Разработка мероприятий по уменьшению потерь давления в тепломагистрали №2

4. Разработка мероприятий по уменьшению потерь давления в тепломагистрали №2

 

Отложения на стенках устройств осадка в виде твердого и трудноудаляемого слоя из-за содержания в воде минеральных солей (преимущественно магния и кальция) – наиболее распространенная проблема, с которой сталкиваются в промышленности и в быту. В результате сужения внутреннего диаметра труб и уменьшения теплопроводности ухудшаются условия теплообмена. С течением времени энергетические потери могут составлять 60%.

Проблемы, связанные с образованием накипи решаются с использованием как химических, так и физических (безреагентных) методов. Использование химического метода связано с высокими материальными затратами и проблемами утилизации используемых в процессе чистки реагентов (чаще всего кислот). Из физических методов практическое применение получили магнитный, электромагнитный, ультразвуковой методы обработки воды.

Впервые широко начали применять магнитную обработку воды (МОВ) для предотвращения накипеобразования около 50 лет назад в Бельгии. С тех пор этот метод нашел широкое применение во многих странах мира, в том числе таких передовых, как Япония, США, Германия и др. В СССР состоялись 4 научно-практические конференции по использованию этого метода в различных отраслях народного хозяйства, причем не только для предотвращения накипи. До перестроечного периода Московским заводом им. Войкова выпущено более 500 000 аппаратов для магнитной обработки воды. Последние 10-15 лет использование этого метода существенно сократилось из-за отсутствия финансирования у потребителей, закрытия Московского завода им. Войкова по экологическим причинам. Однако последние 2-3 года началось оживление в этом направлении, связанное с ростом производства в стране, существенным повышением цен на химические реагенты, которые используются для умягчения воды, созданием высокоэнергетических магнитов, на порядок превосходящих по своим свойствам ранее применявшиеся для этих целей.

Разработанная гидромагнитная система (ГМС) основана на циклическом воздействии на воду, подаваемую в теплообменные аппараты магнитным полем заданной конфигурации, создаваемым высокоэнергетическими магнитами типа Sm-Zr-Fe-Co-Cu (до 600К) и Nd-R-Fe-Co-Cu (до 450 К). Конструктивно ГМС состоят, как правило, из корпуса на основе магнитного материала, служащего магнитопроводом, и магнитного элемента. Магнитный элемент представляет собой тонкостенную трубу из стали, внутри которой расположены определенным образом ориентированные постоянные магниты и полюсные элементы. На концах трубы расположены конусные наконечники, снабженные центрирующими элементами, соединенные с помощью аргонно-дуговой сварки. Наконечники и центрирующие элементы также выполнены из нержавеющей стали. Такое исполнение магнитного элемента, а именно, с использованием высокоэнергетических магнитов, которые сохраняют свои магнитные свойства неограниченно долгое время, если их не перегревать выше допустимой температуры и оболочки из нержавеющей стали, позволяют увеличить ресурс работы до 20 лет и более. Магнитный элемент расположен внутри, как правило, цилиндрического корпуса с кольцевым зазором, площадь поперечного сечения которого не меньше площади проходного сечения подводящего и отводящего трубопроводов, что не приводит к сколько-нибудь существенному падению давления воды на выходе ГМС.

Под действием магнитного поля в рабочем объеме изменяются физические свойства воды, протекающей через гидромагнитную систему, содержащиеся в ней силикаты, магниевые и кальциевые соли теряют способность формироваться в виде плотного камня и выделяются (особенно после подогрева) в виде легко удаляемого шлама, обычно удаляемого потоком воды и скапливающегося в грязевиках или отстойниках. Кроме того, обработанная таким образом вода разбивает и удаляет уже отложившуюся накипь и препятствует в дальнейшем ее образованию. Оптимальный интервал скоростей движения потока для ГМС составляет 0,5 ÷ 4,0 м/с.

ГМС могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети горячей и холодной воды в доме, бойлеры, проточные водонагреватели, паровые и водяные котлы, системы охлаждения различного технологического оборудования (компрессорные станции, мощные электрические машины, термическое оборудование), стиральные и посудомоечные машины. Хотя ГМС и рассчитаны на расход воды от 0,08 до 2700 м³/час соответственно на трубопроводы диаметром 15-500 мм.

Рисунок 4.1. Схема включения ГМС.

ГМС выгодно отличаются от подобных устройств на основе электромагнитов и магнитотвердых ферритов: отсутствует потребление электроэнергии и проблемы, связанные с ремонтом при электрическом пробое обмоток электромагнита, простота установки и обслуживания, высокая надежность и долговечность, нет потребности в химикатах, отсутствие сменных элементов, экологически чистый метод.

