close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2335463

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 335 463
(13)
C2
(51) МПК
C02F 1/48
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005136859/15, 23.04.2004
(72) Автор(ы):
ВАСКААС Магне (NO)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
23.04.2004
(73) Патентообладатель(и):
ЕМТ Рисёч АСА (NO)
R U
(30) Конвенционный приоритет:
23.04.2003 GB 0309224.4
(43) Дата публикации за вки: 10.06.2006
(45) Опубликовано: 10.10.2008 Бюл. № 28
2 3 3 5 4 6 3
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ЕР 0661237 A1, 05.07.1995. DE 4241756
A, 16.06.1994. US 5071532 A, 10.12.1991. US
6334957 A, 01.01.2002. SU 346 A, 30.05.1925.
(85) Дата перевода за вки PCT на национальную фазу:
23.11.2005
2 3 3 5 4 6 3
R U
(87) Публикаци PCT:
WO 2004/094319 (04.11.2004)
C 2
C 2
(86) За вка PCT:
NO 2004/000116 (23.04.2004)
Адрес дл переписки:
191186, Санкт-Петербург, а/ 230, "АРСПАТЕНТ", пат.пов. М.В.Хмаре, рег. № 771
(54) СПОСОБ СОКРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ
ОБОРУДОВАНИИ
(57) Реферат:
Изобретение относитс к способу сокращени образовани отложений в технологическом
оборудовании, таком как теплообменники, где
протекают однофазные или многофазные текучие
среды.
Способ
включает
приложение
электрического потенциала посто нного тока к
стенке трубы или трубопровода, чтобы исключить
электрический вклад в коэффициент трени ,
причем приложенный потенциал посто нного тока
имеет
значение,
равное
по
величине
и
противоположное
по
знаку
потенциалу,
естественным путем возникающему в потоке
текучей среды из-за возникновени электрических
зар дов на стенке трубы или трубопровода в
результате взаимодействи текущей среды и
материала стенки. Улучшение скорости потока
приводит
к
более
эффективной
работе
теплообменника, то есть к более низкой скорости
образовани отложений и более высокой скорости
удалени неорганических агентов. Текуча среда
может представл ть собой чистую жидкость,
коллоидный раствор или может содержать
включени в форме частиц. Технический результат
состоит в уменьшении отложений на стенках
трубопровода при снижении трени у стенки
трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.
Страница: 1
RU
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 335 463
(13)
C2
(51) Int. Cl.
C02F 1/48
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005136859/15, 23.04.2004
(72) Inventor(s):
VASKAAS Magne (NO)
(24) Effective date for property rights: 23.04.2004
(73) Proprietor(s):
EMT Risech ASA (NO)
(30) Priority:
23.04.2003 GB 0309224.4
R U
(43) Application published: 10.06.2006
(45) Date of publication: 10.10.2008 Bull. 28
2 3 3 5 4 6 3
(85) Commencement of national phase: 23.11.2005
(86) PCT application:
NO 2004/000116 (23.04.2004)
(87) PCT publication:
WO 2004/094319 (04.11.2004)
(57) Abstract:
FIELD: technological processes; physics.
SUBSTANCE: method includes application of
electric potential of direct current to wall of
pipe or pipeline to exclude electric contribution
into
friction
coefficient,
at
that
applied
potential of direct current has value equal and
opposite in sign to potential that naturally
occurs in flow of liquid medium as a result of
electric charges generation on wall of pipe or
pipeline due to interaction of liquid medium and
wall material. Improvement of flow rate results
in more efficient operation of heat exchanger,
i.e. to lower rate of deposits formation and
higher rate of non-organic agents removal. Liquid
medium may represent pure liquid, colloidal
solution or may contain inclusions in the shape
of particles.
EFFECT: reduction of deposits on walls of
pipelines with reduction of friction at pipeline wall.
7 cl, 12 dwg
R U
2 3 3 5 4 6 3
(54) METHOD OF REDUCTION OF DEPOSITS FORMATION IN PROCESS EQUIPMENT
Страница: 2
EN
C 2
C 2
Mail address:
191186, Sankt-Peterburg, a/ja 230, "ARSPATENT", pat.pov. M.V.Khmare, reg. № 771
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Область техники
Изобретение относитс к способу и устройству дл улучшени скоростей потоков и
сокращени образовани отложений в технологическом оборудовании, таким как
теплообменники, где протекают однофазные или многофазные текучие среды. Улучшение
скорости потока приводит к более эффективной работе теплообменника, т.е. к более
низкой скорости образовани отложений и более высокой скорости удалени неорганических агентов. Текуча среда может представл ть собой чистую жидкость,
коллоидный раствор или может содержать включени в форме частиц.
