УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОАКТИВАЦИИ ВОДНЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области безреагентной обработки водных систем, в частности, к обработке водных растворов путем их физической активации, и может быть использована на тепловых электростанциях, в котельных, системах теплоснабжения и в других технологиях, требующих предотвращения или разрушения накипеобразования на поверхностях аппаратов, а также их защиты от коррозии.
Решение задачи предотвращения накипеобразования и защиты от коррозии при подготовке водных систем для различных отраслей промышленности, в частности, для технологического оборудования энергоустановок, выпарных и опреснительных установок, систем теплоснабжения и пр., было и остается весьма актуальным.
В настоящее время все большее предпочтение отдается обработке водных систем физическими способами, например, электроактивацией с использованием анодов, подвергающихся электрохимическому растворению. В процессе электроактивации в водной системе образуются центры кристаллизации, благодаря которым выделение накипеобразующих солей происходит не на теплопередающей поверхности, а в объеме жидкости. Роль таких центров кристаллизации выполняют ионы металлов, выделяющиеся из электродов при электролизе и имеющие электронное сходство с ионами солей жесткости. Кроме того, накипеобразующие соли оседают на катоде, что приводит к снижению жесткости водной системы.
Известно устройство для электроактивации жидких систем, содержащее цилиндрический вертикальный корпус, зажатый между верхней и нижней крышками, внутри которого концентрически расположены графитовые цилиндрические катод и анод с укрепленной между ними ионоприницаемой мембраной, приспособленной для ввода и вывода обрабатываемой жидкой системы, а также клеммы для подачи на электроды постоянного тока, при этом катод выполнен в виде графитового полого цилиндра сплошного сечения по длине, в нижних частях электродов выполнены каналы, сообщающиеся с приэлектродными полостями, для ввода обрабатываемой жидкой системы в нижней крышке укреплены патрубки, для вывода анолита, католита и газов в верхней крышке укреплены патрубки, а в верхних частях электродов выполнены каналы, сообщающиеся с приэлектродными полостями, через нижнюю
крышку пропущены ввернутые в электроды тоководы с клеммами, для соединения металлических фланцев, надетых на крышки, с расположенными между ними корпусом и электродами служат металлические стяжки. /См. свидетельство РФ на полезную модель №0002810, C 02 F 1/46, 1996 г./.
Недостатками этого устройства являются сложность аппаратурного исполнения, в том числе выполнение электродов с каналами в верхней и нижней частях, а также то, что оба электрода выполнены графитовыми, что приводит к более частой их замене из-за расхода материала электродов в процессе эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является аппарат для электрохимической обработки воды, содержащий корпус с верхней и нижней крышками, узлами подвода обрабатываемой водной системы, отвода обработанной водной системы, шлама и газа и расположенные внутри корпуса электроды - по меньшей мере, один катод, и, по меньшей мере, один растворимый анод, при этом катод выполнен из стали, поверхность которой подвергнута термической активации, в корпусе расположены перегородки, разделяющие его внутреннее пространство на зону обработки, зону входа и зону выхода обрабатываемой воды /см. патент РФ на полезную модель №37085, C 02 F 1/46, 2004 г./.
Недостатками известного аппарата являются громоздкость, высокая металлоемкость, сложность аппаратурного исполнения, а также необходимость отключения аппарата из технологического процесса на длительное время для очистки электродов и/или их замены при зарастании межэлектродного пространства отложенными на электродах солями жесткости.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании надежного, недорогого и компактного устройства для электроактивации водных систем.
Технический результат от использования предложенного устройства заключается в повышении степени противонакипной и противокоррозионной обработки водных систем, увеличении срока работы устройства при одновременном сокращении его материалоемкости и размеров, а также упрощении монтажа и демонтажа.
Поставленная задача решается, а технический эффект достигается за счет того, что в устройстве для электроактивации водных систем, содержащем корпус с верхней и нижней крышками, узлами подвода обрабатываемой водной системы, отвода обработанной водной системы, шлама и газа и расположенные внутри корпуса
электроды - по меньшей мере, один катод, и, по меньшей мере, один растворимый анод, корпус снабжен платформами для установки электродов, по меньшей мере, один катод, и, по меньшей мере, один анод выполнены в форме полых цилиндров, расположенных коаксиально, при этом, анод выполнен сборным по высоте из одного и более элементов, при этом, устройство может быть снабжено узлом ультразвуковой обработки, анод может быть выполнен из углеродсодержащего материала, а катод - из железосодержащего материала, а корпус может быть выполнен цилиндрическим, предпочтительно из полимерного материала.
