Устройство для очистки трубок теплообменников от отложений

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована при обслуживании в процессе текущей эксплуатации и ремонте промышленного теплообменного оборудования.
Отложения, образующиеся на внутренних поверхностях теплообменного оборудования, являются основной проблемой, возникающей при эксплуатации. Образование отложений ведет к снижению интенсивности процесса теплообмена, вследствие более низкой их теплопроводности по сравнению с конструкционным материалом оборудования, уменьшает проходное сечение труб, тем самым, увеличивая гидравлическое сопротивление, приводящее к повышению энергозатрат, препятствует нормальной эксплуатации и приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования.
Известны устройства, предназначенные для очистки трубок теплообменников механическими методами очистки, из которых наиболее широко распространены устройства для очистки, имеющие очистной элемент, выполненный в виде различных режущих наконечников, головок, ершей и шарошек.
Известно устройство для очистки внутренних стенок труб теплообменников кожухотрубного типа от отложений посредством шарошки, которая установлена соосно по оси трубы теплообменника, с противоположных сторон к которой прикреплены тросы, соединенные с реверсивной лебедкой и электронным блоком для управления, при этом тросы протянуты через направляющие ролики, обеспечивающие соосность движению шарошки (патент РФ №2300068, МПК F28G 1/02 (2006.01)).
Недостатком данного устройства является невозможность его использования для очистки сильно загрязненных, а также деформированных в процессе эксплуатации труб теплообменника, кроме того, при наличии неоднородных плотных отложений высока вероятность механического повреждения шарошкой стенок труб теплообменника.
Известно устройство для очистки теплоэнергетического оборудования от отложений и накипи на внутренних поверхностях нагрева, содержащее расположенные на общей раме и жестко связанные между собой питающим, возвратным, подсоединяемыми к оборудованию, и технологическими трубопроводами с арматурой и циркуляционным насосом для образования циркуляционной системы, основную кислотную емкость для подмешивания в насосе острой соляной кислоты при концентрации 20-28% к циркулирующему в системе отработанному раствору, емкость для отработанных слабокислотных растворов, бак-каустизатор и фильтр, предназначенный для пеношламоотделения, при этом насос снабжен трехлопастной крыльчаткой с бандажным уплотнительным кольцом во избежание кавитации при загазованности или запенивании проточной части оборудования, фильтр снабжен вертикальной перегородкой для изменения направления потока моющего раствора, а устройство дополнительно оборудовано съемной линией из полиэтиленовых трубопроводов для подачи острой кислоты в емкость слабокислотных растворов, переносным дренажным баком с откачивающим насосом и линией перекачки дренируемых растворов (патент РФ №2218533, МПК (7) F28G 9/00). Устройство выполнено с возможностью установки на транспортном средстве.
Недостатками данного устройства является использование конструкционных элементов из нержавеющей стали, обладающих низкой химической стойкостью к используемому реагенту и невозможностью очистки полностью забитых труб теплообменника.
Известно устройство для очистки трубок теплообменника от накипи электрическими импульсными разрядами в жидкости, создаваемыми электродами, установленными с образованием разрядного промежутка (патент РФ №2049302, МПК F28G 5/00)). Устройство для его реализации содержит помещенный в изолятор токопровод, который соединен с высоковольтным электродом, снабженным наконечником, выполненным с отверстием. Высоковольтный электрод выполнен с осевым отверстием, при этом отверстие наконечника выполнено по оси электрода, а под изолятором в боковой поверхности наконечника выполнены промывочные каналы, соединенные с осевым отверстием. Как вариант этого устройства - корпус изолятора с противоположной от наконечника стороны снабжен закрепленной на нем гибкой трубкой для промывочной жидкости, выполненной из изоляционного материала, при этом часть токопровода выполнена гибкой и пропущена через трубку. Очистка трубок теплообменника производится последовательно трубка за трубкой.
