СТЕНД ПРОМЫВОЧНЫЙ
WASHING RIG

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к методам промывки контурных систем атомных паропроизводящих установок (АППУ), и может быть использовано при промывке трубопроводов различных энергетических объектов, а также при ремонте энергетических и транспортных систем.
Ресурс и эксплуатационная надежность оборудования систем различного назначения зависит от чистоты внутренних полостей, тщательной очисткой которых можно предотвратить преждевременное изнашивание ответственных элементов конструкций и увеличить продолжительность их безотказной работы. Солесодержание в воде высокой чистоты (ВВЧ) также оказывает серьезное влияние на ресурс и эксплуатационную надежность оборудования, так как в зависимости от его величины могут провоцироваться или снижаться коррозионные процессы во внутренних полостях и трактах.
Именно поэтому требования к чистоте внутренних поверхностей и трактов к солесодержанию в ВВЧ являются обязательными практически для всех систем и энергоустановок, включая атомные. Все эти требования изложены в соответствующих нормативных документах.
Известна гидростанция по патенту РФ №129423 на полезную модель, которая может быть использована для промывки в производственных условиях внутренних поверхностей насосно-компрессорных труб, насосов и другого оборудования. Гидростанция промывочная содержит гидравлические насосы высокого давления, бак с теплоизоляцией и нагревательным элементом, соединительные трубопроводы с арматурой, предохранительные клапаны, фильтры очистки, напорный и сливной коллекторы, редукционный клапан, вентиль регулирования давления, контрольно-измерительные приборы, фильтр для заправки жидкости в бак от внешнего источника.
Известен стенд для промывки трубопроводов по авторскому свидетельству №1052290, содержащий магистраль нагнетания моющей жидкости в очищаемый трубопровод, содержащую насос и фильтры, магистраль слива, содержащую сливной бак и фильтр, магистраль сжатого воздуха в очищаемый трубопровод, соединенную в магистраль нагнетания, при этом магистраль нагнетания моющей жидкости снабжена измерителем скорости изменения давления, вибрационным насосом, который установлен после фильтров по ходу потока моющей жидкости, а магистраль подачи сжатого газа соединена с выходом вибрационного насоса и имеет кран, связанный с измерителем скорости изменения давления жидкости. Недостатками указанных аналогов являются:
- моющая среда при работе стенда движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, и, как следствие, необходимо дополнительное время для их промывки;
- отсутствие устройств для внутренней промывки стенда «на себя» не позволяет провести очистку внутренних полостей стенда до его подключения к промываемой системе, что способствует внесению дополнительного загрязнения в полости промываемой системы и, как следствие, необходимо дополнительное время для промывки;
- отсутствует оборудование (ионообменные фильтры) для проведения обессоливания моющей среды, поэтому невозможно обеспечить технические требования промываемых систем;
- отсутствует система осушки инертным газом и воздухом.
Известны типовые принципиальные схемы для гидродинамической промывки и просушки изделий (авторы В.В. Соловьев, Е.А. Константинов «Предпусковые очистки и промывки оборудования ЯЭУ» Москва, Энергоиздат, 1984 г., стр. 118 и 119), использованные на действующих заводских промывочных стендах. Такие стенды состоят из расходного бака (бак запаса на рис. 11.2), снабженного датчиком уровня, подогревателями и воздушным гуськом с фильтром тонкой очистки, насоса, фильтров тонкой очистки, напорной магистрали, сливной магистрали, имеющей систему фильтров грубой и тонкой очистки, магнитный фильтр, ионообменный фильтр и систему осушки инертным газом и воздухом. В отличие от других рассмотренных аналогов данный стенд обеспечивает нормативную чистоту и обессоливание промываемых систем.
Недостатками данного стенда гидродинамической промывки являются:
- моющая среда при работе стенда движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, и, как следствие необходимо дополнительное время для их промывки;
отсутствие устройств для внутренней промывки стенда «на себя» не позволяет провести очистку внутренних полостей стенда до его подключения к промываемой системе, что способствует внесению дополнительного загрязнения в полости промываемой системы и, как следствие, необходимо дополнительное время для промывки. В то же время данный стенд гидродинамической промывки является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принят за прототип.