На чертеже схематически изображен вертикальный разрез предложенного устройства.
Устройство для электроактивации водных систем содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней крышками 3, узлами подвода обрабатываемой водной системы 4, отвода обработанной водной системы 5, отвода шлама 6 и отвода газа 7. Корпус снабжен верхней платформой 8 и нижней платформой 9 для установки в корпусе 1 электродов -катодов 10 и анодов 11 соответственно. Растворимый анод 11 может быть выполнен из различных материалов, которые подвержены электрохимическому разложению, и выполнен сборным по высоте из одного и более элементов 12. Катод 10 и анод 11 клеммами 13 и 14 соответственно через питающий провод 15 соединены с источником электропитания (на чертеже не показан). Корпус может быть выполнен цилиндрическим, предпочтительно из полимерного материала и снабжен защитной диэлектрической сеткой 16. Устройство может быть снабжено узлом ультразвуковой обработки, содержащим источник ультразвука 17 с волноводом 18, соединенным, например, с верхней платформой 8.
Устройство работает следующим образом.
Подвергаемую обработке водную систему через узел подвода обрабатываемой водной системы 4 подают внутрь корпуса 1 через нижнюю крышку 3, на электроды 10 и 11, жестко закрепленные на верхней платформе 8 и нижней платформе 9 (например, сваркой или болтовыми соединениями) через питающий провод 15 с использованием клемм 13 и 14 подают электрический ток от источника электропитания. В процессе электроактивации происходит растворение анода 11, что приводит к образованию центров кристаллизации, при этом материал анода расходуется. Благодаря наличию центров кристаллизации в обрабатываемой системе происходит выделение микрокристаллов накипеобразующих солей в объеме жидкости, что предотвращает их осаждение на теплопередающих поверхностях. Кроме того, в процессе
электроактивации происходит выделение пузырьков растворенных в водной системе агрессивных газов, которые отводят через узел отвода газа 7. Прошедшую обработку водную систему через узел отвода обработанной водной системы 5 выводят из корпуса 1. Образующийся в процессе обработки осадок выводят через узел отвода шлама 6. Водную систему после электроактивации желательно подвергнуть отстаиванию и фильтрованию от образованных в процессе обработки механических примесей. Выполнение электродов в форме полых цилиндров, расположенных коаксиально, позволяет увеличить площадь и время контакта водной системы с электродами, что приводит к повышению качества процесса электроактивации при одновременном снижении материалоемкости и размеров устройства.
Выполнение анода сборным по высоте из одного и более элементов позволяет упростить и ускорить процесс монтажа-демонтажа электродов с возможностью замены (при необходимости) их отдельных элементов.
Для улучшения дегазации водной системы, что приводит к снижению коррозии внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов, и повышения противонакипного эффекта устройство для электроактивации водных систем может быть снабжено узлом ультразвуковой обработки, содержащим, например, источник ультразвука 17 и волновод 18. Использование в одном устройстве сочетания электроактивации и ультразвуковой обработки позволяет повысить степень удаления углекислоты из подвергаемой обработке водной системы и увеличить количество центров кристаллизации, что приводит к повышению степени противокоррозионной и противонакипной обработки.
Выполнение анода из углеродсодержащего материала также способствует улучшению дегазации обрабатываемой водной системы, поскольку в прианодном пространстве протекает электрохимическая реакция взаимодействия свободного углерода, выделяющегося в результате растворения анода, и растворенного в водной системе кислорода. При этом, анод может быть выполнен и из других материалов, например, алюминия.
Выполнение корпуса 1 из полимерного материала позволяет исключить его коррозию и снизить стоимость конструкции устройства.
Таким образом, предложено недорогое устройство для электроактивации водных систем, использование которого позволяет повысить степень противонакипной и противокоррозионной обработки, при одновременном сокращении материалоемкости и размеров устройства, а также упрощении его монтажа и демонтажа.