Повышение эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения образования термобарьерных отложений на трубных поверхностях конденсаторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Анахов, Илья Павлович

• Анахов, Илья Павлович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Анахов, Илья Павлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

1.1. Анализ эффективности действующих систем оборотного водоснабжения ТЭС. Состояние проблемы повреждения трубок, трубных досок, и других элементов конденсаторов мощных паровых турбин.

1.2. Причины образования и состав отложений на трубных поверхностях конденсаторов.

1.3. Анализ способов борьбы с отложениями на трубных поверхностях конденсаторов.

1.4. Эффективность применения ПАВ в теплоэнергетике.

1.5. Выводы и постановка задачи.

2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1. Обоснование выбора метода решения поставленной задачи.

2.2 Описание стендового экспериментального оборудования.

2.2.1 Экспериментальный стенд для исследования процессов j образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях.

2.2.2. Установка для определения стойкости молекулярных слоев ПАВ

2.2.3. Экспериментальная установка для формирования молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях.

2.3. Описание методик проведения исследований.

2.3.1. Методика формирования молекулярных слоев ПАВ.

2.3.2. Методика определения удельного количества ПАВ, содержащегося на поверхности металла.

2.3.3 Методика определения влияния сорбированных на поверхности молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления 58 отложений.

2.3.4 Методика определения оптимальной моющей композиции для растворения отложений на поверхностях трубок конденсаторов.

2.3.5. Методика определения коррозионно-защитных свойств ПАВ.

2.3.6 Методика определения устойчивости молекулярных слоев

2.4. Погрешности измерений.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ НА КИНЕТИКУ НАКОПЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ УДАЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ С ТРУБНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ 73 ТУРБОУСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МОЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ.

3.1. Кинетика процесса накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов.

3.2. Влияние температуры рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях.

3.3. Влияние скорости течения рабочей среды на процесс накопления отложений на трубных поверхностях.

3.4. Классификация способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов.

3.5. Экспериментальная оценка эффективности способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов паровых турбин с использованием моющих композиций.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ(ПАВ) НА ПРОЦЕСС НАКОПЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА

ТРУБНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН.

4.1. Анализ способов применения ПАВ в энергетике.

4.2. Модификация поверхности конструкционных материалов на основе сорбции молекул ПАВ из водной среды.

4.3. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на кинетику накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок.

4.4. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений при различных температурах рабочей среды.

4.5. Влияние сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений при различных скоростях течения рабочей среды.

4.6. Устойчивость сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ при эксплуатационных параметрах рабочей среды системы оборотного водоснабжения.

5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ТЭС НА ОСНОВЕ УДАЛЕНИЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА ТРУБНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ

ТУРБИН.

5.1 Разработка способа удаления накопившихся отложений и формирования молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях конденсаторов в едином технологическом цикле.

5.2. Технологические основы реализации способа предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов в натурных условиях.

5.3. Разработка технологической схемы реализации способа предотвращения образования отложений на трубных поверхностях 144 конденсаторов с использованием штатной схемы энергоблоков.

5.4 Технико-экономическая оценка технологической реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем оборотного 149 водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения образования термобарьерных отложений на трубных поверхностях конденсаторов»

Актуальность темы. Одной из актуальных задач современной энергетики является повышение экономичности уже действующих энергоблоков. Известно, что экономичность работы паротурбинных установок в значительной степени определяется значением величины давления в конденсаторе, которая зависит прежде всего от эффективности эксплуатации системы технического водоснабжения ТЭС.

Основной причиной «ухудшения» вакуума в конденсаторе являться процесс образования термобарьерных отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин, обусловленный применением минерализованной воды в системах технического водоснабжения. Увеличение давления в конденсаторе на 1 кПа приводит к снижению мощности турбоустановок в конденсационном режиме на 0,8^-1,5%, а турбоустановок низкого и среднего давления - на 1,5-^-2%. При прочих равных условиях энергоблок с турбиной К-300-23,5 теряет более 3 МВт установленной мощности, а с турбиной К-500-6,45/3000 до 8 МВт.

На фоне постоянного роста потребления электроэнергии центральными становятся вопросы надежности и продления срока службы энергоблоков, в значительной мере определяемым ресурсом основного оборудования. Срок службы конденсатора должен по меньшей мере соответствовать сроку службы турбины, т.е. быть не менее 30 лет. Анализ нарушений в работе конденсационных установок показывает, что основной причиной повреждения трубок является коррозия (до 70%). Накопление отложений на внутренних поверхностях трубных систем конденсаторов сопряжено с интенсификацией коррозионных процессов на поверхности основного металла. Проблема накопления отложений вносит существенный вклад в снижение экономичности, надежности и ресурса работы не только конденсатора, но и всей турбоустановки в целом .