Гидромагнитная система применяется:

o   для предотвращения накипи, в этом случае аппараты устанавливаются за несколько метров до теплообменника;

o   для осветления воды (например, после хлорирования), в этом случае скорость осаждения примесей увеличивается в 3-4 раза (а значит, требуются отстойники в 3-4 раза меньшей емкостью);

o   на линии химводоподготовки перед фильтрами – фильтроцикл увеличивается в 1,5-2 раза (соответственно существенно уменьшается потребление реагентов);

o   для очистки теплообменных агрегатов без химических реагентов.

Таким образом, ГМС обеспечивает:

o   уменьшение образования твердых отложений;

o   удаление существующей накипи;

o   сокращение затрат на контроль и обслуживание до 40-50%;

o   снижение перерыва в работе оборудования;

o   увеличение срока службы оборудования на 30-60%;

o   улучшение теплопередачи более 25%;

o   защиту от точечной коррозии;

o   снижение потерь в производстве;

Декарбон-Л

Эффективное устройство для организации безнакипного режима работы котлов, тепловых сетей, теплообменников.

Устройство "Декарбон-Л" имеет оригинальное техническое решение, основанное на принципиально новых исследованиях в электродинамике, которые существенно дополняют фундаментальные представления о свойствах магнитного поля. Отличие устройства "Декарбон-Л" от других устройств, применяющих ОБЫЧНУЮ магнитную обработку (МО) воды, - в структуре взаимодействующих между собой стандартных, поперечной направленности, и скалярных, продольной направленности, неоднородных магнитных полей. Это явление используется в устройстве магнитной обработки жидкости, что подтверждено патентом РФ N2092446. Практическое применение Устройства "Декарбон-Л" позволило многократно повысить эффективность стандартной магнитной активации воды, для обеспечения безнакипной работы теплосистем.

Выпускается три типа исполнения устройств "Декарбон-Л" (таблица N1). В специальной конструкции устройства (рис.1) используется высокоэнергетические магниты на основе соединения Nd-Fe-B.

Применение устройств "Декарбон-Л" обеспечивает следующие преимущества:

·  Предотвращает накипь в трубопроводах, теплообменниках (бойлерах, котлах и т.д.) и размывает старую накипь;

·  За счет размыва отложений в теплообменных аппаратах увеличивается КПД системы отопления (размыв 1 мм накипи увеличивает КПД на 6%);

·  Снижает используемый объем топливных ресурсов (уголь, мазут, газ) до 30 % за один отопительный сезон;

·  Значительно снижает трудозатраты по очистке труб теплообменников, насосов и т.д.;

·  Исключает или значительно снижает затраты на приобретение химических реагентов (соль, сульфоуголь и т.д.);

·  Снижает расходы на приобретение запасных частей и материалов;

·  Значительно увеличивает межремонтные циклы;

·  Увеличивает длительность эксплуатации питательных линий котлов;

·  Не требует источников питания;

·  Оказывает устойчивое воздействие на воду и придает ей свойство умягчения;

·  Исключает использование дорогостоящего оборудования, приборов и привлечение высококвалифицированных кадров для проведения анализа воды;

·  Следует особо отметить, что улучшается экологическая обстановка, так как прекращаются или значительно сокращаются сбросы в канализацию растворов химреагентов, что необходимо делать при ХВП.

·  Применение магнитной обработки воды рекомендовано СНиП (раздел 11-35-76 "Водоподготовка и водно-химический режим") с целью обработки воды для питания паровых и водогрейных котлов, систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также хозяйственно-питьевого водопровода (п.10.19, п.10.24).

 

Рисунок 4.2. Конструкция устройства "Декарбон-Л".

Требования к качеству исходной воды и месту монтажа для эффективной эксплуатации устройств "Декарбон-Л":

Качество исходной (котловой, сетевой, подпиточной) воды :

·  максимальная температура воды 85оС;

·  общая жесткость воды от 1,5 до 20 мг-экв\л.

·  возможно применение артезианской воды без деаэрации при содержании в ней кислорода О2 не более 3 мг/л и сумме хлоридов и сульфатов не более 100 мг/л;

·  содержание железа Fе2+ в артезианской воде допускается не более 20 мг/л.

Монтаж устройства должен производится в месте, где наблюдается максимальная скорость воды в системе. В прямоточных системах обработке следует подвергать всю воду, а в оборотных - всю подпиточную воду и воды, циркулирующие в системе. Вода должна постоянно циркулировать в системе.

Устройство "Декарбон-Л" крепится с помощью фланцевых соединений, как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, после промытого грязеуловителя. Устройство "Декарбон-Л" не создает дополнительного гидравлического сопротивления в системе и работает на трубопроводах с рабочим давлением до 16 атмосфер. Через 10 дней после установки устройства, удаление шлама производить раз в сутки. При значительном снижении шлама в грязеуловителе, удаление шлама производить раз в 15 дней.

