ВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СОЛЕЙ С ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕФТЕГАЗОВОГО ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к области волновой техники и может быть использована для удаления солей и прочих отложений с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, а также оборудования, применяемого в теплоэнергетике, пищевой, химической, металлургической и других отраслях промышленности.
Известно волновое ультразвуковое устройство для предотвращения отложений, содержащее источник питания, подключенный к нему блок частоты следования импульсов, коммутирующий блок, накопительный конденсатор, к обкладкам которого через силовую цепь коммутирующего блока, выполненного на тиристоре, подключена обмотка возбуждения магнитострикционного преобразователя (Авторское свидетельство СССР №575144, МПК В06В 1/08, 1977 г.)
Недостатком данного устройства является низкая эффективность предотвращения отложений вследствие малой амплитуды возбуждения магнитострикционного преобразователя одиночным импульсом разряда накопительного конденсатора.
Известны также волновые ультразвуковые устройства для предотвращения отложений в теплообменных аппаратах, в которых возбуждение магнитострикционного преобразователя осуществляется пачкой импульсов, частота следования которых соответствует резонансной частоте преобразователя. Такие устройства содержат блок питания, тиристорный коммутирующий блок, накопительный конденсатор, по меньшей мере один магнитострикционный преобразователь с двумя согласно включенными обмотками возбуждения, и блок управления, соединенный с управляющими входами тиристорного коммутирующего блока (Авторское свидетельство СССР №1022750, кл. В06В 1/08, F28G 7/00, 1978 г.)
Эти устройства обеспечивают существенное, в несколько раз, увеличение амплитуды возбуждаемых колебаний и повышение эффективности предотвращения отложений, однако не обладают достаточной надежностью, так как при одновременном случайном срабатывании тиристоров возможно короткое замыкание сети.
Известно ультразвуковое устройство для предотвращения отложений, в котором исключена возможность короткого замыкания. Устройство содержит источник питания, выполненный в виде однополупериодного выпрямителя на диоде с подключенным к нему силовым конденсатором, первый блок частоты следования импульсов, накопительный конденсатор, магнитострикционный преобразователь с двумя согласно соединенными обмотками возбуждения, второй блок частоты следования импульсов, тиристорный коммутирующий блок и блок управления тиристорами. (Авторское свидетельство СССР №1075508, МКП В06В 1/08, F28G 7/00, 1980 г.)
Недостатком этого устройства является невысокая эффективность, так как заряд силового конденсатора осуществляется только в течение одного полупериода, кроме того часть энергии затрачивается на формирование промежуточных маломощных импульсов, в то время как эффект удаления и предотвращения отложений в теплообменном оборудовании прямо пропорционален амплитуде возбуждаемых колебаний.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (прототипом) является волновое устройство для удаления солей с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, содержащее блок питания, выполненный по схеме двухполупериодного выпрямителя, включенного на его выходе силового конденсатора и включенного последовательно с его входом разделительного конденсатора, тиристорный коммутирующий блок, включающий два тиристора, блок управления, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами тиристоров, а вход соединен с входом блока питания, коммутирующие конденсаторы, несколько магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет с двумя включенными согласно обмотками возбуждения и стальной волновод, к одному из торцев которого припаян магнитострикционный пакет, а на втором торце выполнены скосы под сварку к теплообменному оборудованию, при этом силовой вход первого тиристора соединен с одной из обкладок силового конденсатора, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения, выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения и через соответствующие накопительные конденсаторы подключены к второй обкладке силового конденсатора и силовому выходу второго тиристора, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения (Патент Китая CN 1479072 (А), МПК В08В 3/12, F28G 7/00, опубл. 03.03.2004 г.)
В данном устройстве применена бестрансформаторная схема блока питания, что существенно снижает габариты, вес и стоимость устройства, причем за счет введения разделительного конденсатора и применения мостовой двухполупериодной схемы выпрямления существенно повышена надежность, снижены помехи в сеть и повышена эффективность предотвращения отложений, так как силовой конденсатор имеет более стабильный максимальный заряд, а разделительный конденсатор сглаживает пульсации напряжения при включении устройства или при случайных сбоях тиристоров.
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность возбуждения колебаний, так как приваренные перпендикулярно к оборудованию волноводы обеспечивают возбуждение только продольных и изгибных колебаний в стационарных местах, кроме того, преобразователи невозможно переставить в другие точки теплообменного оборудования, в которых обнаруживается интенсивное образование отложений.
Техническим результатом предложенного решения является повышение его эффективности за счет обеспечения возможности возбуждения суперпозиции различных видов колебаний и перестановки преобразователей в любую точку теплообменного оборудования, в которой происходит интенсивное образование солей.