К недостаткам данного устройства следует отнести использование источника высокого напряжения, работающего в водной среде, что небезопасно для обслуживающего персонала, а также низкая эффективность при удалении высокоплотных отложений.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство для очистки теплообменника от накипи, содержащее теплообменник, подлежащий очистке от накипи, заполняемый водой через вентиль (патент №2270967, МПК F28G 9/00 (2006.01)). После его заполнения вентиль закрывают, включают рабочий насос и прокачивают воду по замкнутому контуру через водогазовый эжектор - статический смеситель - теплообменник - рабочий насос. Рабочий насос работает в течение всего времени очистки теплообменника от накипи и выключается только после завершения очистки или в случае аварийной ситуации. Затем включением клапана по команде контроллера через эжектор со статическим смесителем подается такое количество углекислого газа, которое при данном давлении и температуре может раствориться в заданном количестве воды, находящейся в теплообменнике. С помощью вентилей, закрывая и открывая которые, изменяют давление в устройстве, то сливают раствор из отстойника, то вновь наполняют им теплообменник, осуществляя его очистку.
К числу недостатков этого устройства очистки следует отнести необходимость отслеживать давление в замкнутой системе для сброса избыточного давления, чтобы предотвратить аварийную ситуацию. Поскольку отложения в трубах теплообменников могут изменяться в широких пределах, вплоть до полного перекрытия отверстий, то известное устройство не применимо в случае не проходимости раствора по трубам. Длительное время промывки 3-4 суток.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность полного удаления отложений, в том числе и высокоплотных, из сильно загрязненных труб теплообменников, вплоть до полностью забитых, существенного уменьшения времени очистки.
Для достижения технического результата предлагается устройство, содержащее теплообменник с трубками, подлежащими очистке от накипи, вентили, насос, отстойник, рабочую емкость, в которой находится рабочий раствор и соединенную последовательно с насосом, фильтром, соединенным с коллекторным узлом с монтированными на нем вентилями, к которым подсоединены трубки с наконечниками, соединяющие коллектор с трубками теплообменника, закрепленными в его трубных досках, под каждой из которых расположены соответственно емкости для сбора отработанного раствора, каждая из которых соединена с рабочей емкостью. Фильтр снабжен вентилем для сброса воздуха и краном для отвода шлама в отстойник, который соединен с рабочей емкостью и предназначен для утилизации не только шлама из фильтра, но и раствора из рабочей емкости, которая соединена с емкостью, в которой хранится концентрат, подаваемый через другой насос. Все связи между емкостями выполнены последовательно с помощью, например, армированных резиновых шлангов или трубок, изготовленных из полихлорвинила (ПХВ), на них установлены вентили, позволяющие регулировать работу устройства.
На фигуре 1 представлена схема заявляемого устройства; на фиг. 2а) представлено фото доски теплообменника до чистки, на 2б) - после чистки.
Устройство состоит из рабочей емкости 1, соединенной последовательно с насосом 2, фильтром 3 с помощью, например, шлангов, изготовленных из армированной резины, на которых установлены вентили: между емкостью и насосом вентиль 4, насосом и фильтром вентили 5, 6, 7. Фильтр 3 соединен с коллекторным узлом 8 с монтированными на нем вентили 9, 10, 11, 12, к которым подсоединены трубки с наконечниками 13-16, соединяющие коллектор 8 с теплообменником 17, имеющим трубы 18-21, закрепленные в трубных досках 22, 23, под каждой из которых расположены соответственно емкости 24, 25 для сбора отработанного раствора. Емкости 24, 25 соединены с рабочей емкостью 1. Фильтр 3 снабжен вентилем 26 для сброса воздуха и вентиль 27 для отвода шлама в отстойник 28, который соединен с рабочей емкостью 1. Отстойник 28 предназначен для утилизации не только шлама из фильтра 3, но и раствора из рабочей емкости 1. Поступление отработанных веществ осуществляют с помощью вентилей 4-7. Для обеспечения непрерывности работы устройство снабжено емкостью 29, в которой хранится концентрат, подаваемый насосом 30. Между насосом 30 и рабочей емкостью 1, в которой находится рабочий раствор, установлен вентиль 31, с помощью которого осуществляют подачу концентрата в рабочую емкость 1.
Устройство работает следующим образом.