Цель работы - повышение эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе снижения скорости накопления термобарьерных отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

Основные задачи работы:

• Анализ эффективности эксплуатации действующих систем оборотного водоснабжения ТЭС. Анализ применения существующих методов борьбы с образованием отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

• Анализ существующих способов удаления отложений с трубных поверхностей конденсаторов. Выбор оптимальной моющей композиции для растворения отложений на поверхностях трубок конденсаторов.

• Разработка методики и экспериментального стенда для проведения исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций.

• Определение влияния температуры и скорости течения рабочей среды на процесс накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конднесаторов.

• Определение влияния сформированных молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин на процесс накопления отложений при различных температурах и скоростях течения рабочей среды.

• Разработка способа и технологии его реализации по удалению накопившихся термобарьерных отложений и модификации трубных поверхностей конденсаторов паровых турбин с использованием ПАВ в едином технологическом цикле.

Научная новизна:

• Разработана методика исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций.

• Показана предпочтительность применения отечественного реагента Дифалона для растворения накопившихся в процессе эксплуатации отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конденсаторов паровых турбин.

• Установлено влияние модификации внутренних поверхностей латунных труб посредством упорядоченного расположения молекул ПАВ на скорость накопления отложений в широком диапазоне температур и скоростей течения охлаждающей воды.

• Определено влияние скорости течения и температуры рабочей среды на интенсивность накопления термобарьерных отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конденсаторов паровых турбин.

• Определено влияние эксплуатационных параметров систем оборотного водоснабжения на устойчивость сформированных на внутренних трубных поверхностях конденсаторов молекулярных слоев ПАВ.

Практическая значимость работы.

Разработан экспериментальный стенд для проведения исследований процессов накопления на внутренних трубных поверхностях отложений применительно к условиям эксплуатации конденсаторов паровых турбин электрических станций. Разработан способ и технологические основы его реализации по удалению и снижению скорости накопления отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин в едином технологическом цикле.

Достоверность.

Достоверность полученных результатов определяется их корреляцией с результатами исследований других авторов, многократной повторяемостью экспериментальных результатов, использованием высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.

Апробация работы.

Результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических советах научного центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» МЭИ (ТУ), 2007-2008 г; на Национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006, г.Казань; заседаниях кафедры «Тепловые электрические станции» МЭИ (ТУ), 2007 и 2008 г; X, XIII и XIV международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов, Москва, МЭИ(ТУ),2005, 2007,2008 г.

Автор защищает:

• Методику проведения исследований и экспериментальный стенд для изучения процессов накопления отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

• Результаты экспериментальных исследований влияния сформированных молекулярных слоев ПАВ на внутренних поверхностях трубок конденсаторов паровых турбин на процесс накопления отложений.

• Результаты экспериментальных исследований влияния эксплуатационных параметров рабочей среды систем оборотного водоснабжения на процесс десорбции молекулярных слоев ПАВ с внутренних поверхностей труб конденсатора.

• Методику проведения и результаты исследований по выбору оптимальной моющей композиции для растворения накопленных в процессе эксплуатации отложений на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

• Способ повышения эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения образования термобарьерных отложений на трубных поверхностях конденсаторов и технологические основы его реализации.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 6 публикациях.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Анахов, Илья Павлович

1.5 Выводы и постановка задачи

Результаты анализа показывают, что по-прежнему одним из существенных факторов, влияющих на эффективность и надежность работы конденсаторов паровых турбин, является состояние поверхности их трубных систем.

В процессе эксплуатации конденсаторов, происходит ухудшение состояния внутренних поверхностей труб, связанное, прежде всего, с образованием на них отложений и сопутствующих коррозионных процессов, и как следствие снижение эффективности работы энергоблока (см. рис 1.12).

Рис 1.12 Негативные факторы, связанные с образованием отложении на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

Среди ряда причин, снижающих эффективность работы турбоустановки, центральное место занимает "ухудшение" вакуума в конденсаторе, которое в значительной степени зависит от количества (толщины) накопленных отложений.

Одним из путей повышения надежности, долговечности и эффективности работы конденсаторов паровых турбин является проведение мероприятий по снижению скорости накопления отложений. На сегодняшний момент существуют как регламентированные ПТЭ, так и альтернативные способы снижения скорости накопления отложений, однако почти все они заключаются в непосредственной обработке используемой воды (магнитным или электрическим полем, ультразвуком, химическими реагентами), что с учетом больших масштабов систем технического водоснабжения ТЭС и АЭС часто оказывается либо очень дорого, либо малоэффективно.

Принципиально другим направлением борьбы с накоплением отложений, следует считать изменение свойств поверхности теплообмена. Анализ результатов различных исследований показывают, что на процесс накопления отложений существенно влияют параметры, характеризующие состояние трубных поверхностей, в первую очередь её изопотенциал ,шероховатость. Чем нейтральней поверхность, тем меньше скорость образования и накопления на ней отложений. Так, например, энергия адгезии кристаллов карбонатных отложений в диапазоне изменения изопотенциала поверхности[-500мВ ч- -50мВ] меняется более чем в 4 раза.