Технический результат достигается за счет того, что в волновом устройстве для удаления солей с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, содержащем блок питания, выполненный по схеме двухполупериодного выпрямителя, включенного на его выходе силового конденсатора и включенного последовательно с его входом разделительного конденсатора, тиристорный коммутирующий блок, включающий два тиристора, блок управления, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами тиристоров, а вход соединен с входом блока питания, коммутирующие конденсаторы, несколько магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет с двумя включенными согласно обмотками возбуждения и стальной волновод, к одному из торцев которого припаян магнитострикционный пакет, а на втором торце выполнены скосы под сварку к теплообменному оборудованию, при этом силовой вход первого тиристора соединен с одной из обкладок силового конденсатора, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения, выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения и через соответствующие накопительные конденсаторы подключены ко второй обкладке силового конденсатора и силовому выходу второго тиристора, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения, волноводы выполнены разъемными из двух частей, при этом одна из частей имеет плоский торец и цилиндрическую форму со стороны этого торца с резьбой на ее поверхности, а вторая часть выполнена в виде соответствующей резьбовой втулки с плоским дном, причем между частями волновода установлена прокладка из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, скосы под сварку выполнены на торце резьбовой втулки с обеспечением возможности приварки к оборудованию под разными углами с наклоном в противоположные стороны.
На чертеже представлен наилучший схемный вариант реализации предлагаемого устройства.
Устройство содержит блок питания 1, имеющий выключатель S и предохранители F1 и F2, выполненный по мостовой схеме 2 двухполупериодного выпрямителя, включенный на его выходе силовой конденсатор 3 и включенный последовательно с его входом разделительный конденсатор 4, тиристорный коммутирующий блок 5, включающий два тиристора V1 и V2, блок управления 6, коммутирующие конденсаторы 7 и 7', несколько магнитострикционных преобразователей (на чертеже два), каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет 8 и 8' с двумя включенными согласно обмотками возбуждения 9, 9' и 10, 10', и стальные волноводы 11 и 11', к одному из торцев которых припаяны магнитострикционные пакеты 8 и 8', при этом силовой вход первого тиристора V1 соединен с одной из обкладок силового конденсатора 3, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения 9 и 9', выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения 10 и 10' и через соответствующие коммутирующие конденсаторы 7 и 7' подключены ко второй обкладке силового конденсатора 3 и силовому выходу второго тиристора V2, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения 10 и 10', волноводы 11 и 11' выполнены разъемными из двух частей, при этом одна из частей 12 и 12' имеет плоский торец и цилиндрическую форму со стороны этого торца с резьбой 13 и 13' на ее поверхности, а вторая часть выполнена в виде соответствующей резьбовой втулки 14 и 14' с плоским дном, причем между частями волновода установлена прокладка 15 и 15' из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, скосы под сварку 16 и 16' выполнены на торце соответствующей резьбовой втулки с обеспечением возможности приварки к оборудованию 17 под разными углами с наклоном в противоположные сторон.
Устройство работает следующим образом.
Перед включением устройства к теплообменному оборудованию 17, поверхности которого необходимо очистить от солевых отложений, приваривают резьбовые втулки 14 и 14', затем через слой тугоплавкой смазки и прокладки 15 и 15' в эти втулки вворачивают волноводы 11 и 11' вместе с припаянными магнитострикционными пакетами 8 и 8' с согласно включенными обмотками 9, 9' и 10, 10', входы которых подключают к силовым выходам тиристоров V1 и V2.
При включении блока питания 1 в сеть выключателем S напряжение от сети подается через предохранители F1 и F2 и разделительный конденсатор 4 на двухполупериодный мостовой выпрямитель 2, после чего выпрямленным током заряжается силовой конденсатор 3. С входа блока питания 2 напряжение подается на блок управления 6, который с некоторой задержкой относительно времени заряда конденсатора 3 начинает вырабатывать пачки импульсов, управляющих работой тиристорного блока 5. При подаче первого управляющего импульса на тиристор V1 он открывается и конденсатор 3 разряжается через этот тиристор, первые обмотки 9 и 9' преобразователей и коммутирующие конденсаторы 7 и 7', при этом процесс носит колебательный характер и завершается, когда конденсаторы 7 и 7' полностью зарядятся и тиристор V1 закроется. Через время, соответствующее резонансной частоте преобразователей, на второй тиристор V2 подается от блока управления 6 второй управляющий импульс, который открывает его и конденсаторы 7 и 7' разряжаются через вторые обмотки 10 и 10'. Когда конденсаторы 7 и 7' полностью разрядятся, тиристор V2 закроется. В следующий момент времени на тиристор V1 подается третий импульс управления и весь процесс повторяется. Частота повторения импульсов управления и длительность пачки импульсов выбираются из соображений достижения максимальной амплитуды колебаний преобразователя на его резонансной частоте. В предложенном устройстве повышена эффективность за счет обеспечения возможности возбуждения суперпозиции различных видов колебаний (продольных, изгибных, сдвиговых) и перестановки преобразователей в любую точку теплообменного оборудования, в которой происходит наиболее интенсивное образование солей, при этом прокладки 15 и 15' из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, обеспечивают надежный контакт между частями волноводов и надежную фиксацию резьбовых соединений от отворачивания.