Для обеспечения заданного водно-химического режима (ВХР) и чистоты при гидродинамической промывке энергетических объектов по замкнутому циклу промывочный стенд должен включать в себя расходный бак для промывочной воды, насосы с электродвигателями, фильтры механической очистки и ионообменные фильтры, контрольно-измерительные приборы, подогреватели ВВЧ и теплообменники, системы осушки инертным газом и сжатым воздухом.
Для повышения сорбирующих свойств ионообменных фильтров промывочную воду нагревают. Лучшим считается электрический подогрев, так как при его использовании легче автоматизировать в заданных пределах температуры промывочной среды в расходном баке и ионообменном фильтре путем блокировки датчиков с нагревательными элементами.
Должна быть также предусмотрена система охлаждения, поскольку промывочная среда быстро нагревается в результате гидравлического трения о внутренние стенки полостей и трубопроводов, особенно малых диаметров, а охлаждаться в расходном баке не успевает, так как из-за мобильности и оптимальности массогабаритных характеристик таких стендов объем расходного бака выбирается из расчета двухминутной суммарной производительности напорных насосов.
Средства удаления загрязнений из состава промывочной воды в стендах для промывки по замкнутому циклу условно подразделяются на две категории:
- продукты коррозии и другие загрязнения удаляют механическими фильтрами;
- обессоливание осуществляют в ионообменных фильтрах с катионитом и анионитом (иониты).
Для исключения процессов коррозии во внутренних полостях промываемых систем промывочных стендов в процессе их хранения, стенд должен быть оснащен системой осушки инертным газом или воздухом.
Как показал многолетний опыт проведения работ по промывке контурных систем АППУ, только такие промывочные стенды могут обеспечить нормативные показатели ВВЧ по обеспечению тонкости фильтрации твердых частиц, содержанию хлоридов, щелочному показателю, содержанию нефтепродуктов, железа, меди. Продолжительность промывки систем достаточно велика, а трудоемкость промывки гидросистем может составлять до 40% от общих затрат времени на изготовление и сборку всего агрегата. Мощность электропривода промывочного стенда по замкнутому циклу в судостроении может достигать более 200 кВт, поэтому затраты на электроэнергию в масштабах судостроительного завода весьма значительны.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокопроизводительного, надежного и сравнительно недорогого промывочного стенда, обеспечивающего нормативную чистоту и обессоливание промываемых систем при значительном сокращении времени промывки.
Основной технический результат, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, заключается в повышении эффективности и качества промывки за счет:
- промывки стенда «на себя»;
- возможности реверса потока моющей жидкости в промываемой системе или изделии;
- возможности периодического контроля чистоты моющей жидкости без остановки гидропривода стенда.
Получение указанного технического результата обеспечивается в стенде для промывки внутренних полостей энергетических систем, содержащем расходный бак для промывочной воды, насосы с электродвигателями, трубопроводы с арматурой, фильтры механической очистки и ионообменный фильтр, нагреватели паровой и электрический, теплообменник, систему осушки инертным газом или сжатым воздухом. Кроме того, стенд оборудован устройством для изменения направления промывочного потока, состоящим из двух бесконтактно пересекающихся труб, одна из которых соединена с нагнетательным трубопроводом через трехходовой клапан с электроприводом, а со сливным трубопроводом через тройник, а вторая - с нагнетательным трубопроводом - через тройник, а со сливным трубопроводом - через аналогичный трехходовой клапан.
Для внутренней промывки стенда между сливным и напорным трубопроводами установлена перемычка, выполненная из двух частей, соединенных межфланцевой диафрагмой с набором колец различных внутренних диаметров. В расходном баке выполнены гнезда, закрывающиеся откидными крышками с уплотнениями, в которые вставлены фильтроэлементы. Над расходным баком перпендикулярно его гнездам установлены патрубки коллектора слива с запорной арматурой, при этом опорные фланцы фильтроэлементов лежат на кольцевых площадках гнезд, а сами фильтроэлементы через сквозные отверстия гнезд частично погружены в промывочную воду полости расходного бака (на величину Н1).