Известно, что одним из способов модифицирования поверхностей является использование способности молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) сорбироваться из водной среды на металлических поверхностях и образовывать плотноупакованные строго упорядоченные слои.

Однако отсутствие данных о влиянии сформированных молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений затрудняет разработку технологических основ реализации предложенного направления борьбы с накоплением отложений.

В рамках решения обозначенной выше проблемы поставлены следующие задачи исследований:

1. Обобщения процесса образования и накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин.

2. Исследование влияния сорбированных на поверхности медьсодержащих сплавов молекулярных слоев ПАВ на кинетику процесса накопления отложений.

3. Исследования по устойчивость сформированных на трубных поверхностях молекулярных слоев ПАВ при эксплуатационных параметрах рабочей среды системы оборотного водоснабжения.

4. Разработка способа удаления накопившихся отложений и формирования молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях конденсаторов в едином технологическом цикле.

5. Технико-экономическая оценка технологической реализации способа повышения эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения ТЭС на основе удаления и предотвращения накопления отложений на трубных поверхностях конденсаторов.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Обоснование выбора метода решения поставленной задачи

Основной задачей исследований, проводимых в рамках данной работы, является получение объективных знаний о влиянии сформированных на поверхностях теплообмена молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений. Очевидно, что достоверные данные такого рода могут быть получены лишь в ходе натурных экспериментальных исследований, поскольку любое математическое моделирование процессов накопления отложений крайне затруднительно, в связи с очень сложной физикой самого процесса, а так же значительного обилия факторов, влияющих на этот процесс. На данный момент не существует каких-либо математических инструментов, позволяющих в полной мере учесть физико-химические характеристики этого процесса.

Проведение экспериментальных исследований на реально действующем оборудовании тепловых электростанций так же не даст требуемых результатов, поскольку не позволит охватить весь широкий диапазон возможных режимных параметров, в силу жесткой взаимосвязанности работы элементов ТЭС и влияние каждого из них на эффективность энергоблока в целом.

Таким образом, для решения поставленной задачи необходимо проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях, то есть разработка и создание экспериментального стенда, позволяющего моделировать тепло-гидравлические параметры течения жидкости в конденсаторе и получать отложений на внутренних поверхностях латунных трубок.

При разработке методики проведения экспериментальных исследований необходимо максимально полно учитывать реальные эксплуатационные параметры работы систем оборотного водоснабжения ТЭС(скорость течения, температура, состав циркуляционной воды и т.д.), поскольку в противном случае перенос полученных данных применительно к действующим системам будет значительно затруднен.

2.2 Описание стендового экспериментального оборудования 2.2.1 Экспериментальный стенд для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях

Для определения влияния сорбированных на поверхности молекулярных слоев ПАВ на процесс накопления отложений был создан экспериментальный стенд, позволяющий моделировать условия течения охлаждающей воды в трубках конденсатора в достаточно широком диапазоне температурных и гидравлических параметров работы контуров циркуляции, и достаточно быстро образовывать отложения одновременно на поверхностях экспериментальных образцов с и без молекулярных слоев ПАВ. Принципиальная схема стенда представлена на рис 2.1.

Стенд состоит из 2-х идентичных контуров, в каждом из которых присутствует емкость (4,5) с минерализованной водой, насос (6,7) , две трубные системы (2,3) в «Нагревателе» (1) и «Холодильнике»(13) соответственно и измерительного оборудования. "Нагреватель" представляет собой бак с обессоленной водой объемом 130л, с вмонтированным в него термоэлектрическим нагревателем (ТЭН'ом -12) мощностью 5кВт для нагрева и поддержания заданной температуры воды в нем в диапазоне 30-90°С. Измерение температуры воды в нагревателе с использованием термосопротивления и управление работой ТЭН'а осуществляется с помощью прибора ОВЕН. Внутри бака, в его водяном пространстве размещены и закреплены исследуемые образцы в виде U-образной трубной системы, соединенные между собой гибкими шлангами.

Сшб

Рис 2.1 Принципиальная схема экспериментального стенда для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях.

1 - 'нагреватель"; 2 - трубная система контура в "охладителе"; 3 - трубная система контура из экспериментальных образцов; 4,5 - бак с минерализованной водой; 6,7 - насосы; 8,9 - клапаны для регулирования расхода; 10,11 - расходомеры; 12 - ТЭН; 13 - "охладитель"; 14 - клапан системы охлаждения; t1 ,t1\t2,t2' - термометры.

Задачей "Нагревателя" служит нагрев рабочей среды в экспериментальных образцах. "Охладитель" представляет собой емкость, заполненную холодной водой, внутри которой расположены трубные системы охлаждения обоих контуров. Расход рабочей среды устанавливается с помощью вентилей 8 и 9 для каждого контура, соответственно, и контролируется с помощью водосчетчиков (10,11), установленных после вентилей.

