чем на образцах, удалённых на расстояние 11 и 14 см. При дальнейшей обработке происходило относительное выравнивание скоростей потери массы, и к завершению эксперимента потеря массы отложений образцов практически выравнивалась, что, вероятно, связано с недостаточной выходной мощностью УЗ – генератора.

Очевидно, что в начальный момент, под действием УЗ - колебаний, прежде всего, отделяются участки отложений, имеющие трещины и несплошности, причем в данном случае, время их отрыва будет определяться расстоянием от образца до излучателя. Так как выходной мощности генератора недостаточно для разрушения плотных и соответственно более прочных отложений, на заключительном этапе, скорость потери массы становится низкой или разрушение прекращается.

 а) б) зменение массы (а) и скорость разрушения отложений на-30

 а) б) зменение массы (а) и скорость разрушения отложений на-31

а) б)

Рис. 8 Изменение массы (а) и скорость разрушения отложений на образцах, удалённых на различное расстояние от УЗ – излучателя

Следующая серия исследований была направлена на определение эффективности УЗ обработки в зависимости от выходной мощности УЗ – генератора, которая составляла 50, 150, 300, 550 Вт для каждого этапа эксперимента. Толщина отложений на образцах составляла 2,7 – 2,9 мм, расстояние от излучающей антенны до образца – 5 см. Частота обработки соответствовала резонансной (рис. 9).

 зменение массы накипных отложений на образцах, при различной выходной-32

Рис. 9 Изменение массы накипных отложений на образцах, при различной выходной мощности УЗ - генератора

Установлено, что с повышением выходной мощности УЗ – генератора, скорость и качество разрушения и отслоения накипных отложений на образцах возрастает. Анализ данных, характеризующих эффективность УЗ – очистки в зависимости от времени обработки, положения образцов, выходных характеристик генератора при условии, что частота обработки соответствует резонансной, показал, что процесс потери массы отложений при УЗ – обработке описывается уравнением вида:

, (6)

где – начальная масса отложений, кг; – масса отложений после обработки, кг; b – вспомогательный коэффициент, определяемый экспериментально.

Коэффициент b определялся из выражения:

, (7)

где W – выходная мощность генератора, Вт; l - расстояние между очищаемой и излучающей поверхностями, м.

При установке в подогревателе газа ПТПГ-30 устройства для УЗ обработки было выбрано рациональное место монтажа излучателя. Задача состояла в том, чтобы излучатель механически не контактировал с деталями оборудования и в тоже время был расположен вблизи участков с наиболее интенсивным образованием отложений. Данная схема установки позволила обеспечить оптимальное распределение ультразвуковой энергии по теплообменной поверхности, давая наибольший эффект. Акустическая установка состоит из отдельных блоков – генератора, излучателя с развитой поверхностью излучения (резонатора) и блока пьезоэлектрических преобразователей (рис. 10).

а) б)

Рис. 10 Схема монтажа УЗ излучателя в корпусе газоподогревателя
ПТПГ-30: общий вид (а), разрез (б)

1 – трубный пучок высокого давления; 2 – жаровая и дымогарные трубы; 3 – корпус подогревателя, 4 – горловина корпуса; 5 – акустический излучатель; 6 – энергия распространения кавитационного поля; 7 – элемент крепления акустического излучателя



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.