Рисунок 4.3. Типичное зарастание трубы кальцием, почти закрыло эту трубу.

Рисунок 4.4. Эта фотография показывает эффект магнитной обработки воды на той же самой секции трубы спустя короткое время после установки.

Рисунок 4.5. После непрерывной обработки, большинство отложений удалено и будет предотвращено, пока устройство находится в действии.

5. Расчет экономической эффективности

 

Расчет потерь электроэнергии

Потребление электроэнергии осуществляется электродвигателями сетевых насосов, установленных на источнике теплоснабжения. Данные электродвигателей: Р = 200 кВт, количество – 2 шт, включены параллельно, работают одновременно ¾ отопительного периода. Отопительный период составляет 227 дней.

Дополнительные потери давления в трубопроводах тепломагистрали №2 составляют 6,6% от величины давления теплоносителя в подающем трубопроводе на источнике теплоснабжения.

227 · 24 · 0,066 · 200 · 2 · ¾ ≈ 100 МВт

При себестоимости электроэнергии на Беловской ГРЭС 0,32 руб/кВт·ч, прямые финансовые потери станции (только на источнике теплоснабжения), от наличия отложений на внутренних поверхностях трубопроводов тепломагистрали №2, составляют не менее 32 тыс. рублей за отопительный период.

Экономическое обоснование применения противонакипного устройства "Декарбон-Л"

При подпитке воды в систему теплоснабжения объемом 30 м³ в сутки, устройство "Декарбон-Л" (Декарбон-Л 427/225) позволяет сэкономить только на химических реагентах (соль, сульфоуголь и т.д.) до 100 000 руб. за один отопительный сезон. Увеличиваются межремонтные циклы всей системы отопления (очистка и замена теплообменников, ремонт насосов, запорной арматуры, трубопроводов и т.д.), что экономит до 200 000 рублей за один отопительный сезон.

Исходя из опыта эксплуатации устройств "Декарбон-Л" (с 1998г.) в различных организациях Тюменской, Кемеровской, Новосибирской, Томской областей, Красноярском крае, следует, что устройство "Декарбон-Л" окупает себя, по совокупности всех затрат, за один отопительный сезон. Производитель готов провести исследование объектов, и выдать готовые решения по оптимизации работы, с установкой дополнительных устройств, необходимые для качественной работы котельных установок, бойлеров и т.д.

При отсутствии видимых результатов защиты от накипи котловых трубок, теплообменников предприятие-изготовитель гарантирует полный возврат оплаченной суммы, если заявление об отказе эксплуатации устройства поступит в письменном виде в течение 30 дней со дня ввода в эксплуатацию устройства "Декарбон-Л". Возврат устройства "Декарбон-Л" осуществляется на условиях регламентируемых договором.

Стоимость устройства "Декарбон-Л" тип - 427/225 составляет 425 тыс.рублей.

Заключение

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были произведены измерения параметров теплоносителя тепломагистрали №2 тепловых сетей поселка Инской, на источнике теплоснабжения – Беловской ГРЭС и на абонентских ответвлениях потребителей – теплицы, профилактория, ПНС-23.

Был произведен гидравлический расчет участка тепломагистрали №2 от Беловской ГРЭС до ПНС-23, в ходе которого были рассчитаны гидравлические сопротивления на рассматриваемом участке и определены потери давления на нем, рассчитаны давления теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах ПНС-23.

В ходе сравнения рассчитанных и измеренных значений давления было выяснено, что фактические потери давления превышают расчетные на 15÷25%. Были определены возможные причины этого. Для уточнения причин повышенных потерь давления были произведены дополнительные измерения на контрольных участках рассматриваемой теплосети.

Разработан предварительный комплекс мероприятий по устранению отложений на внутренних стенках трубопроводов.

Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе MS Word XP.

Список использованных источников

1.  Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.

2.  Рудомино Б.В., Ремжин Ю.Н. Проектирование трубопроводов тепловых электростанций. – Л.: «Энергия», 1970. – 208 с.

3.  Геоинформационная система Zulu 5.2., ООО «Политерм».

4.  Чугаев Р.Р. Гидравлика. (Учебник для вузов). – Л.: «Энергия», 1975.- 600 с.

5.  Водяные тепловые сети: Справочник проектировщика / под ред. Громова Н.К. и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.

6.  Магалиф В.Я., Ковылянский Я. А Теоретические основы конструирования трубопроводов тепловых сетей (справочно-методический материал), - М.: «ВНИПИЭнергопром»,2005. – 152 с.

7.  Строительные нормы и правила РФ СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети" (утв. постановлением Госстроя РФ от 24 июня 2003 г. N 110)

8.  Материалы сайта http://www.rosteplo.ru