Внутри "Нагревателя", в его водном пространстве, размещены и закреплены исследуемые образцы в виде U-образной трубной системы, как показано на рис 2.2, соединенные между собой гибкими шлангами. L

Рис. 2.2 Схема трубной системы из образцов.

Трубная система специально сделана разборной, поскольку это позволяет проводить более точные измерения веса образцов, а также исследование микроструктуры поверхности.

Схема электрических соединений, включающая силовые цепи и цепи управления представлена на рис 2.3.

Рис 2.3 Схема электрических соединений экспериментального стенда для исследования процессов образования и накопления отложений на внутренних трубных поверхностях

Электропитание всех устройств стенда осуществляется при замыкание контактов выключателя К1 (Imax=40A), при этом на силовом электрощите загорается сигнальная лампа(НЫ) и на приборы автоматики (регулятор температуры 2ТРМ1 и устройства контроля уровня САУ-М7Е) подается питание. Регулятор температуры 2ТРМ1 получает сигнал с подключенного к нему термосопротивления, преобразуя при этом его в температуру, и сравнивает с контрольной установленной температурой. При разности температур более чем 0.5 С, происходит срабатывание управляющего реле, и подается сигнал на катушку силового реле (КМ). Одновременно с контролем температуры, работает прибор контроля уровня жидкости в баке САУ-М7Е. Если уровень жидкости выше датчика уровня, установленного в баке, то в соответствии с запрограммированной логикой, управляющий сигнал с 2ТРМ1 подается на катушку силового реле. Если же уровень жидкости ниже датчика уровня, то дальнейшей коммутации сигнала не происходит и на катушку силового реле не подается напряжения. При наличии напряжения на катушке силового реле (КМ) происходит его срабатывание и коммутация тока на нагрузку Ю(ТЭН), выключатель K2(Imax=25A) при этом должен быть замкнут - система поддержания температуры находиться в рабочем состоянии.

Если в процессе работы системы подержания температуры(К1,К2 замкнуты) происходит снижение уровня жидкости ниже датчика уровня, происходит аварийное отключение питания нагрузки R1(T3H), и при этом срабатывает звуковая и световая сигнализация (HA,HL2).

За включение питание насосов (нагрузки R2,R3) отвечают выключатели КЗ и К4 соответственно.

2.2.2 Установка для определения стойкости молекулярных слоев ПАВ

Для определения устойчивости сформированных молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях образцов был создан экспериментальный стенд, принципиальная схема которого представлена на рис 2.4 молекулярных слоев ПАВ.

1 - Емкость с минерализованной водой, 2 - циркуляционный насос, 3 - расходомер, 4 -шаровой кран, 5 - группа регулировочных игольчатых вентилей, 6 — группа расходомеров, 7 - группа образов.

Основной задачей установки является обеспечение требуемых скоростей течения рабочей среды через исследуемые образцы(7). Стенд состоит из емкости с минерализованной водой(1), насоса(2) запорно-регулирующей арматуры(4,5) и приборов контроля (3,6).

В процессе циркуляции посредством открытия-закрытия вентилей(5) с одновременным контролем расхода на каждом участке с помощью расходомеров(б) задается требуемая скорость течения рабочей среды через исследуемые образцы( от 0.1 до 2,5 м/с), которая определяется по уравнению неразрывности. Температура рабочей среды контролируется с помощь термометра tl.

2.2.3 Экспериментальная установка для формирования молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях.

Для формирование молекулярных слоев ПАВ на контрольных поверхностях образцов был разработан и смонтирован специальный экспериментальный стенд. Стенд состоит из: основного технологического контура, электрощита с системой автоматики и системы очистки (фильтрации).

Стенд для формирования молекулярных слоев ПАВ на металлических поверхностях представляет собой установку, состоящую из отдельного контура, включающего в себя технологическую емкость, циркуляционный насос и узел эжектирования, состоящий из отдельной емкости для дозирования реагента, запорно-регулирующей арматуры, соединительных трубопроводов и эжектора. Принципиальная схема установки для формирования молекулярных слоев ПАВ на металлических поверхностях показана на рисунке 2.5. Фотография стенда представлена на рисунке 2.6.

Стенд обеспечивает приготовление, циркуляцию, нагрев и поддержания заданной температуры эмульсии или раствора в процессе всего необходимого времени формирования молекулярных слоев на контрольных поверхностях.

Значение температуры эмульсии поддерживается в заданных границах с помощью установленных в основной емкости ТЭНов, управляемых через измерительно-регулирующий комплекс типа АРМ-ц, установленный в собственном электрощите установки.

Для измерения расхода эмульсии циркулирующей через обрабатываемые образцы при формировании слоев из молекул ПАВ производится расходомером типа MTW. Для регулирования расхода служит запорный вентильный кран.

