УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ

Устройство предназначено для очистки и предупреждения теплопередающих труб теплообменных  аппаратов и технологических трубопроводов от образования отложения (накипь, углеводородные отложения и др.). Устройство может использоваться в котельных, на установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов и производств, на трубах нефтеналивных терминалов.
Эксплуатация теплообменных аппаратов и технологических трубопроводов сопровождается интенсивным образованием отложений (накипи, осаждением углеводородов) на внутренних поверхностях технологического оборудования.
Для теплообменных аппаратов возникновение отложений в виде накипи сопровождается перерасходом топлива и повышением перепада давления на теплообменном аппарате. В трубопроводах транспортировки жидких углеводородов при возникновении отложений снижается проходное сечение и может произойти процесс закупорки.
Формирование в стенках труб теплообменных аппаратов и технологических трубопроводов ультразвуковых импульсов совместно с жидкостью, находящейся в трубах, приводит к разрушению слоя отложений и предупреждению образования новых отложений.
Очищение и предупреждение образований отложений на стенках теплообменных аппаратов и трубопроводов под действием ультразвука обусловлено совокупностью различных процессов. Прежде всего действие ультразвука вызывает непрерывное нарушение кинетики кристаллизации в пристеночном слое. Механическая прочность возникающего тонкого слоя отложений снижается под влиянием жидкой среды и знакопеременных механических движений поверхности.
Вторым факторов является нарушению связи между отложением и поверхностью технологического аппарата посредством образования трещин в слое отложений. В проникающей в трещины жидкой среды происходят процессы кавитации, под действием которых происходит отслаивание отложений.
Приведенные выше факторы ультразвукового воздействия взаимосвязаны и в сумме являются существенным положительным эффектом влияния ультразвука на процессы предотвращения образования отложений и повышения эффективности работы теплообменного аппарата и трубопровода в целом, что в конечном итоге приводит к существенной экономии энергетических и финансовых средств.
Эффективность применения ультразвуковых излучателей зависит от ряда условий:
На сегодняшний день в целях отчистки от накипи известны следующие прототипы: ИЛ-2 г, USP-1000, Акустик-Т, Экоакустик-002, Волна.
Указанные прототипы не обеспечивают эффективную очистку и предупреждение образования отложений по причине того, что излучатели изготовлены из магнитострикционного материала, который подвержен скорому старению и потерей своих магнитострикционных свойств со временем. Генераторы указанных прототипов не обладают автоматической настройкой частоты, поэтому эффективность указанных прототипов существенно снижается со временем. Кроме того, излучатели указанных прототипов обладают повышенным нагревом и не могут применяться в промышленных зонах с повышенными требованиями к взрывопожарозащите. Указанные недостатки значительно сокращают возможности применения прототипов в нефтегазовой промышленности.
Задачей устройства по очистке и предупреждения образования отложений является очистка теплообменных аппаратов и технологических трубопроводов от образовавшихся отложений, а также предупреждение образования новых отложений в условиях промышленной среды с повышенными требованиями к взрывозащите.
Технический результат состоит в создании устройства, позволяющего эффективно функционировать в системе управления в зонах повышенной взрывопожароопасности для очистки и предупреждения образования отложений в теплообменных аппаратов и технологических трубопроводах с помощью ультразвуковых механических воздействий.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для очистки и предупреждения накипи, парафиновых и органических отложений на внутренних поверхностях, включает генератор электрических колебаний, преобразователь электрических колебаний в акустические колебания ультразвуковой частоты, снабженный концентратором и волноводом, В качестве источника ультразвуковых волн использован пьезокерамический элемент как наиболее распространенный и дешевый. Волновод излучателя устанавливается на поверхность технологического трубопровода или теплообменного аппарата с помощью сварки под углами от 30 до 90 градусов относительно оси, расположенной по нормали к продольной оси трубопровода в точке присоединения, что обеспечивает эффективное распространение ультразвуковых колебаний по телу аппарата. Для защиты пьезокерамического элемента от нагревания в случае применения излучателей на трубопроводах и теплообменных аппаратах с высокой температурой применяется составной кольцевой радиатор, устанавливаемый на волновод. Генератор электрических колебаний имеет автоматическую настройку оптимальной частоты, которая зависит от ряда факторов: условий окружающей среды, характеристик озвучиваемых поверхностей, степени старения пьезокерамического элемента и т.д. Управление генератором электрических колебаний производится с помощью внешних сигналов типа сухой контакт. Диагностика параметров функционирования устройства также выполняется электронной схемой генератора. Генераторы могут объединятся в систему автоматического управления с центральный пультом. Устройство выполнено во взрывозащитном исполнении.
Концентратор посредством резьбового соединения соединяется с волноводом, устанавливаемым на поверхность трубы теплообменника с помощью безшлаковой сварки.
Функциональная схема устройства для очистки и предупреждения образования отложений представлена на чертеже.
Устройство для очистки и предупреждения образования отложений содержит генератор электрических колебаний 1, электрический кабель 3, излучатель акустических колебаний 2, включающий пьезокерамический преобразователь, кольцевой радиатор 4, концентратор 5 и волновод 6, который посредством резьбового соединения крепится к концентратору 5 и посредством сварки устанавливается на трубу 7 или теплообменный аппарат. Акустический контакт между концентратором 5 и волноводом 6 осуществляется посредством сварки. Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. На входную и выходную трубы теплообменного аппарата с помощью сварки устанавливаются волноводы 6 в количестве 1 штука на 10 м2 теплообменной поверхности теплообменного аппарата(технологического трубопровода). На волноводы 6 посредством резьбового соединения размещаются концентраторы 5 излучателей акустических колебаний 2.
Излучатели акустических колебаний 2 подключаются к генератору электрических колебаний 1. Один генератор электрических колебаний может инициировать акустические колебания в излучателе и автоматически подстраивать частоты к оптимальной, при которой происходит наибольшая отдача мощности и выделяется наименьшее количество тепла на пьезокерамическом модуле. Акустические колебания, формируемые излучателем акустических колебаний 2, распространяются в материале теплообменного аппарата или технологического трубопровода. Это приводит к тому, что сжатия и разряжения в материале трубопроводов в слое отложений производит отслаивание возникших отложений и предупреждает образование новых [Аксельбанд A.M. Ультразвук предупреждает накипь. - Одесса,: Маяк, 1965, - 60 с.].
Предлагаемое устройство может быть использовано как для очистки теплообменников и технологических трубопроводов от отложений, так и для предупреждения новых отложений, что позволит сократить энергетические и финансовые потери.