Предпосылки изобретени Образование осадков (отложений) на поверхност х теплообменников вл етс основным фактором, определ ющим эффективность их работы. Накапливание отложений
на поверхност х теплообменников всегда приводит к снижению степени теплопередачи и
может вызвать другие проблемы в работе оборудовани . Теплообменники используютс почти в любой отрасли промышленности, включа обрабатывающую промышленность и
нефт ную промышленность. Таким образом, проблема образовани отложений существует
почти во всех отрасл х промышленности. Размер затрат, св занных с образованием
отложений в индустриальном мире, составл ет пор дка 40000 миллионов долларов США в
год [1].
Не смотр на огромные затраты, св занные с образованием отложений, в отношении
этой проблемы проводились только весьма ограниченные исследовани . Надежные
сведени об экономике образовани отложений вл ютс важными дл оценки
эффективности стратегий борьбы с ними. Несмотр на большой практический опыт в
разработке методов предотвращени образовани отложений и результаты проводимых
исследований, образование отложений в теплообменниках до сих пор вл етс существенной проблемой. Следовательно, имеетс больша потребность в разработке
новых и эффективных способов снижени или предотвращени образовани отложений в
теплообменниках [1].
Предшествующий уровень техники
Известен р д химических и физико-механических способов снижени /удалени отложений и/или вредных веществ в системах, где протекают вода или другие
технологические жидкости. Однако их эффективность сильно отличаетс и они имеют
некоторые недостатки.
Одними из широко известных и длительно использующихс методов решени проблемы
отложений и/или осадков вредных веществ в теплообменниках вл ютс так называемые
химические способы, при которых один или несколько агентов добавл ют к жидкости в
системе дл увеличени растворимости веществ, которые образуют отложени . Известно,
что эти способы вл ютс эффективными как дл предотвращени образовани отложений/осадков вредных веществ, так и дл растворени уже образовавшихс осадков.
В случае теплообменников общий подход заключаетс в добавлении агента/агентов к
технологическим жидкост м, которые, как правило, ухудшают качество
охлаждающей/нагревающей среды и могут представл ть угрозу окружающей среды. Эти
проблемы можно решить выполнением периодических очистительных процедур, при
которых теплообменник отсоедин ют от технологической линии и пропускают через него
очищающую жидкость. Но в этом случае нормальна работа оборудовани приостанавливаетс , увеличива тем самым затраты. В результате химические методы
вл ютс слишком дорогосто щими и трудоемкими, чтобы вл тьс приемлемым
решением проблемы образовани отложений/осадков вредных веществ.
Кроме того, дл предотвращени образовани отложений и в некоторых случа х дл очистки отложений все больше используют способы с приложением электрического и/или
магнитного пол на протекающую воду и/или технологическую жидкость. Считают, что
приложение электромагнитных полей на протекающую воду/ жидкость приводит к
образованию в объеме жидкости дерных кластеров, которые действуют как зародыши
кристаллов так, что вещества, образующие осадки, осаждаютс в объеме жидкости в виде
Страница: 3
DE
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
твердых суспендированных частиц, которые унос тс потоком жидкости. Пример такой
технологии раскрыт в ЕР 0720588, где воду подвергают радиочастотному облучению дл предотвращени образовани отложений. Также сообщалось, что магнитные пол могут
быть полезны дл предотвращени образовани известковых отложений почти также, как и
электрические пол . Пример такой технологии раскрыт в US 4278549. В WO 94/02422
описано устройство и способ, при котором воду подвергают микроволновому облучению,
частоту которого регулируют таким образом, чтобы абсорбировалось одно или несколько
из следующих ионов/соединений: Са 2+, СО3 2-, НСО3 -, СО2, СаНСО3 +, H2СО3 и Н2О.
Считают, что электромагнитное облучение вызывает осаждение микрочастиц в объеме
жидкости, поток которой их уносит, а не на поверхност х технологического оборудовани .