В установке используется центробежный насос высокого давления фирмы «GRUNDFOS» (СШ 4-60). Насос предназначен для обеспечения интенсивного перемешивания рабочего раствора в стадии приготовления ш приготобгения Эмульсии ПАВ

Т

8. А> .9,

Росюйзчер

Фипьтр танкой Датчик HJ Очистки

От ХВС

Узел утилизации

-л ii 0

Рашйамер

Фил>рт-сегкграпор Лto либ

2.5 Схема установки для формирования молекулярных слоев ПАВ на внутренних трубных поверхностях эмульсии и циркуляции полученной эмульсии на стадии формировании молекулярных слоев.

Узел для приготовления эмульсии состоит из инжектора (эмульгатора), предназначенного для перемешивания расплава реагента и рабочей жидкости, а также емкости, служащей для приготовления расплава и дозирования реагента в инжектор. Плавление твердого реагента в емкости происходит за счет подвода к нему теплоты рабочей среды через водяную рубашку. Дозирование расплава реагента осуществляется с помощью винта дозирования, установленного в емкости.

Узел фильтрации представляет собой угольный фильтр, предназначенный для нейтрализации остатков реагента в рабочей среде при дренировании.

Щит электропитания включает в себя: автоматический регулятор мощности электронагревательных приборов промышленного и бытового назначения цифровой (АРМ-ц), тип ПИК-ЗМ, который обеспечивает работу ТЭНов; общий трехфазный включатель; однофазный включатель для включения/выключения насоса.

Рис 2.6 Фотография стенда для формировании молекулярных слоев ПАВ.

2.3 Описание методик проведения исследований.

2.3.1 Методика формирования молекулярных слоев ПАВ

В качестве реагента для модификации поверхностей теплообмена было выбрано поверхностно-активное вещество из класса алифатических аминов -октадецил амин(0 ДА).

Октадециламин C18H37NH2 (стеариламин, 1-амино-октадекан) воскоподобное вещество белого цвета с температурой плавления 325,6 К. Он имеет ярко выраженное дифильное строение CH3-(CH2)i7-NH2. Его высокая молекулярная масса (М=269,52) придает ему некоторые характерные свойства: температура кипения ОДА выше температуры кипения аминов с более короткими алкильными цепочками.

Октадециламин плохо растворяется в воде, однако хорошо эмульгируется в ней. С этим связана трудность определения растворимости ОДА в воде. При взаимодействии с водой в результате накоплений на ее поверхности молекул ОДА, слабо взаимодействующих между собой, межмолекулярное взаимодействие в поверхностном слое раздела фаз водной среды уменьшается, вследствие чего поверхностное натяжение воды снижается.

Октадециламин при комнатной температуре хорошо эмульгируется в концентрированной уксусной кислоте. При взаимодействии ОДА с уксусной кислотой образуются два стабильных ацетата: моноацетат с температурой плавления 357,55 К и диацетат с температурой плавления 333,95 К. Известно, что в интервале рН=(2-8) ацетаты аминов находятся преимущественно в виде При рН=(8-10) образуется RNH3OH, распадающийся на RNH2 и Н20. При рН > 10 в растворе в основном находятся молекулы аминов.

Октадециламин растворяется в некоторых органических растворителях; при повышении температуры его растворимость возрастает. Данные по растворимости ОДА в органических растворителях приведены в таблице 2.1.

Заключение

На основании проведенных исследований в рамках настоящей работы, анализа и обобщения результатов других исследований сделаны следующие выводы:

• Основной причиной снижения эффективности эксплуатации систем оборотного водоснабжения электрических станций является накопление на внутренних трубных поверхностях конденсаторов паровых турбин термобарьерных отложений, оказывающих комплексное негативное влияние на эффективность работы энергоблока в целом; выражающееся в снижении вырабатываемой мощности, увеличении энергозатрат на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления при циркуляции охлаждающей воды и интенсификации протекания коррозионных процессов на трубных поверхностях.

• Интенсивность накопления отложений на внутренних поверхностях латунных трубок конденсаторов паровых турбин в значительной мере определяется температурой и скоростью течения охлаждающей воды. При изменении температуры рабочей среды с 25°С до 50°С скорость накопления отложений увеличивается в 3-3,5 раза, при увеличении скорости течения рабочей среды с 0,1 до 1,2 м/с скорость накопления отложений уменьшается в 2,5-3 раза.

• Для растворения накопившихся в процессе эксплуатации отложений наиболее предпочтительным является применение отечественного реагента Дифалона, как наиболее эффективного и безопасного применительно к травмированию поверхностей латунных трубок конденсаторов паровых турбин.

Модифицирование внутренних поверхностей латунных трубок конденсаторов паровых турбин посредством упорядоченного расположения молекул ПАВ позволяет многократно(в 6-8 раз) снизить скорость накопления термобарьерных отложений в процессе эксплуатации в широком диапазоне температур и скоростей течения охлаждающей воды.

