СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ НА СТЕНКАХ ТЕПЛОАГРЕГАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HARDNESS SCALING CONTROL ON HEAT UNITS WALLS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к измерениям и контролю толщины отложений накипи на внутренних стенках теплоагрегатов.
Отложения накипи на рабочих поверхностях последних снижают КПД и уровень их безопасности в эксплуатации.
В настоящее время проблему борьбы с накипью решают путем организации периодических чисток оборудования, комплектования системой водоподготовки и разработки мер конструктивного характера. Чистки, как правило, проводят вручную, они сопряжены с опасным и малопроизводительным трудом, экономически не эффективны, при этом график периодических чисток может не совпадать с реальной потребностью в них, поскольку отложения образуются неравномерно и зависят от многих факторов. Водоподготовка на практике не всегда спасает от накипи из-за «проскока» солей и, кроме того, сопровождается большими финансовыми и временными затратами. Конструктивные меры также дороги. При этом качество работы теплоагрегатов оценивается по приборам учета: теплосчетчикам, расходомерам и манометрам. Однако они имеют невысокую точность и принципиально не могут указать: где и когда в тепловой схеме достигнуты критические уровни накипи.
Известны способы и устройства измерения толщины отложений на основе методов неразрушающего контроля: вихретокового (1), акустического (2) и др. видов. Недостатками решений в соответствии с (1) и (2) являются низкая чувствительность контроля и пониженная технологичность из-за необходимости периодической тарировки измерений.
Наиболее близким к данному изобретению является способ и устройство для определения солеотложения по патенту (3), взятому за прототип. Принцип работы прототипа основан на точечном сравнении двух величин электрического сопротивления постоянному току между помещенными внутрь емкости электродами до отложения накипи и после. Так как удельное сопротивление накипи существенно выше водного, то разность этих сопротивлений несет информацию о толщине накипи, отложившейся на электродах. Данное решение позволяет измерять толщину отложений на внутренних стенках котлов и труб. Однако оно имеет ограниченные возможности, так как контроль в точке не дает объективную оценку накипеобразования во всем теплоагрегате. Необходима большая совокупность измерений даже в небольшой зоне. Кроме того, из описания патента-прототипа следует, что при замерах толщин рабочего диапазона прототипа (1-5) мм относительная погрешность составляет в зависимости от условий (10-60) %. Такие ограничения при контроле отложений, например, в тепловых котлах неприемлемы. Так согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» (4) предельная толщина накипи при работе котла с производительностью до 0,7 тонн пара в час не должна превышать 0,5 мм. Котлы с большей производительностью должны комплектоваться системами водоподготовки, и толщину накипи для них не регламентируют, так как согласно требованиям полагают, что накипи здесь не должно быть. Ведь при контроле нет необходимости измерять пока отсутствующую накипь, более важно вовремя уловить начало опасного процесса накипеобразования для принятия соответствующих мер, что заключено в таком параметре процесса, как скорость роста (или схода) накипи.
Изложенное позволяет заключить, что известные технические решения не могут быть с достаточной достоверностью применены для контроля толщины накипи в котлах и, что особенно важно, в начальной стадии ее возникновения и роста, когда требуется высокая точность измерения.
Целью изобретения является повышение точности и технологичности контроля за безнакипным режимом работы котлоагрегатов.
Предлагаемый способ контроля накипеобразования на внутренних стенках теплоагрегатов достигается тем, что контроль осуществляют по измерениям толщины накипи посредством сравнения электрических сопротивлений слоев воды с накипью и просто воды, и, дополнительно согласно изобретению, фиксируют факт начала отложения накипи и ее рост путем дифференцирования во времени текущих значений измеренных толщин накипи с установлением ее недопустимого уровня. Известные устройства не обладают необходимыми качествами ввиду низкой чувствительности и подверженности действию помех при измерении малых толщин накипи. Главной помехой измерений приведенных аналогов и прототипа является нестабильная электропроводность воды, часто зависящая от изменения концентрации ненакипеобразующих солей, щелочности и т.д. Сопротивление воды входит в измерительную цепь и в случае малого сопротивления тонкой накипи может оказать решающее влияние на результат измерений.