Эффект электромагнитной обработки осажденного Са2СО3 подробно обсуждаетс в
Американском институте нефти [2] и учеными [3-10]. Результаты, полученные во многих
экспериментах, вл ютс противоречивыми. Некоторые результаты показывают, что
электрические и/или магнитные пол уменьшают осаждение карбоната кальци , а другие что нет. Однако способы, которые примен ют дл приложени электрических/магнитных
полей, отличаютс в разных экспериментах. Следовательно, параметры, которые
описывают системы приложени полей, отличаютс в разных экспериментах. Кроме того,
не сообщаетс о количественном соотношении между параметрами
электрических/магнитных полей и эффектом на систему, по которой протекает жидкость.
Таким образом, при отсутствии научных знаний почти невозможно полностью
контролировать эффект этих методов на осаждение карбоната кальци .
Дл того чтобы пон ть механизмы образовани отложений и снизить степень их
образовани в теплообменниках, были проведены теоретические и экспериментальные
исследовани . Эти механизмы включают кристаллизационное осаждение, осаждение
частиц, биологическое осаждение, осаждение посредством химических реакций,
коррозионное осаждение и осаждение при охлаждении. Маловеро тно, что осаждение
происходит исключительно по какому-либо одному механизму, однако, во многих случа х
один из механизмов вл етс доминирующим. Исследовани многих механизмов, имеющих
место при образовании осаждений, вы вили, что следующие параметры имеют
преобладающее значение с точки зрени управлени процессом осаждени : градиент
температуры через поверхность теплообменника, концентраци осаждающихс веществ и
скорость потока у поверхности теплообменника [11], [12]. В насто щем изобретении
используетс последний из указанных параметров.
Задачи изобретени Основной задачей изобретени вл етс разработка способа и устройства дл улучшени /усилени скорости потока в технологическом оборудовании, в котором
протекает текуча среда, дл того чтобы уменьшить или устранить проблему образовани отложений.
Другой задачей изобретени вл етс разработка способа и устройства дл улучшени /усилени скорости потока у поверхностей теплообменников дл увеличени эффективности теплообменников и одновременного уменьшени или устранени проблемы образовани отложений.
Сущность изобретени Указанные задачи изобретени решены благодар созданию способа и устройства,
охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретени и описанных в нижеследующем
описании.
Изобретение частично основано на эффекте, который был обнаружен автором
изобретени , и вл етс основанием дл другого изобретени , охран емого, например,
патентом US 6334957 или соответствующей за вкой ЕР 1021376. В этих патентах-аналогах
подробно описан указанный эффект, и, следовательно, они включены в данную за вки
посредством ссылки. Здесь дано только краткое описание этого эффекта:
- когда через трубу течет жидкость, из-за возникающих в граничном слое усилий
сдвига у стенки трубы по вл ютс несв занные электрические зар ды. В результате у
Страница: 4
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
стенки трубы возникает электрический потенциал (потенциал, сгенерированный трением),
который будет прит гивать и удерживать зар женные частицы, ионы, диполи, имеющиес в
жидкости, и, таким образом, индуцировать силу трени , котора уменьшает скорость
потока жидкости в трубе. Этот вклад в замедление потока обычно называют электрическим
вкладом в коэффициент трени .
Изобретение, описанное в US 6334957, основано на том, что это накапливание
электрических зар дов на границе текуча среда - твердое вещество можно предотвратить
путем приложени электрического потенциала посто нного тока к стенке трубы, который
будет равен электрическому потенциалу зар дов у стенки. В результате электромагнитные
силы, которые прит гивают ионы и пол рные молекулы, уменьшатс , и ионы и пол рные
молекулы смогут свободно перемещатьс вместе с текучей средой. Другими словами,
электрический вклад в коэффициент трени становитс равным нулю, средн скорость
потока текучей среды возрастает, особенно у границы текуча среда - твердое вещество
(у стенки). В US 6334957 описан способ регулировани , при котором приложенный
электрический потенциал посто нного тока в каждый момент времени компенсирует
электрический потенциал, сгенерированный трением, и устройство дл осуществлени этого способа.
Насто щее изобретение основано на открытии, что устранение электрической
составл ющей коэффициента трени в текущих через трубопровод средах,
теплообменниках, реакторах и любых других формах технологического оборудовани также
представл ет собой удобное и эффективное средство дл предотвращени и, в некоторых
случа х, удалени уже образовавшихс осадков и отложений. Другими словами, можно
уменьшить степень образовани отложений и любых видов твердых осадков на стенках
теплообменников и другого технологического оборудовани путем увеличени скоростей
потоков у поверхностей теплообменников и этого оборудовани . Считают, что благодар увеличению скоростей потоков у границы текуча среда - твердое вещество (у стенки
теплообменника) больша часть твердых осадков уноситс с потоком текучей среды.