В частном случае отводная труба для выхода промывочной воды из ионообменного фильтра выполнена в виде петлеобразного стояка с клапаном в нижней его части, причем уровень верхней части петли выше верхней крышки ионообменного фильтра (на величину Н2), выше которой (на величину Н3) установлен бункер загрузки ионитов конусной формы, имеющий клапан и трубопровод, вмонтированный в верхнюю часть бункера по касательной к его внутренней поверхности.
В другом частном случае в системе осушки инертным газом или сжатым воздухом последовательно установлены клапан воздушный, клапан обратный, редуктор давления и впускной клапан.
В третьем частном случае в выходное отверстие расходного бака, соединенное с всасывающим патрубком насоса промывки, вмонтировано антикавитационное устройство.
Устройство для изменения направления промывочного потока сокращает общее время промывки систем или изделий, так как позволяет эффективно ликвидировать грязевые отложения в застойных зонах промываемых полостей и трактов. Предлагаемая конструкция устройства с использованием трехходовых клапанов с электроприводом позволяет дистанционно управлять или запрограммировать процесс промывки.
Перемычка, установленная между сливным и напорным трубопроводами стенда, позволяет вести промывку стенда «на себя», то есть очищать полость стенда от внутренней грязи, которая удаляется через фильтроэлементы, установленные в гнездах расходного бака. Таким образом, внутренняя грязь стенда не попадает во внутренние полости промываемого объекта, поэтому сокращается общее время промывки. Межфланцевая диафрагма с набором колец различных внутренних диаметров позволяет (методом подбора колец) создать такое гидравлическое сопротивление, которое обеспечивает работу нагнетательного насоса в номинальном режиме и предохраняет насос и электропривод от снижения моторесурса.
Предлагаемая конструкция расходного бака с коллектором слива, гнездами с не полностью погруженными в воду бака фильтроэлементами, запорной арматурой и патрубками, установленными перпендикулярно гнездам, позволяет проводить периодический контроль загрязненности фильтроэлементов и, при необходимости их замены, менять фильтроэлементы без остановки процесса промывки, что также сокращает общее время процесса промывки. Антикавитационное устройство в расходном баке предохраняет нагнетательный насос от подсоса воздуха из полости бака.
Петлеобразный стояк отводной трубы из ионообменного фильтра обеспечивает гарантированный подпор воды Н2 в корпус ионообменного фильтра и предохраняет находящиеся в нем катионит и анионит от взаимодействия с воздухом (компоненты теряют свои сорбирующие свойства от взаимодействия с воздухом).
Длительная изоляция катионита и ионита от воздуха позволяет увеличить срок перезарядки ионообменного фильтра, а следовательно, и общие сроки промывки, а также осуществить экономию расхода указанных компонентов, которые имеют высокую цену. Предлагаемая конструкция бункера загрузки катионита и анионита в ионообменный фильтр обеспечивает быструю и качественную загрузку компонентов в ионообменный фильтр в струе воды, при этом сохраняется качество компонентов и полностью устраняется зависание компонентов в ручных загрузочных устройствах (воронках), используемых в настоящее время при промывке систем и изделий.
Предлагаемая система осушки инертным газом или сжатым воздухом позволяет увеличить срок использования по назначению стенда промывки за счет уменьшения процессов коррозии внутренних поверхностей полостей и трактов при продувке их инертным газом или сжатым воздухом, что позволяет эффективно удалять остатки воды из внутренних объемов стенда. Эта операция может быть успешно выполнена системой осушки, в которой последовательно установлены клапан воздушный, клапан обратный, редуктор давления, впускной клапан.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:
Фиг. 1 - Принципиальная пневмогидравлическая схема стенда промывочного;
Фиг. 2 - Расположение коллектора на расходном баке 1 (вид сверху на бак);
Фиг. 3 - Сечение А-А. Расположение коллектора, запорной арматуры, антикавитационного устройства в гнезде расходного бака 1;
Фиг. 4 - Вид В. Антикавитационное устройство в плане;
Фиг. 5 - Бункер загрузки ионитов с клапаном и трубопроводом;
Фиг. 6 - Вид С. Бункер загрузки ионитов;
Фиг. 7 - Выгрузка-загрузка фильтроэлемента в гнезде расходного бака.