Сформированные молекулярные слои ПАВ на внутренних трубных поверхностях конденсаторов обладают высокой устойчивостью и сохраняют своё функциональное назначение в широком диапазоне эксплуатационных параметров систем оборотного водоснабжения ТЭС в течение не менее 3-х лет работы конденсатора.

Разработанный способ и технология его реализации по удалению накопившихся термобарьерных отложений и модификации трубных поверхностей с использованием ПАВ позволяют приводить трубные поверхности конденсаторов паровых турбин в исходное состояние и обеспечивать многократное снижение скорости накопления новых отложений.

Технико-экономическая оценка технологии реализации разработанного способа показывает его высокую эффективность применительно как для нового, так и для оборудования уже находящегося в эксплуатации. Внедрение технологии реализации способа в практику эксплуатации ТЭС позволит снизить ежегодные затраты на компенсацию недовыработанной мощности не менее чем в 5-6 раз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Анахов, Илья Павлович, 2008 год

1. РД 34.37.307-87. Методические указания по прогнозированию химического состава и накипеобразующих свойств охлаждающей воды электростанций.

2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М: Энергия, 2000.

3. Ю.М. Бродов, Р.З. Савельев. Конденсационные установки паровых турбин. М: Энергоатомиздат,1994, 288 с.

4. А.Г. Костюк, В.В. Фролов. Паровые и газовые турбины. М: Энергоатомиздат,1985, 352 с.

5. Повышение эффективности и надежности теплообменных аппаратов паротурбинных установок. /Под. Ред. Ю.М. Бродова. Екатеринбург: ГОУВПО УГГУ-УПИ,2004.

6. X. Рачев, С. Сефанова. Справочник по коррозии. М: Мир, 1982, 520 с.

7. А.А. Назаров. Коррозионная стойкость конструкционных материалов на основе меди для теплообменного оборудования, охлаждаемого природными водами. // Защита металлов, 1997, том 33, №6, с. 597-601

8. Е.И. Андреюк, В.И. Билай, Э.З. Коваль и др. Микробиологическая коррозия и её возбудители. Киев: Наукова Думка 1980.

9. Анисимова О.С., Бродов Ю.М., Юдина Е.А. Коррозионная стойкость конденсаторных труб //Теплоэнергетика, 1984 г., № 8, с. 71-73.

10. Коррозионные повреждения конденсаторов паровых турбин и определение остаточного ресурса их трубной системы, Теплоэнергетика #11, 2001 с.41-44

11. Обобщение опыта совершенствования кожухотрубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок в условиях эксплуатации, Тепловые электрические станции 2005,11 сЗЗ- 38.

12. Руководящие указания по тепловому расчету поверхностных конденсаторов мощных турбин тепловых и атомных станций. -М.: СПО Союзтехэнерго, 1982. 106с

13. Химические очистки теплоэнергетического оборудования / Под ред. Маргуловой Т.Х., м., «Энергия», 1969 г., 223 с.

14. Бубликов И.А. Структурные особенности и теплофизические свойства внутритрубных отложений на теплообменных поверхностях в системах технической воды. // Теплоэнергетика, №2, 1998, С 30-34.

15. Новосельцева JI.B. Гаврия Н.А., Влияние магнитной обработки на уплотнение и обезвоживание осадков природных вод. Промышленная энергетика 1985, N10,c30-35

16. Богорош А.Т. Влияние Акустических колебаний на изменение механических свойств карбонатов при кристаллизации./ Химическая технологиями ев 1986,№1,С45-49

17. Султанов Ю.И., Абдулаев А.И., Беламерзаев Н.М., О физических методах защиты оборудования и трубопроводов Гео ТЭС от отложений солей.//Альтернативные источники энергии. Материалы Советско — Итальянского симпозиума. М. 1983 С.83-88

18. Давыдова О.В., Раилко З.А., Гвоздяк В. Д., Изучение эффективности применения некоторых биоцидов для подавления биообрастания в системе оборотного водоснабжения.// Химия и технология воды. 1983 т5 №5,с463-467

19. Васина Л.Г., Гусева О.В. Предотвращение накипеобразования с помощью антинакипинов // Теплоэнергетика, 1999 г., № 7, с. 35-38

20. Красножен Д.Е., Мамет А.П., Мовшиц Л.Е. и др. Предотвращение накипеобразования и коррозии труб в конденсаторах турбин // Электрические станции. 1959 г., № 7, с. 29-34.

21. А.с. 1139714 СССР. Состав для обработки охлаждающей воды. 1985 г., Бюл. № 6.

22. Агеев В.А., Селезнев II.Н. Конденсация пара в потоке с поверхностно-активными вешествама//Энергетика и транспорт. М.: Изд-во АИ СССР. 1982. № 6. С 136-140

23. П. А. Акользин, Н.И, Королев, К, И. Лазарева. Предупреждение коррозии конденсатных систем с помощью пленкообразующих аминов. //Теплоэнергетика. 1961. №З.С. 49 -52.