Было удивительно обнаружить, что эффект умеренного увеличени скоростей потоков,
который получают путем устранени электрической составл ющей в коэффициент трени ,
способен дать такое эффективное уменьшение степени образовани осадков, что он
становитс эффективным инструментом дл устранени проблемы образовани отложений/осадков в теплообменниках и другом технологическом оборудовании. Нельз не
сказать, что такое умеренное увеличение скоростей потоков, обычно пор дка 1-10%,
также способно настолько увеличить усили сдвига у поверхности жидкость - осадок, что
способно удалить уже образованные осадки.
Эта удивительна находка дает существенные преимущества по сравнению с
известными методами, в которых примен ют электромагнитные пол /потенциалы дл предотвращени образовани отложений/осадков, поскольку в этих известных методах
примен ют довольно сильные электромагнитные пол /потенциалы, которые оказывают
воздействие на весь объем жидкости дл усилени образовани дерных кластеров и
осаждени в технологической жидкости веществ, образующих вредные отложени , которые
затем унос тс потоком жидкости. Однако в этом случае в технологической жидкости
неминуемо происходит изменение химического состава, ионизаци одного или многих
веществ, наход щихс в жидкости, возникают электрохимические реакции. Следовательно,
известные методы должны примен тьс с большой осторожностью, чтобы не допустить
нежелательных побочных эффектов. Другим нежелательным побочным эффектом
вл етс то, что в этих известных методах примен ют электромагнитные пол /потенциалы,
величина которых определенно отличаетс от величины электрического потенциала,
генерируемого трением, при этом приложенный электрический потенциал определенно
создает новый электрический потенциал, генерируемый трением, который будет
значительно больше чем электрический потенциал, генерируемый при естественном
течении жидкости. Этот эффект приводит к снижению скорости потока, что усиливает
образование отложений. Это объ сн ет, почему многие известные методы
Страница: 5
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
характеризуютс нестабильностью.
В насто щем изобретении приложенный электрический потенциал точно компенсирует
возникающий при естественном течении текучей среды электрический потенциал,
генерируемый трением потока (электрический потенциал трени ). Таким образом, эти
потенциалы компенсируют друг друга так, что не возникает никаких новых полей в
технологической жидкости. Следовательно, не будет риска электрохимических
превращений в текущей технологической жидкости, включа химические равновеси ,
ионизацию, образование химических радикалов, протекание нежелательных химических
реакций и т.п. Возникающие при естественном течении жидкости электрические
потенциалы трени обычно малы, пор дка ± несколько вольт или меньше, поэтому ими
можно управл ть пол ми малой силы и, следовательно, более энергетически
эффективными по сравнению с известными методами. Способ согласно изобретению
подразумевает отсутствие какого-либо риска, как в смысле электрохимии, так и в смысле
безопасности, что делает его особенно полезным дл любого возможного оборудовани , и
не имеет значени природа используемой технологической жидкости.
Другое преимущество способа изобретени по сравнению с известными методами
основано на том, что он вл етс полностью контролируемым и дает согласованные
результаты. Дополнительным преимуществом вл етс то, что не происходит загр знени окружающей среды, поскольку в технологические текучие среды (жидкости) не добавл ют и
не удал ют из них никаких веществ, в технологических жидкост х не происходит никаких
химических реакций, которые могут оказывать нежелательные эффекты на проведение
процесса и оборудование.
Если технологические текучие среды содержат химически активные компоненты, будет
возникать дополнительный потенциал, который необходимо учитывать. Если в раствор
(жидкость) погружен металл (например, поверхность теплообменника), возникает
электрический потенциал между поверхностью металла и раствором, т.е. поверхность
электризуетс . Большинство металлов обычно зар жены отрицательно, а электрический
потенциал можно измерить по отношению к поверхности чейки (например, чейки
стандартного каломельного электрода, СКЭ). Этот потенциал называетс потенциалом
коррозии. Если поверхность имеет электрический зар д, возникает дополнительна адгези , причиной которой вл ютс силы прит жени между электрическими зар дами на
поверхности и ионами или дипольными молекулами жидкости [13]. Это вление вносит
дополнительный вклад в коэффициент электрического трени в потоке жидкости у
поверхности теплообмена, который также следует учитывать при расчете прилагаемого
пол посто нного тока. Таким образом, в данной за вке пон тие «коэффициент
электрической составл ющей» означает комбинированный эффект потенциала коррозии и
потенциала трени потока жидкости на общий коэффициент трени потока жидкости.