Стенд промывочный представляет собой комплект оборудования, смонтированного в закрытом помещении. Помещение стенда собрано на стальном сварном каркасе, который зашит съемными панелями из листовой стали с тепло- и звукоизоляцией. Для крепления оборудования, арматуры и контрольно-измерительных приборов (КИП) внутри помещения расположены фундаменты, опоры, кронштейны.
Система промывки стенда скомпонована (фиг. 1) из бака расходного 1, насоса промывки 2, обратного клапана 3, клапана запорного 4, фильтра механической очистки 5, устройства для изменения направления промывочного потока 6, двух тройников 7, двух трехходовых клапанов с электроприводом 8, перемычки 9 для внутренней промывки стенда, межфланцевой диафрагмы 10 с набором колец 11 различных внутренних диаметров, двух наружных промывочных фланцев 12, сливных трубопроводов 13, нагнетательных трубопроводов 14. Над баком расходным (фиг. 2 и 3), перпендикулярно его гнездам 46, смонтированы патрубки 47 коллектора слива 15 с запорной арматурой 16, при этом опорные фланцы 48 фильтроэлементов 17 лежат на кольцевых площадках 49 гнезд 46, а сами фильтроэлементы 17 через сквозные отверстия 50 гнезд 46 и бака 1 погружены на величину Н1 в промывочную воду полости расходного бака 1 (фиг. 3), на гнездах 46 расходного бака 1 установлены откидные крышки 51 (фиг. 2 и 3) с уплотнениями 52.
В выходное отверстие 53 расходного бака 1, соединенного с всасывающим патрубком 54 насоса промывки 2, вмонтировано антикавитационное устройство 55 (фиг. 3 и 4) во внутренней полости расходного бака 1, установлены электрический нагреватель 18, теплообменник 19 и датчик солемер 20. Теплообменник 19 имеет две функции: охладителя промывочной воды при подключении воды охлаждения через клапаны 46 или нагревателя при подключении пара через клапаны 47. На крышке расходного бака 1 установлен воздушный гусек 22 с воздушным фильтром 21.
Система обессоливания стенда (фиг. 1) скомпонована из ионообменного фильтра 23 насоса наполнения 24, теплообменника 25, бункера загрузки ионитов 26, датчика солемера 27, кондуктора-солемера 28, обратного клапана 29, клапана 30, клапана 31, петлеобразного стояка 63 с клапаном 32, клапана 33, клапана 34 слива промывочной ВВЧ с ионообменного фильтра 23, клапана 35, трубопровода загрузки ионитов 36, трубопровода слива ионитов 37 с прозрачной вставкой, трубопроводов 38 системы обессоливания воды, клапана загрузки ионитов 39, двух клапанов воды охлаждения 40, клапанов запорных 41, 42, 43, клапана 44 слива ВВЧ и клапана 45 подачи ВВЧ.
Система загрузки ионитов (фиг. 5 и 6) скомпонована из бункера 26 загрузки ионитов, клапана загрузки ионитов 39 и трубопроводов 36 и 56. Бункер 26 устанавливается в помещении стенда на высоту Н3 от верхней крышки ионитного фильтра 23 (фиг. 1). Трубопровод 56 вводится по касательной в бункер 26.
Система осушки инертным газом или сжатым воздухом 57 скомпонована из клапана воздушного 58, клапана обратного 59, редуктора давления 60, впускного клапана 61 (фиг. 1).
Стенд промывочный работает следующим образом.
Гидравлическая схема стенда промывки (фиг. 1) обеспечивает его работу в следующих режимах:
- заполнение расходного бака 1;
- внутренняя промывка стенда «на себя»;
- заполнение ВВЧ промываемых систем 65;
- промывка промываемых систем 65;
- осушение расходного бака 1;
- продувка промываемых систем 65;
- подогрев расходного бака 1 паром.