24. Бусвич Ю.А., Рабинович Л.М. Гидродинамика и массообмен в жидкой пленке в присутствии нерастворимых поверхностно-активных или инактивных ве-ществ//ИФЖ. 1979. Т. 36, № 1. С- 33-41.

25. Иванов Е.Н. Применение пленкообразующих ингибиторов для предотвращения коррозии металла паровых теплосетей'.: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. теки. наук. М., 1968.

26. Влияние добавок поверхностно-активных веществ на характеристики решеток влажнопаровых турбин/М.Е. Дейч, Л.И. Селезнев, А.В. Куршаков и др.//Тр. МЭИ. 1983. №20. С. 7-12.

27. Филиппов Г.Л., Салтанов ГЛ., Кукушкин Л.Н. Гидродинамика и тепломассообмен в присутствии поверхностно-активных веществ. М.: Энергоатомиздат, 1988.—184 с

28. Defley I., Hommelen I. Colloid Sci. 1959. VoL 14. P. 411.

29. Hauffe K., Morison S. Adsorption Eine Emffflirung in die Probleme der Adsorption, Berlin, New York. 1974. S. 285.

30. Чемпик Э. Комплексное исследование влияния ПАВ на энергетические Н структурные характеристики влажно паровых потоков турбин и поведения основного оборудовали пароводяных контуров: Автореф. дне. на соиск. уч. степ. канд. теки. наук. М, 1980.

31. Акользин П.А., Королев Н.А. Применение пленкообразующих аминов для защиты от коррозии теплосилового оборудования. М., БТИ ОРГРЭС. 1961

32. Крушель Г.Е. Образование и предотвращение отложений в системах водяного охлаждения М. - Л.: Госэнергоиздат 1955. - 213 с.

33. Влияние обработки поверхности и состава металла на образование накипи. Герке Ф.К., Тебенихин Е.Ф. труды МВТУ им. Баумана Н.Э. 1953, вып.24.

34. Романов В.А., Калмыков А.Н. Об образовании отложений малорастворимых продуктов коррозии. / Известия вузов. Энергетика, 1977, №7. С. 62-63.

35. Tantirige S., Trass О. Mass transfer at geometrically dissimilar rough surfaces. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 62, 1984.

36. Крицкий В.Г., Стяжкин П.С. Коррозия труб из медных сплавов в системах охлаждения АЭС.//Теплоэнергетика. 1997. №8. С. 35-39.

37. Сагань И.Н., Разладин Ю.С. Борьба с накипеобразованием в теплообменниках. -Киев: Техшка, 1986. -132 с.

38. Филиппов Г.А. и др. К вопросу о консервации оборудования ТЭС и АЭС с использованием пленкообразующих аминов // Теплоэнергетика, 1999г., с. 48-52.

39. Рудомино М.В., Кабачник М.И., Медведь Т.Я., Дятлова Н.М. Успехи химии, 1974, т.43, № 9, с. 15-61.

40. Дятлова Н.М|, Маклакова В.П., Бихман Б.И. и др. Применение комплексонов для отмывки и ингибирования солеотложений в различных энерго- и теплосистемах. М., НИИТЭХИМ, 1986.

41. ПДК и ОБУВ воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., Мединор, 19957 №-276.

42. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комлексонаты металлов. М. Химия. 1988. с.471-472.

43. Исследования по вопросам оптимизации применения ПАВ, в частности ОДА в пароводяных контурах. Институт энергетики, 7024, Лейпциг, Торгауэрштрассе, 114. Реферат отчета № 16. 5790. 84

44. Бабко А.К., Пилипенко А.Т. Фотометрический анализ. М.: Химия, 1968.

45. Головченко, А.В.Жарков и др. Оценка воздействия Ростовской АЭС на окружающую среду. -1992, 88 с.

46. Стерман Л.С. и др. Тепловые и атомные электростанции: учебник для вузов / Л.С.Стерман, С.А.Тевлин, А.Т.Шарков; под ред. Л.С.Стермана.-2-е изд., испр. и доп.-М.: Энергоиздат, 1982. 456с., ил.

47. Ключков Е.Р. Исследование процесса образования отложений на твэлах водоохлаждаемых реакторов.//Теплоэнергетика. 1996. №12. С. 52-54.

48. Крицкий В.Г., Стяжкин П.С. Коррозия труб из медных сплавов в системах охлаждения АЭС.//Теплоэнергетика. 1997. №8. С. 35-39.

49. Балабан-Ирменин Ю.В., Шереметьев О.Н. и др. Взаимосвязь между водно-химическим режимом, составом и структурой отложений на внутренней поверхности трубопроводов теплосети.// Теплоэнергетика. 1998. №7. С. 43-47.