С целью повышения помехоустойчивости адекватная реализация предлагаемого способа состоит в том, что измерение электрического сопротивления микрослоя толщины накипи выполняют с помощью мостовой схемы, составленной из трех балансировочных резисторов, отражающих сопротивления участков водной среды теплоагрегата, и четвертого, представляющего суммарное сопротивление микрослоя накипи на стенке последнего с прилегающей водой, с дополнением дифференцирующего узла, выполненного, например, на операционном усилителе, подключенном к выходной диагонали моста сопротивлений, и пороговой схемы, присоединенной к выходу дифференцирующего звена. Кроме того, электроды, с помощью которых в емкости формируют мост сопротивлений, выполнены из материалов с пониженной адгезией к накипеобразующим солям.
Фигура 1 иллюстрирует предлагаемый способ, на фигуре 2 показана схема устройства, осуществляющая этот способ.
Позиционные обозначения на фиг. 1 и 2 отражают: 1 - мост сопротивлений; 2 - дифференцирующее звено; 3 - пороговая схема; 4, 5, 6, 7 - сопротивления плеч моста сопротивлений 1, из которых 4, 5, 7 - балансировочные, образуемые водой 8 в емкости теплоагрегата, 6 - плечо с сопротивлением, образуемым также водой 8 и отложением накипи 9 на стенке 10 емкости; 11 - электроды в количестве 5-ти единиц, с помощью которых формируются сопротивления балансировочных плеч моста сопротивлений 1. Одним из электродов плеча 6 является стенка теплоагрегата 10. Нужно отметить, что принципиально не важно, какое именно плечо моста будет использовано в качестве измерительного, согласно теории оно может быть любым. И в этом плане на фигурах показана одна из четырех возможных схемных версий. Выводы проводов из емкости теплоагрегата осуществлены через переходные разъемы 12.
Предлагаемый способ можно пояснить на работе устройства его осуществления. Электроды 11 помещают в водную среду 8 емкости теплоагрегата: трубу, барабан и т.п., на стенках 10 которой изначально отсутствует накипь 9. Сформированный мост сопротивлений 1 балансируется известными приемами. Балансировка здесь нужна не для измерительных целей, а для выведения моста сопротивлений 1 в рабочий режим. После этого теплоагрегат включают в работу. Уровни сигналов на выходах моста 1 и узла 2 равны нулю. Если при этом произойдет изменение сопротивление воды 8, то это изменение коснется в равной мере всех плеч мостовой схемы 1, и сигнал на упомянутых выходах сохранится неизменным. В случае начала процесса накипеобразования станет изменяться только сопротивление плеча 6, остальные останутся неизменными, поскольку их электроды покрыты низкоадгезионным материалом и на них накипь не образуется. В выходной диагонали моста сопротивлений 1 возникает ток разбаланса, и на выходе дифференцирующего звена 2 формируется сигнал, уровень которого будет отражать действующую скорость накипеобразования. Возможные помехи от взаимного шунтирования электродов через воду могут быть уменьшены разнесением их на расстояние друг от друга. Поскольку сигнал с диагонали моста сопротивлений 1 может быть слабым по уровню, дифференцирующее звено 2 на выходе снабжено усилителем. Оптимальное схемотехническое решение этого звена в данном случае должно быть в виде операционного усилителя с дифференцирующими свойствами.
Ненулевое значение этого сигнала означает рост накипи, и, если толщина накипи превысит критический уровень, установленный на опорном входе пороговой схемы 3, она срабатывает, формируя сигнал тревоги, по которому принимают соответствующие меры. К таким мерам относят регулировку дозирующего устройства при использовании комплексонов, подключение и регулировку ультразвуковых, магнитных и других противонакипных аппаратов безреагентного действия, либо проведение ревизии системы водоподготовки.
Предложенное изобретение выгодно отличается от прототипа тем, что
- создано новое качество контроля: оценку накипеобразования, т.е. скорости роста отложения накипи, что позволяет оперативно принять меры по ее стабилизации или уменьшению. Оценки по сигналу без дифференцирования во времени малоинформативны, так как теряется временная динамика изменения процесса накипеобразования;
- повышена точность контроля за счет создания мостовой схемы измерения сопротивления накипи с помощью погруженных в водную среду теплоагрегата определенной совокупности электродов с покрытием из материала с пониженной адгезией;
- повышена технологичность и достоверность контроля накипеобразования путем расширения зоны контроля, обусловленной пространственным размещением нескольких электродов и их габаритами (вместо одной « точки», как в прототипе), и усреднения результатов измерений.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2487343, МКИ G01N 27/72, G01B 7/06, 10.07.2013.
2. Патент РФ RU 02098754 C1, МКИ G01B/02, 12.10.1997.
3. Патент РФ №2387950, МКИ G01B 7/06, 27.04.2010.
4. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. ПБ 10-574-03. М., ПИО ОБТ, 2003.