Заполнение расходного бака 1. Исходное положение - все клапаны закрыты (фиг. 1). Открыть клапаны 45, 43, 42, 41, 31, 30, 16. Включить насос 24. Произвести заполнение ВВЧ расходного бака 1 до уровня Н1. Заполнение расходного бака 1 автоматически контролируется уровнемерами, которые настроены на максимальный и минимальный уровни ВВЧ и на гидравлической схеме (фиг. 1) не показаны. При достижении максимального уровня Н1 или при аварийном падении уровня насос 24 автоматически отключается, после чего все клапаны необходимо привести в исходное положение.
Внутренняя промывка стенда «на себя». Для внутренней промывки стенда «на себя» должна быть подготовлена система обессоливания. Для этого необходимо промыть ВВЧ внутреннюю полость ионообменного фильтра 23 и заполнить ее ионитами в необходимой пропорции.
Промывка фильтра 23 (фиг. 1) производится следующим образом. Исходное положение - все клапаны закрыты. Открыть клапаны 45, 43, 42, 41, 33, 34. Включить насос 24. Слив промывочной ВВЧ произвести в канализацию. Контроль чистоты ВВЧ производить визуально через прозрачную вставку сливного трубопровода 37. После выхода всех остатков загрязнений с ВВЧ из фильтра 23 выключить насос 24. Клапаны привести в исходное положение.
Заполнение фильтра 23 ионитами (фиг. 1, 5 и 6). Исходное положение - все клапаны закрыты. Открыть клапаны 45, 43, 42, 41, 35. Включить насос 24 и открыть клапан 39, начать загрузку ионитов через бункер 26. Проводить порционную загрузку ионитов в фильтр 23. Их появление в прозрачной вставке 37 не допустимо. После порционной загрузки ионитов в фильтр 23 через бункер 26, выключить насос 24 и привести клапаны в исходное положение.
Обессоливание ВВЧ в стенде. Исходное положение - все клапаны закрыты. Открыть клапаны 43, 42, 41, 33, 32, 30, 16, 62. Включить насос 24. Обессоливание может производиться только в ламинарном потоке, поэтому через частотный преобразователь необходимо уменьшить частоту оборотов вала насоса 24. Контроль концентрации солей в ВВЧ осуществлять с помощью кондуктора-солемера 28 от датчика 20, установленного на расходном баке 1, и датчика 27, установленного на трубопроводе системы обессоливания, а также отбора проб ВВЧ для лабораторного анализа. При необходимости, включить электрический нагреватель 18 или через клапаны 40 подключить теплообменник 25. Достигнув требуемой концентрации солей в ВВЧ, процесс обессоливания прекратить, насос 24 выключить, клапаны привести в исходное положение.
Внутренняя промывка стенда. Для внутренней промывки стенда (фиг. 1) установить перемычку 9 с межфланцевой диафрагмой 10 и кольцом 11 с внутренним диаметром соответствующим гидравлическому расчету. Фланцы 12 заглушить. Исходное положение - все клапаны закрыты. Трехходовые клапаны с электроприводом 8 на трубопроводах нагнетания 14 и слива 13 переключить в положение, обеспечивающее направление промываемого потока в одном из двух направлений. Открыть клапаны 4, 16, 66. Включить насос 2. При необходимости, включить на обогрев ВВЧ нагреватель электрический 18 и теплообменник 19 через клапаны 46.
Производить промывку стенда «на себя» до достижения требуемой концентрации солей ВВЧ, а также полного отсутствия грязи в фильтроэлементах 17. Концентрация солей ВВЧ контролируется кондуктором - солемером 28, а очищение ВВЧ от механических примесей осуществляется (фиг. 7) фильтроэлементами 17, которые вытаскивают из гнезд 46, визуально осматривают, промывают и устанавливают обратно на кольцевые площадки 49 гнезд 46. Для того чтобы вытащить или вставить фильтроэлемент 17 в гнездо 46, необходимо откинуть крышку 51. В гнездо 46 фильтроэлемент 17 устанавливается опорным фланцем 48 на кольцевую площадку 49.