Изобретение применимо дл всех типов теплообменников (ТО), включа ТО с
воздушным охлаждением, ТО в виде пластин и рам, компактные ТО, кожухотрубные ТО,
двухтрубные ТО, спиральные ТО, кожухотрубные конденсаторы, конденсаторы с
воздушным охлаждением, пластинчатые и компактные конденсаторы, контактные
конденсаторы, градирни, генераторы потока, бойлеры и испарители. Изобретение также
применимо как дл внутренней технологической жидкости, так и дл охлаждающей/нагревающей среды (хладоносител /теплоносител ) дл поверхности
теплообмена. Кроме того, изобретение применимо ко всем типам технологического
оборудовани , где протекают текучие среды и где образование отложений вл етс проблемой.
Изобретательской идеей вл етс применение электрического потенциала посто нного
тока, который точно нейтрализует суммарный электрический потенциал трени и потенциал
коррозии. Таким образом электрический потенциал через граничный слой (у поверхности
стенки) снижаетс до нул так, что электрическа составл юща в трение потока
жидкости у поверхности снижаетс до нул и, следовательно, будет достигнуто
максимальное увеличение скорости потока около поверхности, которое приведет к
Страница: 6
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
снижению/устранению образовани отложений суспендированных осадков. Потенциалы на
границе текуча среда - твердое вещество будут ниже ±5 вольт, предпочтительно
ниже ±2,5 вольт, а чаще пор дка ±1,0 и менее.
Дл применени изобретени на практике разработано устройство, содержащее блок
управлени , который обеспечивает точную компенсацию потенциала, возникающего
естественным путем на границе текуча среда - твердое вещество, приложенным
потенциалом посто нного тока. Этот блок управлени содержит три узла: блок
измерени /расчета, генератор потенциала посто нного тока и блок регулировки. Эти
компоненты вл ютс обычными и не требуют дополнительного описани . Аналогична система подробно описана в US 6334957 и соответствующей за вке ЕР 1021376. Блок
регулировки рассчитывает величину приложенного потенциала посто нного тока исход из
информации об измеренных параметрах вход щего потока в той части трубы или
трубопровода, на которую действует поле посто нного тока, причем эти параметры могут
представл ть собой один или более чем один параметр, выбранный из группы,
включающей среднюю скорость потока, потенциал коррозии, рН, концентрацию конкретных
ионов в жидкости, электрическую проводимость, давление и температуру.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 схематично изображен кожухотрубный теплообменник.
На фиг.2 схематично изображена система потока жидкости. Положени электродов
(QCM 1-3) на трубке показано на фиг.3.
На фиг.3 изображены размеры трубки и положени электродов: рабочих электродов
QCM1, QCM2, QCM3, электрода сравнени и измерительного (нержавеюща сталь).
На фиг.4 представлена блок-диаграмма системы EQCM (системы измерени напр жени и частоты).
На фиг.5 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (нижний
электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальци и сульфата бари , который
был приготовлен пр мо перед проведением измерений (частицы были очень мелкими менее 50 нм, раствор выгл дел прозрачным).
На фиг.6 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (верхний
электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальци и сульфата бари , который
был приготовлен пр мо перед проведением измерений.
На фиг.7 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (боковой
электрод) в свежем коллоидном растворе карбоната кальци и сульфата бари , который
был приготовлен пр мо перед проведением измерений.
На фиг.8 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (боковой
электрод) на второй день после приготовлени коллоидного раствора карбоната кальци и
сульфата бари .
На фиг.9 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (нижний
электрод) на третий день после приготовлени коллоидного раствора карбоната кальци и
сульфата бари .
На фиг.10 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (нижний
электрод) на третий день после приготовлени коллоидного раствора карбоната кальци и
сульфата бари .
На фиг.11 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (верхний
электрод) на третий день после приготовлени коллоидного раствора карбоната кальци и
сульфата бари .
На фиг.12 представлен график зависимости скорости осаждени от потенциала (боковой
электрод) на третий день после приготовлени коллоидного раствора карбоната кальци и
сульфата бари .
Осуществление изобретени Далее изобретение описано подробно со ссылкой на предпочтительное воплощение.
Предпочтительное воплощение изобретени представлено на фиг.1, где схематично
изображен кожухотрубный теплообменник. Стрелки показывают направление потока.