Открываем вентили 4-6, 9-12 на коллекторе 8 и включаем насос 2. Взаимной регулировкой вентили 5, 6 добиваемся равномерного выхода рабочего раствора из рабочей емкости 1, поступающего через трубы с наконечниками 13-16, в трубы 18-21 теплообменника 17. Раствор, попадая внутрь труб 18-21 теплообменника 17 реагирует с находящимися там отложениями и выходя наружу, стекает по трубным доскам 22, 23 в емкости 24, 25 и далее в рабочую емкость 1, в которой находится рабочий раствор. Таким образом осуществляется циркуляция раствора при очистке. В ходе работы постоянно контролируется концентрация рабочего раствора. При ее уменьшении, открывая вентиль 31 и включая насос 30 добавляем необходимое количество концентрата из емкости 29 в рабочую емкость 1. Периодически открывая вентиль 26, удаляем образовавшиеся газы из устройства. Твердые нерастворившиеся частицы отложений, циркулирующие в устройстве задерживаются фильтром 3 и периодически удаляются в отстойник 28 путем открытия вентиля 27. После окончания очистки, открыв вентили 4-7 и вентиль 27 сливаем отработанный раствор в отстойник 28, для дальнейшей нейтрализации и утилизации.
Пример использования.
Объект очистки - внутренняя поверхность труб теплообменника (фиг. 2а)). Диаметр кожуха 168 мм, трубный пучок, состоящий из 37 латунных труб марки Л68 диаметром 16×1 мм, длина 4000 мм, ГОСТ 27590. В качестве наконечников труб 13-16 использовали медные трубки диаметром 8 мм, длиной 4000 мм. В качестве труб 13-16 использовали трубы ПВХ, вентилей 4-7, 9 - 12, 26, 27, 31 - шаровые краны KB ПВХ (NIBCO INC, USA).
Наконечники труб 13-16 совмещаем с латунными трубками 18-21 теплообменника 17. После открытия вентилей 4-6, 9-12 на коллекторе 8, включаем насос 2, и балансировкой вентилей 4 и 5 устанавливаем равномерный поток рабочего раствора из рабочей емкости 1 на выходах труб 18-21. Вначале практически весь раствор стекает в емкость 24 по трубной доске 22 и далее в рабочую емкость 1 вследствие сильной загрязненности (не проточности) труб 18-21. В ходе растворения отложений внутри труб 18-21 вдвигаем наконечники труб 13-16 в освободившееся от отложений пространство труб 18-21 теплообменника 17. Ход химической реакции контролируем визуально по наличию активного пенообразования на выходах труб 18-21 из трубных досок 22, 23. По мере растворение накипи наконечники труб 13-16 продвигаем вовнутрь труб 18-21 теплообменника 17. Когда наконечники 13-16 будут полностью вдвинуты в трубы 18-21 теплообменника 17 и раствор будет полностью сливаться в емкость 25 по трубной доске 23 останавливаем насос 2 и определяем степень очистки труб 18-21 теплообменника 17 либо визуально, либо механически, вдвигая калиброванный стержень вовнутрь трубок 18-21. Далее наконечники труб 13-16 вынимаем из очищенных труб 18-21 теплообменника 17 и вставляем в следующие трубы теплообменника 17. Процесс очистки повторяется до полной очистки всех труб теплообменника 17 (фиг. 2б)). В ходе работ непрерывно контролируем рН раствора и в случае необходимости дозируем необходимое количество концентрата из емкости 29 вторым насосом 30 при открытом вентиле 31. Периодически, открывая вентиль 26, удаляем образовавшиеся газы из устройства. Твердые нерастворившиеся частицы отложений, циркулирующие в устройстве, задерживаются фильтром 3 и периодически удаляются в отстойник 28 открытием вентиля 27. После окончания очистки, открыв вентили 4-7 и вентиль 27, сливаем отработанный раствор в отстойник 28, для дальнейшей его нейтрализации и утилизации.
Очистка проводилась без демонтажа теплообменника непосредственно в котельной предприятия. Время очистки теплообменника составило 4 часа. Скорость очистки можно существенно увеличить, используя коллектор с большим количеством вентилей.
Данное устройство было также успешно использовано для очистки полностью забитого конвективного пучка парового котла ДКВР-6.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет полностью удалить отложения, в том числе и высокоплотные, из сильно загрязненных труб теплообменников, вплоть до полностью забитых, а также существенно, более чем на порядок, уменьшить времени очистки. Оно является новым, промышленно применимым, а, следовательно, удовлетворяет критериям патентоспособности, предъявляемым к полезным моделям.