50. Шипилев С.Г., Богачев А.Ф. и др. Опыты по очистке, охлаждаемых морской водой конденсаторных трубок, пористыми резиновыми шариками, пропитанными ингибитором коррозии. // Теплоэнергетика. 1996. №6. С.47-50.

51. Bohnet Matthias. Fouling von warmeubertragungsflachem // Chemie In-genieur Technik. 1985. vol.57. No. 1. p.24-36.

52. Л.Миропольский, И.А.Бубликов, Б.Е.Новиков Исследование термического сопротивления отложений в теплообменниках, охлаждаемых технической водой / Теплоэнергетика. 1992,№ 5,С.71-74.

53. Scott J.M., Dawson D.M. Cristallisation of Calcium Carbonate at Heated Surfaces // Progress in the Prevention of fouling in Industrial Plant. Nottingham. 1981. p. 27-39.

54. Д.К.Монтгомерри Планирование эксперемента и апнализ данных — Л.: Судостроение: 1980.-387с.

55. Дрейцер Г,А. Исследование солеотложений при течении воды с повышенной карбонатной жесткостью в каналах с дискретными турбулизаторами. //Теплоэнергетика. 1996. №3. С.30-35.

56. Мартынова О.И., Копылов А.С., Тебехин Е.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния магнитной обработки воды на процессы накипеобразования и коррозии.// Теплоэнерегетика, 1979,№6, с.67-69.

57. Балтаханов A.M., Иванов Е.Н., Электрогидроимпульсная технология очистки труб от накипи и отложений.//Электрические станции, 1997,№7, с 24-25.

58. Т.Х. Маргулова. Химические очистки теплоэнергетического оборудования. М: Энергия, 1969, 223с

59. А.В. Преловский, А.В. Отченашенко, Б.С. Рогацкин. Химическая очистка теплоэнергетического оборудования электростанций Тулэнерго // Электрические станции, 1999, № 4, с. 14—18.

60. Crozier R. A. Increase flow to cut fouling // Chemical Engineering. USA. 1982. vol.89. No.5.p.316-318,

61. Якубенко A.P., Щербакова И.Б. Исследование обрастания судовых циркуляционных систем заборной водой//Судостроение.1981. №12. С.20-22.

62. Дейч М. Е., Филиппов Г.А. Двухфазные течения в элементах теплоэнергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат,1987. 328с.

63. Филиппов Г. А., Поваров 0. А., Игнатевская JI. А. и др. Исследование влияния гидрофобных присадок на статические характеристики волновой поверхности пленки // ТВТ. 1980. N5. С. 71-77.

64. Исследование влияния гидрофобных присадок на работу турбинных ступеней влажного пара /Г.А. Филиппов, О.А. Поваров, Е.Г. Васильченко и др. // Теплоэнергетика. 1979. №6. С. 33-35.

65. Эрозионно-коррозионное разрушение металлов в турбине и способы его предотвращения /О.И.Мартынова, О.А.Поваров, А.Ф.Гонтаренко, Г.В.Томаров // Тр. Моск. энерг. ин-та. 1988. Вып.166.С.5-10.

66. Филиппов Г.А., Салтанов Г.А., Кукушкин А.Н. Гидродинамика и тепломассобмен в присутствии ПАВ. М.: Энергоатомиздат, 1988.

67. Теплообмен при конденсации водяного пара, содержащего гидрофобизирующую присадку, на трубах из нержавеющих и медно-никелевых сплавов: Отчет о НИР / Моск.энерг.ин-т: руководитель НИР А.П.Солодов. № ГРУ97012, инв.№ Г 69213. М., 1985.

68. Солодов А.П., Якушева Е.В., Крюков C.JI. Особенности конденсации водяного пара с присадками октадециламина на трубах, изготовленных из различных металлов //Теплоэнергетика. 1988. №2. С. 25-28.

69. Кукушкин А.Н., Чемпик Э. Повышение эксплуатационной надежности и экономичности энергетического оборудования блоков АЭС с реакторами типа ВВЭР путем микродобавок поверхностно-активных веществ

70. Тез. докл. науч.-техн. семинара "Эрозионные и коррозионные проблемы в энергетических блоках". Ташкент, 1988.

71. Повышение надежности и экономичности пароводяного энергетического оборудования путем дозирования поверхностно-активных веществ /Г.А.Филиппов, Г.А.Салтанов, А. Н. Кукушкин и др/ Теплоэнергетика. 1982. №9. С.20-24.

72. Аникеев А.В., Кондиционирование водного теплоносителя энергетических установок ТЭС пленкообразующим октадециламином. Диссертация канд. техн. наук.М., 1999г.

73. Gasparini R., Delia Rocca С., Joannili Е. New Approach to the study and Prevention of Deposits in Moderm Power Stations // Combustion. 1969. Vol. 41, №5. p. 12-18.

74. Джейкок M., Парфит Ж. Химия поверхностей раздела фаз // Пер. с англ. М., «Мир», 1984 г.

75. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М., «Высшая школа», 1965 г.