Страница: 7
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Устройство 1 по изобретению соединено с теплообменником 2 двум или более обычными
соединительными элементами (не показаны). Один соединительный элемент соединен с
контуром 4 на входе хладоносител или теплоносител 3, который электрически
изолирован от остальной системы. Другой соединительный элемент соединен с контуром 7
на входе технологической жидкости 6, который также электрически изолирован от
остальной системы. Третий соединительный элемент соединен с теплообменником в точке,
обозначенной цифрой 9. Если изобретение примен ют дл улучшени скорости потока
технологической жидкости, соединительна точка 9 будет находитьс на выходе 5
технологической жидкости. Если изобретение примен ют дл улучшени скорости потока
хладоносител или теплоносител , соединительна точка 9 будет находитьс на выходе 8.
Дл улучшени скорости потока хладоносител или теплоносител используют контур 4, а
дл улучшени скорости потока технологической жидкости - контур 7.
Когда устройство по изобретению включают в режим измерени /расчета, определ ют
уставку регул тора (заданное значение регулируемой величины) следующим образом.
Определение уставки регул тора основано на измерени х емкости. Емкость измер ют
между контурами 4 или 7 и теплообменником в точке 9 методом переменного тока как
функцию приложенного потенциала посто нного тока. Его положительный и отрицательный
полюса соединены с точками 9 и 4 или с точками 9 и 7 соответственно. Потенциал, при
котором емкость имеет минимальное значение, соответствует незар женному состо нию
теплообменника и вл етс потенциалом посто нного тока, который используют как
уставку регул тора. Когда устройство по изобретению включают в рабочий режим,
генератор посто нного тока создает потенциал между точками 4 и 9 или 7 и 9 и
управл етс регул тором.
Проверка работы изобретени Дл проверки способности способа по изобретению снижать степень образовани отложений был приготовлен коллоидный раствор карбоната кальци и сульфата бари дл потока воды и были проведены эксперименты дл исследовани степени образовани отложений на поверхности титана. Карбонат кальци и сульфат бари диспергировали (в
коллоидном состо нии) в текущей жидкости, проход щей по пластине из титана.
Экспериментальна часть
Растворы
Приготовление коллоидного раствора карбоната кальци и сульфата бари : 1 л 0,00025
М BaCl2 и 1 л 0,00025 М CaCl2 смешали и затем добавили 2,5 мл 1 М Na2CO3. Затем
добавили 25 мл 0,01 М Na2SO4. Таким образом получили коллоидный раствор карбоната
кальци и сульфата бари . Дл свежего раствора и при комнатной температуре измерени на светорассеивающем фотометре при различных длинах волн дали размеры частиц
карбоната кальци и сульфата бари около 50 нм. Через 2-3 дн эти частицы достигли
размеров около 100 нм. Далее наблюдали дальнейший рост частиц, который привел к
превращению коллоидного раствора в суспензию и к осаждению карбоната кальци и
сульфата бари . Затем коллоидный раствор заменили новым раствором.
В процессе экспериментов при температуре 38°С рост частиц и их осаждение
происходило значительно быстрее. Поэтому каждый день готовили новый раствор.
В процессе измерений содержание кальци и бари контролировали атомноабсорбционной спектроскопией.
Система потока
Схематическое изображение системы потока жидкости представлено на фиг.2. Трубка
находитс в контуре, который содержит два резервуара (Res 1 и Res 2) с жидкостью и
перистальтическим насосом. Скорость потока контролируют по высоте (Н), а температуру
жидкости контролируют терморезервуаром 2. Этот резервуар также служит дл демпфировани изменений давлени , которые возникают во врем работы
перистальтического насоса и могут вли ть на частоту осциллировани кварцевого
кристалла.
Электроды и инструменты
Страница: 8
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Использовали кварцевые кристаллы диаметром 15 мм и толщиной 0,3 мм с частотой 5
МГц. Обе стороны кристаллов были покрыты титаном путем катодного распылени .
Уменьшение изменени частоты линейно зависит от увеличени массы электрода.
Основна частота кварцевого кристалла (5 МГц) и геометрическа область титанового
напылени в форме круга в центре кристалла (0,2 см -2) дает чувствительность по массе,
равную 25?10 -9 г Гц -1 см -2 = 25 нг Гц -1 см -2. Эти покрытые рабочие кварцевые кристаллы
(QCM1, QCM2 и QCM3, см. фиг.3 и 4) были закреплены в цилиндрических держател х,
присоединенных к трубке трем разными способами. Одна сторона кристаллов была
погружена в раствор в трубке и служила в качестве рабочего электрода (QCM1, QCM2 и
QCM3, см. фиг.3 и 4). Друга сторона кристаллов была обращена в воздух.