Заполнение ВВЧ промываемых систем 65. Демонтировать перемычку 9 с межфланцевой диафрагмой 10. Заглушить фланцы 64. Соединить промываемую систему 65 с фланцами 12 стенда промывочного. Установить трехходовые клапаны с электроприводом 8 на нагнетательном и сливном трубопроводах 14 и 13 в положение, соответствующее выбранному направлению промывочного потока. Открыть клапан 4, клапан 66, клапаны 16 и включить насос 2. В случае достижения ВВЧ предельного, нижнего уровня по датчику нижнего уровня в расходном баке 1, насос промывки 2 выключается автоматически со звуковой и световой сигнализацией. При необходимости, дозаправки промывочной ВВЧ расходного бака 1, производятся операции «Заполнение расходного бака 1» и «Обессоливание ВВЧ в стенде». По окончании заполнения промываемой системы 65 клапаны привести в исходное положение.
Промывка промываемых систем 65. При выполнении данной операции стенд должен быть соединен с промываемой системой 65, а расходный бак 1 должен иметь максимальный уровень ВВЧ - Н1. Исходное положение - все клапаны закрыты. Установить трехходовые краны с электроприводом 8 на нагнетательном и сливном трубопроводах 14 и 13 в положение, соответствующее выбранному направлению промывочного потока. Открыть клапаны 4, 66, 16. Включить промывочный насос 2. При необходимости, включать электрический нагреватель 18 и через клапаны 46 подключать воду в теплообменник 19.
Чистоту промывочной ВВЧ контролировать визуально на фильтроэлементах 16, от датчика 20 на кондукторе-солемере 28 и по лабораторному анализу проб. При достижении нормальной чистоты ВВЧ, отключить насос 2. Все клапаны привести в исходное положение. Отсоединить промываемую систему 65 от стенда через фланцы 12.
Осушение расходного бака 1. Стенд подключить к заводской системе слива ВВЧ.
Исходное положение - все клапаны закрыты. Открыть клапаны 62, 43, 42, 44. Включить насос 24. Отключение насоса 24 производится по датчику сухого хода насоса 24. Контроль наличия остатков ВВЧ в баке и их слив производится открытием клапана 67.
Продувка промываемых систем. При выполнении данной операции стенд должен быть соединен с промываемой системой 65. Расходный бак 1 и промываемая система 65 должны быть осушены.
К системе осушки инертным газом или сжатым воздухом 57 подключить заводскую систему или баллон с инертным газом или сжатым воздухом. Исходное положение - все клапаны закрыты. Установить трехходовые краны с электроприводом 8 в положение, соответствующее выбранному направлению воздушного или газового потока. Открыть в следующей последовательности клапаны 4, 66, 16, 58, 61, клапан баллона или системы сжатого воздуха. Регулировка газового потока осуществляется редуктором давления 60. Поток газа, пройдя через трубопровод нагнетания 14, устройство для измерения направления промываемого потока 6, промывочную систему 65, трубопровод слива 13, клапан 66, коллектор слива 15, запорную арматуру 16, фильтроэлементы 17, попадает в полость расходного бака 1 и выходит вместе с парами влаги через фильтр воздушный 21 и воздушный гусек 22.
Время операции продувки определяется технологическим процессом. Контроль за процессом продувки осуществляется приборами на редукторе давления 60.
Подогрев расходного бака 1 паром. Подключить стенд к заводскому паропроводу. Исходное положение - все клапаны закрыты. Открыть клапаны 47. Операция выполняется при наличии ВВЧ в стенде в период межоперационного хранения при отрицательных температурах окружающего воздуха и обесточивании стенда.
Таким образом, конструкция заявляемого стенда промывки обеспечивает нормативную чистоту и обессоливание промываемых систем при значительном сокращении времени промывки и соответствующей экономии энергозатрат и используемых ионитов.