Рабочие кварцевые электроды были вставлены в три отдельно контролируемых
осцилл тора - в QCM драйверы (фиг.4), конфигураци которых позвол ла заземлить
электроды. Использовали изготовленную в лабораторных услови х систему измерени напр жени и частоты (фиг.4). В этой системе измеритель частоты высокой
чувствительности выполн ет измерени с точностью 0,1-0,2 Гц дл частоты 5 МГц за 3 мс.
В процессе измерений один и тот же потенциал прикладывали одновременно ко всем
трем электродам и отдельно дл каждого электрода регистрировали изменени частоты
кварцевых электродов во времени в течение 600 секунд. Затем этот же эксперимент
повтор ли при другом значении потенциала. Таким образом исследовали диапазон
потенциалов от 1 до -1 В против стандартного водородного электрода (от 0,8 до -1,2 В
против электрода серебро/хлорид серебра/насыщенный KCI) с шагом 0,1 В.
Результаты
1. Измерени в коллоидном растворе при скорости потока 3 л/мин (Re=1300) и
комнатной температуре (22°С).
Результаты этих измерений представлены на фиг.5-9.
Низкие скорости, наблюдавшиес в свежем коллоидном растворе при наиболее
положительных потенциалах (фиг.5), можно объ снить очень малым размером частиц
(менее 50 нм). В процессе измерений частицы росли (рост отслеживалс на
светорассеивающем фотометре). Это может вл тьс причиной роста скорости при
изменении потенциала в отрицательную сторону при сохранении его положительного
значени . Когда эксперименты повторили на второй и третий день в том же растворе, в
положительной области потенциалов вли ние потенциала на скорость осаждени было
меньше (фиг.8 и 9).
В отрицательной области потенциалов наблюдалось выраженное вли ние потенциала скорость осаждени значительно уменьшилась (фиг.5, 8 и 9).
На фиг.8 представлены результаты измерений того же раствора и при тех же услови х,
как на фиг.5, но измерени выполн ли на следующий день после экспериментов,
результаты которых представлены на фиг.7. Размеры частиц составл ют примерно 100 нм
и продолжают расти, хот значительно медленнее. Данные фиг.8 показывают вли ние
потенциала (эффекты роста небольшие). Фиг.9 - раствор стал более опалесцирующим
(визуально наблюдалс белый цвет раствора), размеры частиц - более 100 нм.
Скорости осаждени на этих электродах были очень малыми и близкими в течение
нескольких дней (фиг.6 и 7). Измерени , проведенные на третий день (данные дл нижнего электрода представлены на фиг.9), показали некоторую схожесть в поведении с
нижним электродом, хот абсолютные значени скоростей заметно ниже.
2. Измерени в коллоидном растворе при увеличенной скорости потока 4 л/мин (Re=
1700) и комнатной температуре (22°С).
Результаты этих измерений представлены на фиг.10-12.
Уменьшение скоростей осаждени , наблюдаемое при более высоких скорост х потока
(фиг.10 и 11), может быть св зано со «смыванием» частиц с поверхности электрода.
Оба эксперимента 1 и 2 проводили при ламинарном потоке (числа Рейнольдса 1300 и
1700 соответственно). При ламинарном потоке коэффициент трени уменьшаетс при
увеличении числа Рейнольдса. Уменьшение скоростей осаждени , наблюдаемое при более
Страница: 9
RU 2 335 463 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
высоких скорост х потока (фиг.10 и 11), может быть св зано с более низким
коэффициентом трени .
Вывод
Результаты показывают, что скорость осаждени карбоната кальци и сульфата бари на поверхности электрода зависит от приложенного потенциала посто нного тока в
диапазоне 0,8-1,0 В (электрод сравнени Ag/AgCl2). В определенном диапазоне
наблюдаетс уменьшение скорости осаждени , хот в других диапазонах наблюдаетс увеличение.
Результаты показывают, что скорость осаждени уменьшаетс при более высоких
скорост х потока, что свидетельствует о том, что этот эффект св зан с более низким
коэффициентом трени .
Ссылки
1) Mьller-Steinhagen, H. (2000). Heat Transfer Fouling. Localized 14.02.03: http:
//www.cpe.surrey.ac.uk/dptri/hms/fouling.htm.
2) Evaluation of the principles of magnetic water treatment. American Petroleum
Institute, Washington DC, 1985 (API Publication 960).
3) Gamayunov, N.I. Enlargement of particles in water streams under the influence of
crossed electric and magnetic fields. J.Appl. Chem., 57, 1984.
4) Baker, J.S., Judd, S.J. Magnetic amelioration of scale prevention. Wat. Res., 30, 1996.
5) Parsons, S.A., Wang, B.L, Judd, S.J., Stephenson. T. Magnetic treatment of
calcium carbonate scale-effect of pH control. Wat. Res., 31, 1997.
6) Quinn, С.J. Magnetic treatment of water prevents mineral build-up. Iron and
Steel Engineer, 74, 1997.
7) Barrett, R.A., Parsons, S.A. The influence of magnetic fields on calcium
carbonate precipitation. Wat. Res., 32, 1998.
8) Coey, J.M. D, Cass, S. Magnetic water treatment. J.Magn. Magn. Mater., 209, 2000.
9) Gabrielli, С., Jaouhari, R., Keddam, M. Magnetic water treatment for sacle
prevention. Wat. Res., 35, 2001.
10) Kobe, S., Drazic, G., McGuiness, P.J., Strazisar, J. The influence of the
magnetic field on the crystallization form of calcium carbonate and the tetsing os a
magnetic water-treatment device. J. Magn. Magn. Mater., 236, 2001.
11) Hewitt, G.F., Shires, G.L., Bott, T.R. Process heat transfer. CRC Press, Boca Raton, 1994.
12) Hasson, D., Bramson, D. Effectiveness of magnetic water treatment in suppressing СаСО3
scale deposition. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 24, 1985.
13) Bockris, J.O.M., Reddy, A.K.N. Modern electrochemistry, vol.2A, 2nd Ed., New
York, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000.
Формула изобретени 1. Способ сокращени образовани осадков загр зн ющих веществ и/или отложений в
технологическом оборудовании, содержащем текучие среды, включающий приложение
электрического потенциала посто нного тока к стенке трубы или трубопровода, чтобы
исключить электрическую составл ющую коэффициента трени , причем приложенный
электрический потенциал посто нного тока регулируют с помощью блока регулировки,
который снабжают информацией об измеренных параметрах текучей среды, отличающийс тем, что приложенный потенциал посто нного тока имеет значение, равное по величине и
противоположное по знаку потенциалу, естественным путем возникающему в потоке
текучей среды из-за возникновени электрических зар дов на стенке трубы или
трубопровода в результате взаимодействи текущей среды и материала стенки.
2. Способ по п.1, отличающийс тем, что блок регулировки снабжают информацией об
измеренных параметрах вход щего потока текучей среды в той части трубы или
трубопровода, на которую действует поле посто нного тока, причем эти параметры
представл ют собой один или более чем один параметр, выбранный из группы,
включающей среднюю скорость потока, потенциал коррозии, рН, концентрацию конкретных
Страница: 10
CL
RU 2 335 463 C2
5
10
ионов в текучей среде, электрическую проводимость, давление и температуру.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийс тем, что электрический потенциал посто нного
тока составл ет от -5,0 до +5,0 В (по насыщенному каломельному электроду).
4. Способ по п.1 или 2, отличающийс тем, что электрический потенциал посто нного
тока составл ет от -2,5 до +2,5 В (по насыщенному каломельному электроду).
5. Способ по п.1 или 2, отличающийс тем, что электрический потенциал посто нного
тока составл ет от -1,0 до +1,0 В (по насыщенному каломельному электроду).
6. Способ по п.1, отличающийс тем, что текуча среда представл ет собой чистую
жидкость в газообразном или жидком состо нии, коллоидный раствор, текучую среду,
содержащую включени в форме частиц, смесь нескольких текучих сред, однофазную или
многофазную текучую среду или смесь указанных текучих сред.
7. Способ по п.1, отличающийс тем, что поток текучей среды имеет числа Рейнольдса
в диапазоне 1-5000000.
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 11
RU 2 335 463 C2
Страница: 12
DR
RU 2 335 463 C2
Страница: 13
RU 2 335 463 C2
Страница: 14
RU 2 335 463 C2
Страница: 15
RU 2 335 463 C2
Страница: 16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
405 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа