Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Mục lục
Danh sách các thành viên tham gia………………………………………….5
Lời nói đầu…………………………………………………………………..6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG
CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ
THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU
ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP 9
1.1. Tổng quan về cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống
đường ống ...............................................................................................9
1.1.1. Khái niệm về nước cứng và độ cứng của nước ....................................9
1.2. Tổng quan về các công nghệ tảy rửa cặn ...............................................12
1.2.1. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí ...........................................................12
1.2.2. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí kết hợp hoá chất................................13
1.2.3. Công nghệ tảy rửa bằng năng lượng siêu âm .....................................16
1.3. Tổng quan về các công nghệ chống cáu cặn liên tục .............................16
1.3.1. Công nghệ chống đóng cặn bằng sử lý nước......................................16
1.3.2. Công nghệ chống đóng cặn bằng năng lượng sóng từ trường............17
1.3.3. Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý nước điện tử............................19
1.3.4. Công nghệ chống đóng cặn bằng năng lượng siêu âm .......................21
1.4. Âm và sóng âm.......................................................................................23
1.4.1. Khái niệm về âm thanh và dao động sóng âm ....................................23
1.4.2. Các đặc tính cơ bản của sóng âm thanh..............................................24
1.5. Siêu âm và các đặc tính quan trọng của năng lượng dao động sóng
siêu âm ..................................................................................................28
1.5.1. Khái niệm về dao động siêu âm..........................................................28
1.5.2. Các tính chất quan trọng của dao động sóng siêu âm.........................29
1.5.3. Bản chất sự tác động sóng siêu âm trong chất lỏng............................33
1.6. Ứng dụng năng lượng siêu âm trong công nghiệp .................................35
1.6.1. Gia công cơ bằng năng lượng siêu âm................................................38
1.6.2. Làm sạch bằng công nghệ siêu âm .....................................................39
1.6.3. Hàn bằng năng lượng siêu âm.............................................................40
1.6.4. Công nghệ siêu âm trong ngành hoá hiện đại.....................................40
1.6.5. Siêu âm trong ngành luyện kim ..........................................................41
1.6.6. Công nghệ siêu âm trong ngành mỏ ...................................................41
1.6.7. Công nghệ siêu âm trong công nghiệp chế biến thực phẩm...............41
1.7. Kết luận chương 1 ..................................................................................41
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG ĐÓNG CẶN
BẰNG NĂNG LƯỢNG SIÊU ÂM CHO CÁC THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 43
2.1. Giới thiệu chung về công nghệ và các kết quả nghiên cứu ứng
dụng công nghệ siêu âm trong nước và quốc tế ...................................43
2.2. Công nghệ dùng năng lượng siêu âm trong chống đóng cặn trên
các thiết bị nhiệt....................................................................................45
2.3. Thiết bị kỹ thuật chống đóng cặn bằng năng lượng siêu âm..................47
2.3.1. Nguồn năng lượng điện tần số dao động siêu âm...............................47
2.3.2. Đầu phát và truyền dao động siêu âm vào môi trường ứng dụng.......474
2.3.3. So sánh, lựa chọn kiểu đầu phát dao động cơ học tần số siêu âm cho
công nghệ chống đóng cặn..................................................................50
2.4. Đầu phát siêu âm trong chống đóng cặn và vị trí trên thiết bị nhiệt
trên thực tế ............................................................................................51
2.4.1. Một số đầu phát đang có trên thị trường thế giới ...............................51
2.4.2. Cách lắp đầu phát siêu âm trên thiết bị nhiệt......................................55
2.5. Kết luận chương 2 ..................................................................................57
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
ĐẦU PHÁT DAO ĐỘNG SIÊU ÂM CƠ KHÍ DÙNG CHO
CHỐNG ĐÓNG CẶN 58
3.1. Các yêu cầu cơ bản cho đầu phát siêu âm cơ học ..................................58
3.2. Vật liệu sử dụng chế tạo đầu phát dao động siêu âm .............................59
3.2.1. Vật liệu chế tạo phần chuyển đổi........................................................60
3.2.2. Vật liệu chế tạo thân đầu phát.............................................................61
3.3. Cơ sở lý thuyết tính toán các thông số quan trọng của đầu phát dao
động siêu âm cơ học .............................................................................62
3.3.1. Cơ sở tính toán các thông số cơ bản của phần hiệu ứng từ giảo (theo
Volkov C.C.).......................................................................................62
3.3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế phần tích tụ, khuyếch đại và truyền
năng lượng siêu âm (thân đầu phát)....................................................63
3.3.3. Cơ sở lý thuyết tính toán phần điện của đầu phát dao động siêu âm cơ
học.......................................................................................................70
3.3.4. Nguồn cho đầu phát siêu âm...............................................................72
3.4. Tính toán thiết kế đầu phát siêu âm cơ học dung cho chống đóng
cặn trên thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.........................74
3.4.1. Tính toán thiết kế phần tích tụ và truyền năng lượng siêu âm (thân
đầu phát)..............................................................................................74
3.4.2. Tính toán thiết phần hiệu ứng từ giảo.................................................77
3.4.3. Tính toán bền đầu phát dao động siêu âm cơ học...............................78
3.4.4. Các bản vẽ đầu phát UPA-1M (xem phụ lục - các bản vẽ kèm theo) 79
3.4.5. Tính toán lựa chọn đầu phát cho bộ trao đổi nhiệt .............................79
3.5. Kết luận chương 3 ..................................................................................79
CHƯƠNG 4. KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HIỆU
QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM CHO CHỐNG
ĐÓNG CẶN TRÊN BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT 81
4.1. Mục đích nghiên cứu khảo nghiệm ........................................................81
4.2. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................81
4.2.1. Thiết bị trao đổi nhiệt HE NaCl HEATER-502 và các đặc tính kỹ
thuật cơ bản:........................................................................................81
4.2.2. Kết quả khảo sát bộ trao đổi nhiệt HE-502.........................................82
4.3. Thiết bị công nghệ (thiết bị phát siêu âm)..............................................82
4.3.1. Nguồn phát dao động điện tần số siêu âm ..........................................83
4.3.2. Đầu phát dao động siêu âm cơ học .....................................................83
4.3.3. Cáp cao tần..........................................................................................83
4.3.4. Ổn áp ...................................................................................................84
4.3.5. Các đặc tính kỹ thuật khác của thiết bị công nghệ .............................84
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
4.4. Nội dung khảo nghiệm đánh giá hiệu quả của năng lượng siêu âm
trong chống đóng cặn............................................................................84
4.4.1. Xác định điểm lắp thiết bị siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt ...................84
4.4.2. Các yêu cầu khi lắp đầu phát siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt...............87
4.4.3. Các kiểm tra sau khi lắp đầu phát siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt .......87
4.4.4. Phương pháp thực nghiệm ..................................................................88
4.4.5. Kết quả thu nhập từ nghiên cứu khảo nghiệm ....................................89
4.5. Nhận xét và đánh giá kết quả của năng lượng siêu âm trong chống
đóng cặn trên He-502............................................................................94
Những người đã từng làm với các thiết bị nhiệt thì hiểu hơn ai hết về cặn
và tác hại của chúng đối với các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.
Sự hình thành cáu cặn các muối cứng cacbonnat trong các thiết bị trao đổi
nhiệt là nguyên nhân chính dẫn đến sự giảm hiệu quả làm việc của chúng. Do
các hệ số dẫn nhiệt của kim loại và các chất cáu cặn có giá trị khác nhau, sự gia
tăng bề dầy của lớp cáu cặn làm giảm nhiệt độ của nước cần gia nhiệt. Để bảo
toàn tính ổn định của của nước cần gia nhiệt với giá trị yêu cầu, người ta cần
phải tăng mức tiêu hao nhiên liệu của thiết bị sinh ra nhiệt, vì thế các thiết bị
trao đổi nhiệt phải làm việc với nhiệt độ trung bình cao hơn, dẫn đến quá trình
hình thành lên cáu cặn lại gia tăng nhanh hơn. Phụ thuộc vào độ cứng của muối
cacbonnat trong nước cần gia nhiệt (hay cần thu nhiệt) và nhiệt độ đầu ra của
thiết bị trao đổi nhiệt, thời gian phát triển bề dày của lớp cáu cặn trong các thiết
bị trao đổi nhiệt dạng ống tới 1-1,5 mm có thể trong thời gian từ vài tuần đến vài
năm. Cứ mỗi lớp cáu cặn mới hình thành thậm trí chỉ 0.1mm cũng dẫn đến sự
giảm quá trình truyền nhiệt, gia tăng tiêu hao nhiên liệu một cách đáng kể.
Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, chỉ cần 1mm lớp
cáu cặn được hình thành trong các bộ trao đổi nhiệt thì đã dẫn đến sự giảm tính
hiệu quả làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt tới 30%. Trong đó cáu cặn trong
các bộ trao đổi nhiệt còn gây ra sự tổn thất kinh tế nặng lề cho cả dây chuyền
sản xuất, cho vận chuyển và quá trình sử dụng nhiệt.
Trong các hệ thống thiết bị nhiệt xuất hiện các tổn thất khác - sự gia tăng
năng lượng điện tiêu thụ của các bơm nước do cần bơm lưu lượng lớn hơn
để bù đắp sự tổn hao nhiệt, sự gia tăng các tổn hao về thuỷ động và nhiệt động,
sự cần thiết phải thường xuyên tháo lắp và tảy rửa cặn trên các bề mặt gia nhiệt
của các thiết bị nhiệt.
Tổn hao về nhiệt trong quá trình vận chuyển nhiệt gia tăng khi cần có
nhiệt bổ xung do tổn hao từ nơi sinh nhiệt đến thiết bị sử dụng nhiệt. Sự gia tăng
lưu lượng nước cần gia nhiệt (hay thu nhiệt) trong các thiết bị trao đổi nhiệt dẫn
đến sự cần thiết phải vận chuyển lưu lượng lớn hơn, và các tổn hao bổ xung
năng lượng điện v.v. Các phương pháp thường được sử dụng hiện nay để đấu
tranh chống lại sự hình thành cáu cặn với mục đích: giảm số lượng các muối
cacbonnat cứng có trong nước bằng cách sử lý nước với sự hỗ trợ của hoá chất
(làm mềm nước) và sử dụng các chế độ nhiệt tối ưu trong hệ thống trao đổi
nhiệt.
Việc sử dụng phương pháp sử lý làm mềm nước bằng hoá chất cần được
đảm bảo trong suốt quá trình hoạt động của các bộ trao đổi nhiệt. Mặt khác, quá
trình sử lý khó có thể được đảm bảo ở mức tối ưu dẫn đến quá trình hình thành
cáu cặn càng gia tăng. Trong các thiết bị điện hoá chống đóng cặn, quá trình
hình thành cáu cặn xảy ra ở các bộ lọc chuyên dụng, sự hình thành cáu cặn ở đây
xảy ra nhanh hơn so với trong các bộ trao đổi nhiệt. Chính vì thế việc tảy rửa
cặn trong các bộ lọc phải thực hiện thường xuyên hơn so với các bộ trao đổi
nhiệt.
Hiện nay có công nghệ sử lý nước mềm hiện đại bằng cách sử dụng sử dụng các
chất hoá học với gốc phosphonat và polikarboksinat. Để ứng dụng công nghệ8
này cần sửa đổi lại kết cấu các thiết bị trao đổi nhiệt, lắp đặt thêm các thiết
bị điện và chi phí do tiêu thụ hoá chất hàng tháng.
Các phương pháp khác tương đối hiệu quả hơn là phương pháp sử lý làm
mềm nước bằng từ trường và điện từ trường. Mặt khác, việc sử dụng phương
pháp làm mềm nước có độ cứng cao bằng từ trường không có hiệu quả theo yêu
cầu, ngoài ra giá thành sử lý nước bằng điện từ trường tương đối cao.
Sự phát hiện ra các hiện tượng tạo bong bong siêu nhỏ trong chất lỏng khi
có tác dụng của dao động sóng siêu âm, mà khi các bong bong này nổ ra sinh ra
trong chất lỏng một áp lực với nhiệt độ cực lớn đã giúp các nhà khoa học tìm ra
nhiều hướng đi mới. Bằng các hiệu ứng này, ngay từ những năm 60 của thế kỷ
trước, các nhà khoa học Liên Xô áp dụng chúng cho rất nhiều mục đích khác
nhau trong công nghiệp, trong đó có chống đóng cặn cho các thiết bị trao đổi
nhiệt và hệ thống đường ống. Tuy nhiên, do sự sụp đổ của Liên Xô cũ, nhiều
công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này bị dừng lại và phải đến những năm
cuối thế kỷ 20 mới được khởi động trở lại.
Việc áp dụng công nghệ siêu âm cho chống đóng cặn được đánh giá là ưu
việt nhất hiện nay do có nhiều tính vượt trội về kinh tế, kỹ thuật, môi trường v.v.
Công nghệ này vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện. Để hoàn thiện
được công nghệ này, các nghiên cứu về cáu cặn, sự hình thành của cặn trong các
thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống, sự tác dụng của năng lượng siêu
âm vào quá trình hình thành nên cặn và sự phá huỷ cặn đã và do tác động dao
động siêu âm, các tác dụng khác nữa của năng lượng siêu âm là vô cùng cần
thiết.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN
CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG,
SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan về cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường
ống
1.1.1. Khái niệm về nước cứng và độ cứng của nước
Độ cứng của nước – là tập hợp các tính chất của nước được đặc trưng bởi
các iôn canxi và magnhê có chứa trong nước. Nếu nồng độ các iôn này lớn, thì
nước được gọi là nước cứng, nếu nồng độ nhỏ thì nước được gọi là nước mềm.
Nếu nước cứng có thành phần iôn magnhê cao thì có thể kiểm tra bằng vị, vị đặc
trưng là hơi chát.
Nước cứng cũng được phân loại ra làm hai loại :
- Nước cứng cacbonnat là nước cứng khi có chứa các muối axít cacbonnát
hoà tan như muối hyđrô cacbonnat canxi Ca(HCO3)2 và hyđrôcacbonnat
magnhê Mg(HCO3)2
- Nước cứng phicácbonnát là nước cứng mà trong đó sự tạo cứng do các
muối không phải là muối cacbonnat của canxi và magnhê gây ra.
Khi bị đun nóng đến nhiệt độ sôi, liên kết hyđrôcacbonnat bị phá huỷ và
hình thành các tinh thể muối cacbonnat kém hoà tan CaCO3 kết tủa xuống, vì
vậy độ cứng cacbonnat được gọi là độ cứng tạm thời. Khi bị đun đến nhiệt độ
sôi các iôn Mg++ và Ca++ kết tủa dưới dạng cacbonnat. Ví dụ như:
Ca 2+ + 2HCO3 - = CaCO3 + H2O + CO2 (1.1)
Độ cứng của nước được duy trì sau khi nước đã bị đun nóng đến nhiệt độ
sôi được gọi là độ cứng ổn định hay là độ cứng phicacbonnat. Nó được đặc
trưng bởi các muối hoà tan của canxi và magnhê từ các axít mạnh như sulphát
và clorit.
1.1.2. Quá trình hình thành cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống
đường ống
Sau một thời gian vận hành các thiết bị trao đổi nhiệt, hệ thống đường
ống và các thiết bị nhiệt công nghiệp và dân dụng khác xảy ra hiện tượng hình
thành cáu cặn cacbonnat (cặn) chủ yếu là do các phần tử muối cứng có trong
nước (nước cứng) – đó là các phần tử muối cacbonnat của canxi (Ca2+), magnhê
(Mg2+) và các phần tử khoáng chất khác tạo thành.
Cặn được hình thành trên bề mặt gia nhiệt của các thiết bị nhiệt trong quá
trình nước được đun nóng. Quá trình hình thành cáu cặn được xảy ra do một số
nguyên nhân sau: sự phân rã các muối axít cacbonnat chủ yếu của các nguyên tố
canxi và magnhê, các muối này chuyển thành muối cacbonnat với độ không tan
rất cao bám vào bề mặt gia nhiệt của thành ống và hình thành nên cáu cặn (xem
phương trình phản ứng 1.1). Ngoài các muối cacbonnat canxi và magnhê, còn có
các muối khác của canxi và magnhê như sulphat và clorit tạo ra cặn trong các
thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống. Tuy nhiên nồng độ các muối này
trong nước không nhiều như muối cacbonnat nên người ta chỉ tập trung sử lý các
muối cacbonnat.
Quá trình hính thành cáu cặn là quá trình kết tinh thể hoá tương đối phức
tạp và có thể được mô tả trong ba giai đoạn phát triển sau:10
Ngoài ra, trong nước còn có các thành phần kim loại khác như sắt. Chính
các phương pháp tách sắt ra khỏi nước trong quá trình sử lý nước dẫn đến sự ô
xy hoá sắt hoá trị 2 Fe2+ thành sắt hoá trị 3 Fe+3 và kết tủa dưới dạng hyđrôxít sắt
3 Fe(OH)3. Sự có mặt của các chất này trong nước sẽ cản trở qúa trình kết tủa
sắt, chúng là lớp keo bảo vệ đối với hyđrôxits sắt 2.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi11
Một trong những phương pháp tách sắt là cho nước đi qua lớp huyền phù
phấn vôi tinh lơ lửng và hyđrôxít nhôm.
2Н2СгО4 + 3Na2SO3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 5Н2О (1.3)
Sau đó cần hoà tách nước với NaOH để tách hyđrôxít crôm
Nó cùng lúc sẽ kết hợp với chất keo trong nước do có sự hình thành
hyđrôxít canxi
Cacbonnat amônhi như muối của các axít và bazơ yếu sẽ được thuỷ phân:
(NH4)2CO3 + HOH^±NH4OH + NH4HCO3 (1.4)
Đối với hyđrôxít amônhi đặc trưng là trạng thái bão hoà chính vì thế trong
những khu vực vệ sinh thường có mùi amiắc.
Tuy nhiên, các phần tử hyđrôxít sắt vẫn không thể tách hết được vì thế mà
bám vào bề mặt trao đổi nhiệt tạo nên một phần của cáu cặn có trong các thiết bị
trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.
Ngoài các muối hình thành cáu cặn trên trong nước còn rất nhiều các chất
khác cũng có thể tạo nên cáu cặn, tuy nhiên tỷ lệ của chúng so với muối canxi và
magnhê không nhiều. Ví dụ, trong nước uống có chứa những nguyên tố chủ yếu
có thể hình thành cáu cặn ngoài canxi và magnhê (TCVN1329/2002/BYT/QĐ):
Bảng 1.1
TT Tên các nguyên tố Hàm lượng Gái trị (<)
1 Canxi mg/l 300
2 Magnhê mg/l 300
3 Sắt mg/l 0.5
4 Mangan mg/l 0.5
5 Crôm mg/l 0.05
6 Chì mg/l 0.01
7 Đồng mg/l 2
8 Niken mg/l 0.02
9 Sunfat SO4 mg/l 250
10 Phosphat mg/l 2.5
11 Clo mg/l 250
Nếu các bộ trao đổi nhiệt dùng để gia nhiệt cho hoá chất, có nghĩa là môi
chất trong đường ống là hoá chất thì trong thành phần cáu cặn còn có thành phần
của các hoá chất gây ra cặn.
Vì thành phần của các nguyên tố khác không có nhiều trong nước ngoài
canxi và magnhê nên các phương pháp chống đóng cặn chỉ tập trung vào sử lý
cặn cho các muối của những nguyên tố này.
1.1.3. Ảnh hưởng của cáu cặn đến hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt và hệ
thống đường ống
Cáu cặn dẫn đến sự gia tăng đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, giảm hiệu
suất của các thiết bị nhiệt, quá nhiệt bề mặt gia nhiệt của lò hơi, giảm tiết diện
dòng chảy của ống dẫn, dẫn đến sự tăng cản trở chuyển động của nước và chất
lỏng, gia tăng chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết nhiệt. Ngoài ra,
dưới lớp cặn xảy ra quá trình tích luỹ các tạp chất làm tăng nhanh quá trình ôxy12
hoá lớp bề mặt kim loại của ống dẫn làm giảm tuổi thọ của kim loại và hư hỏng
cục bộ trong các đường ống và bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị.
Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học, cứ 1 mm lớp cặn trên bề
mặt của các thiết bị nhiệt sẽ hấp thụ 10% năng lượng nhiệt, nếu trên bề mặt
thành của nồi hơi hay các thiết bị đun nước lớp cặn dầy đến 13 mm thì sự mất
mát năng lượng nhiệt là 70% (hình 1.1)
0
20
40
60
80
1,5 3 7 10 13
Chiều dầy lớp cặn, mm
Tổn thất năng lượng, %
Hình 1.1. Sự phụ thuộc của tổn thất năng lượng vào chiều dày lớp cặn
Dõ ràng là cặn không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị,
tăng chi phí vận hành mà còn giảm tuổi thọ đáng kể của các thiết bị nhiệt. Hiện
nay trên thế giới đã có rất nhiều các phương pháp chống đóng cặn trực tiếp và
liên tục với nhiều công nghệ tiên tiên khác nhau.
1.2. Tổng quan về các công nghệ tảy rửa cặn
1.2.1. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí
Công nghệ tảy rửa cặn bằng cơ khí là phương pháp cổ điển nhất sử dụng
các thiết bị hay công cụ cơ khí đơn giản tác động trực tiếp vào bề mặt thiết bị
có cặn, nhưng cũng được áp dụng rộng rãi nhất do các ưu điểm là đơn giản và
giá thành thiết bị dùng cho tảy rửa cũng không cao. Tuy nhiên phương pháp này
có rất nhiều nhược điểm như: thời gian tảy rửa lâu, khả năng hỏng bề mặt kim
loại bám cặn cao, phải dừng máy hoàn toàn trong thời gian tảy rửa.
Phương pháp và công nghệ làm sạch cặn trong mỗi trường hợp cụ thể
được xác định dựa trên số lượng và thành phần của cặn, đặc tính và loại nhiên
liệu sử dụng trong lò hơi nếu là cáu cặn lò hơi, các điều kiện và chế độ làm việc
của thiết bị cụ thể v.v. Trong các bộ trao đổi nhiệt và các lò hơi áp suất thấp và
áp suất trung bình, với những lớp cặn đã tương đối dày, việc làm sạch cặn
thường sử dụng phương pháp cơ thuỷ động.
Trong các quá trình công nghệ thường sử dụng các công cụ và thiết bị
như: thiết bị phun nước áp lực cao đến 57 MPa, tuốcbin khí nén với các đầu
phun khí cần thiết, búa khí nén, các thiết bị mơí di động với áp lực đến 3 MPa và
lưu lượng tới 38 m3/h, thiết bị điện làm sạch các bề mặt trong của ống gương và
nồi hơi dạng trống v.v. Sử dụng những công cụ và thiết bị trên có thể làm sạch
cặn bất kỳ các bề mặt gia nhiệt nào của các thiết bị nhiệt.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi13
Bằng các thiết bị cơ khí thuỷ động với áp lực thuỷ động khác nhau người
ta có thể làm sạch cặn và cáu bẩn của tất cả các thiết bị nhiệt, các bộ phận cáu
bẩn cuả tuốc bin, các bộ ngưng của hệ thống gương lò hơi công suất khác nhau.
tuỳ từng trường hợp vào đặc tính của cặn và cáu bẩn cần làm sạch, áp suất làm việc được
chọn khác nhau trong dải từ 50 đến 450 at. Chi tiết quan trọng của các thiết bị
làm sạch bằng các thiết bị cơ thuỷ động là đầu phun, việc chọn tối ưu đường
kính của các đầu phun sẽ đảm bảo được chất lượng làm sạch các bề mặt bên
trong của các ống trao đổi nhiệt và phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ra chúng. Hiện
nay các nhà sản xuất đã đưa ra các thông số cụ thể của đầu phun cũng như các
thông số chế độ làm việc khác của thiết bị trong quá trình tảy rửa cặn phụ thuộc
vào loại cặn cụ thể, bề dày lớp cặn, tính chất lớp cặn, vật liệu của các thiết bị
nhiệt v.v.
1.2.2. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí kết hợp hoá chất
Công nghệ này cũng tương tự như công nghệ tảy rửa bằng cơ khí nhưng
có kết hợp sử dụng hoá chất với mục đích rút ngắn thời gian tảy rửa do các chất
cặn cáu bị phá huỷ sơ bộ do tác dụng cuả hoá chất trước khi chúng bị đảy ra
khỏi bề mặt trao đổi nhiệt.
Trong quá trình tảy rửa các thiết bị trao đổi nhiệt không được phép làm
hỏng các lớp bề mặt kim loại của bộ trao đổi nhiệt. Do đó sử dụng các chất tảy
rửa và bột mài cũng như bàn chải kim loại là không thể cho phép. Đây là
phương pháp tảy rửa rât shiệu quả và cũng được áp dụng rộng rài, tuy nhiên
phương phá này cũng có nhiều nhược điểm như:
- Trong khi thực hiện các thao tác tảy rửa các bộ trao đổi nhiệt bằng các
thiết bị rửa áp lực lớn cần giữ khoảng cách thích hợp giữa các thiết bị rửa và các
bộ trao đổi nhiệt
- Các roăng làm kín trong bộ trao đổi nhiệt có thể bị phá huỷ dưới tác
dụng của các dòng chất lỏng áp suất cao.
- Các lớp cáu cặn lớn cần được ngâm trong hoá chất trong thời gian
tối ưu trước khi rửa, nếu thời gian ngâm quá lâu sẽ phá huỷ cả vật liệu của thiết
bị.
Chính vì thế, cần chọn hoá chất thích hợp để tảy rửa cáu cặn các thiết
bị trao đổi nhiệt sao cho không làm hỏng bề mặt kim loại trao đổi nhiệt, các
roăng làm kín và các tấm toả nhiệt. Hoá chất được sử dụng cho việc tảy rửa cáu
cặn trong các bộ trao đổi nhiệt có thành phần và số lượng khác nhau phụ thuộc
vào loại cáu cặn, chiều dày lớp cáu cặn, vật liệu kim loại trao đổi nhiệt v.v. Dưới
đây là một ví dụ về hoá chất và thành phần của nó được sử dụng cho việc tảy rửa
cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt:
KẾT LUẬN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Hoàn thành việc phân tích và xác định bản chất và nguyên nhân hình
thành nên cáu cặn trong các thiết bị nhiệt và hệ thống đường ống.
2. Hoàn thành việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng của cáu cặn đến thiết bị
nhiệt và hệ thống đường ống, xác định sự cần thiết của việc chống đóng
cặn cho các thiết bị này.
3. Hoàn thành việc phân tích, đánh giá và so sánh các phương pháp tảy rửa
và chống đóng cặn cho các thiết nhiệt và hệ thống đường ống hiện có. Từ
đó, xác định lợi thế của công nghệ dùng năng lượng siêu âm hiệu quả cao
trong tảy rửa và chống đóng cặn cho các thiết bị nhiệt và hệ thống đường
ống.
4. Thực hiện nghiên cứu bản chất sự tác động của sóng siêu âm đến việc
chống đóng cặn trong môi trường làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt.
5. Thực hiện việc phân tích, đánh giá và so sánh thiết bị dùng năng lượng
siêu âm cho chống đóng cặn hiện có trên thị trường.
6. Thực hiện phân tích, đánh giá và xác định vị trí cần lắp đầu phát siêu âm
cho chống đóng cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau.
7. Dựa trên các nghiên cứu của các nhà khoa học Quốc tế, tổng hợp và hệ
thống hoá cơ sở lý thuyết để tính toán thiết kế đầu phát dao động siêu âm
cơ học sử dụng chống đóng cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt.
8. Tính toán thiết kế đầu phát dao động siêu âm cơ học, so sánh kết quả tính
toán và thiết kế đầu phát với đầu phát siêu âm dùng cho chống đóng cặn
sản xuất tại Liên bang Nga.
9. Thực hiện khảo sát để xác định thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp phục vụ cho
khảo nghiệm hiệu quả công nghệ dùng năng lượng siêu âm cho chống
đóng cặn.
10. Lập kế hoạch, phương pháp và thực hiện khảo nghiệm hiệu quả công
nghệ sử dụng năng lượng trong chống đóng cặn trên bộ trao đổi nhiệt He-
502 trong Nhà máy Hoá chất của Tổng Công ty Giấy Việt Nam.
11. Hoàn thành khảo nghiệm hiệu quả tác động của năng lượng siêu âm trong
chống đóng cặn trên bộ trao đổi nhiệt. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ứng
dụng, bước đầu đã đánh giá được hiệu quả tác dụng của năng lượng siêu
âm cho chống đóng cặn trên thiết bị trao đổi nhiệt.
12. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chứng minh được hiệu quả ứng dụng
năng luợng siêu âm cho chống đóng cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt tất
cả mọi nơi mà môi chất trao đổi nhiệt là nước cứng và hoá chất muối
lỏng.
13. Trong bộ trao đổi nhiệt phục vụ nghiên cứu khảo nghiệm là loại trao đổi
nhiệt kiểu ống chùm nên việc nghiên cứu hiệu quả của năng lượng siêu
âm trên hệ thống đường ống không cần thiết phải thực hiện riêng.
14. Hiệu quả tác động của năng lượng siêu âm trong phần nghiên cứu khảo
nghiệm đã chứng tỏ các thông số lựa chọn đầu phát theo bộ trao đổi nhiệt,
phương pháp lựa chọn điểm lắp và quy trình lắp đặt thiết bị siêu âm cũng
như chế độ vận hành là phù hợp. Vì thế để ứng dụng thực tế cho các bộ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Mục lục
Danh sách các thành viên tham gia………………………………………….5
Lời nói đầu…………………………………………………………………..6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG
CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ
THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU
ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP 9
1.1. Tổng quan về cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống
đường ống ...............................................................................................9
1.1.1. Khái niệm về nước cứng và độ cứng của nước ....................................9
1.2. Tổng quan về các công nghệ tảy rửa cặn ...............................................12
1.2.1. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí ...........................................................12
1.2.2. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí kết hợp hoá chất................................13
1.2.3. Công nghệ tảy rửa bằng năng lượng siêu âm .....................................16
1.3. Tổng quan về các công nghệ chống cáu cặn liên tục .............................16
1.3.1. Công nghệ chống đóng cặn bằng sử lý nước......................................16
1.3.2. Công nghệ chống đóng cặn bằng năng lượng sóng từ trường............17
1.3.3. Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý nước điện tử............................19
1.3.4. Công nghệ chống đóng cặn bằng năng lượng siêu âm .......................21
1.4. Âm và sóng âm.......................................................................................23
1.4.1. Khái niệm về âm thanh và dao động sóng âm ....................................23
1.4.2. Các đặc tính cơ bản của sóng âm thanh..............................................24
1.5. Siêu âm và các đặc tính quan trọng của năng lượng dao động sóng
siêu âm ..................................................................................................28
1.5.1. Khái niệm về dao động siêu âm..........................................................28
1.5.2. Các tính chất quan trọng của dao động sóng siêu âm.........................29
1.5.3. Bản chất sự tác động sóng siêu âm trong chất lỏng............................33
1.6. Ứng dụng năng lượng siêu âm trong công nghiệp .................................35
1.6.1. Gia công cơ bằng năng lượng siêu âm................................................38
1.6.2. Làm sạch bằng công nghệ siêu âm .....................................................39
1.6.3. Hàn bằng năng lượng siêu âm.............................................................40
1.6.4. Công nghệ siêu âm trong ngành hoá hiện đại.....................................40
1.6.5. Siêu âm trong ngành luyện kim ..........................................................41
1.6.6. Công nghệ siêu âm trong ngành mỏ ...................................................41
1.6.7. Công nghệ siêu âm trong công nghiệp chế biến thực phẩm...............41
1.7. Kết luận chương 1 ..................................................................................41
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG ĐÓNG CẶN
BẰNG NĂNG LƯỢNG SIÊU ÂM CHO CÁC THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 43
2.1. Giới thiệu chung về công nghệ và các kết quả nghiên cứu ứng
dụng công nghệ siêu âm trong nước và quốc tế ...................................43
2.2. Công nghệ dùng năng lượng siêu âm trong chống đóng cặn trên
các thiết bị nhiệt....................................................................................45
2.3. Thiết bị kỹ thuật chống đóng cặn bằng năng lượng siêu âm..................47
2.3.1. Nguồn năng lượng điện tần số dao động siêu âm...............................47
2.3.2. Đầu phát và truyền dao động siêu âm vào môi trường ứng dụng.......474
2.3.3. So sánh, lựa chọn kiểu đầu phát dao động cơ học tần số siêu âm cho
công nghệ chống đóng cặn..................................................................50
2.4. Đầu phát siêu âm trong chống đóng cặn và vị trí trên thiết bị nhiệt
trên thực tế ............................................................................................51
2.4.1. Một số đầu phát đang có trên thị trường thế giới ...............................51
2.4.2. Cách lắp đầu phát siêu âm trên thiết bị nhiệt......................................55
2.5. Kết luận chương 2 ..................................................................................57
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
ĐẦU PHÁT DAO ĐỘNG SIÊU ÂM CƠ KHÍ DÙNG CHO
CHỐNG ĐÓNG CẶN 58
3.1. Các yêu cầu cơ bản cho đầu phát siêu âm cơ học ..................................58
3.2. Vật liệu sử dụng chế tạo đầu phát dao động siêu âm .............................59
3.2.1. Vật liệu chế tạo phần chuyển đổi........................................................60
3.2.2. Vật liệu chế tạo thân đầu phát.............................................................61
3.3. Cơ sở lý thuyết tính toán các thông số quan trọng của đầu phát dao
động siêu âm cơ học .............................................................................62
3.3.1. Cơ sở tính toán các thông số cơ bản của phần hiệu ứng từ giảo (theo
Volkov C.C.).......................................................................................62
3.3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế phần tích tụ, khuyếch đại và truyền
năng lượng siêu âm (thân đầu phát)....................................................63
3.3.3. Cơ sở lý thuyết tính toán phần điện của đầu phát dao động siêu âm cơ
học.......................................................................................................70
3.3.4. Nguồn cho đầu phát siêu âm...............................................................72
3.4. Tính toán thiết kế đầu phát siêu âm cơ học dung cho chống đóng
cặn trên thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.........................74
3.4.1. Tính toán thiết kế phần tích tụ và truyền năng lượng siêu âm (thân
đầu phát)..............................................................................................74
3.4.2. Tính toán thiết phần hiệu ứng từ giảo.................................................77
3.4.3. Tính toán bền đầu phát dao động siêu âm cơ học...............................78
3.4.4. Các bản vẽ đầu phát UPA-1M (xem phụ lục - các bản vẽ kèm theo) 79
3.4.5. Tính toán lựa chọn đầu phát cho bộ trao đổi nhiệt .............................79
3.5. Kết luận chương 3 ..................................................................................79
CHƯƠNG 4. KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HIỆU
QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM CHO CHỐNG
ĐÓNG CẶN TRÊN BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT 81
4.1. Mục đích nghiên cứu khảo nghiệm ........................................................81
4.2. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................81
4.2.1. Thiết bị trao đổi nhiệt HE NaCl HEATER-502 và các đặc tính kỹ
thuật cơ bản:........................................................................................81
4.2.2. Kết quả khảo sát bộ trao đổi nhiệt HE-502.........................................82
4.3. Thiết bị công nghệ (thiết bị phát siêu âm)..............................................82
4.3.1. Nguồn phát dao động điện tần số siêu âm ..........................................83
4.3.2. Đầu phát dao động siêu âm cơ học .....................................................83
4.3.3. Cáp cao tần..........................................................................................83
4.3.4. Ổn áp ...................................................................................................84
4.3.5. Các đặc tính kỹ thuật khác của thiết bị công nghệ .............................84
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
4.4. Nội dung khảo nghiệm đánh giá hiệu quả của năng lượng siêu âm
trong chống đóng cặn............................................................................84
4.4.1. Xác định điểm lắp thiết bị siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt ...................84
4.4.2. Các yêu cầu khi lắp đầu phát siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt...............87
4.4.3. Các kiểm tra sau khi lắp đầu phát siêu âm vào bộ trao đổi nhiệt .......87
4.4.4. Phương pháp thực nghiệm ..................................................................88
4.4.5. Kết quả thu nhập từ nghiên cứu khảo nghiệm ....................................89
4.5. Nhận xét và đánh giá kết quả của năng lượng siêu âm trong chống
đóng cặn trên He-502............................................................................94
Những người đã từng làm với các thiết bị nhiệt thì hiểu hơn ai hết về cặn
và tác hại của chúng đối với các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.
Sự hình thành cáu cặn các muối cứng cacbonnat trong các thiết bị trao đổi
nhiệt là nguyên nhân chính dẫn đến sự giảm hiệu quả làm việc của chúng. Do
các hệ số dẫn nhiệt của kim loại và các chất cáu cặn có giá trị khác nhau, sự gia
tăng bề dầy của lớp cáu cặn làm giảm nhiệt độ của nước cần gia nhiệt. Để bảo
toàn tính ổn định của của nước cần gia nhiệt với giá trị yêu cầu, người ta cần
phải tăng mức tiêu hao nhiên liệu của thiết bị sinh ra nhiệt, vì thế các thiết bị
trao đổi nhiệt phải làm việc với nhiệt độ trung bình cao hơn, dẫn đến quá trình
hình thành lên cáu cặn lại gia tăng nhanh hơn. Phụ thuộc vào độ cứng của muối
cacbonnat trong nước cần gia nhiệt (hay cần thu nhiệt) và nhiệt độ đầu ra của
thiết bị trao đổi nhiệt, thời gian phát triển bề dày của lớp cáu cặn trong các thiết
bị trao đổi nhiệt dạng ống tới 1-1,5 mm có thể trong thời gian từ vài tuần đến vài
năm. Cứ mỗi lớp cáu cặn mới hình thành thậm trí chỉ 0.1mm cũng dẫn đến sự
giảm quá trình truyền nhiệt, gia tăng tiêu hao nhiên liệu một cách đáng kể.
Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, chỉ cần 1mm lớp
cáu cặn được hình thành trong các bộ trao đổi nhiệt thì đã dẫn đến sự giảm tính
hiệu quả làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt tới 30%. Trong đó cáu cặn trong
các bộ trao đổi nhiệt còn gây ra sự tổn thất kinh tế nặng lề cho cả dây chuyền
sản xuất, cho vận chuyển và quá trình sử dụng nhiệt.
Trong các hệ thống thiết bị nhiệt xuất hiện các tổn thất khác - sự gia tăng
năng lượng điện tiêu thụ của các bơm nước do cần bơm lưu lượng lớn hơn
để bù đắp sự tổn hao nhiệt, sự gia tăng các tổn hao về thuỷ động và nhiệt động,
sự cần thiết phải thường xuyên tháo lắp và tảy rửa cặn trên các bề mặt gia nhiệt
của các thiết bị nhiệt.
Tổn hao về nhiệt trong quá trình vận chuyển nhiệt gia tăng khi cần có
nhiệt bổ xung do tổn hao từ nơi sinh nhiệt đến thiết bị sử dụng nhiệt. Sự gia tăng
lưu lượng nước cần gia nhiệt (hay thu nhiệt) trong các thiết bị trao đổi nhiệt dẫn
đến sự cần thiết phải vận chuyển lưu lượng lớn hơn, và các tổn hao bổ xung
năng lượng điện v.v. Các phương pháp thường được sử dụng hiện nay để đấu
tranh chống lại sự hình thành cáu cặn với mục đích: giảm số lượng các muối
cacbonnat cứng có trong nước bằng cách sử lý nước với sự hỗ trợ của hoá chất
(làm mềm nước) và sử dụng các chế độ nhiệt tối ưu trong hệ thống trao đổi
nhiệt.
Việc sử dụng phương pháp sử lý làm mềm nước bằng hoá chất cần được
đảm bảo trong suốt quá trình hoạt động của các bộ trao đổi nhiệt. Mặt khác, quá
trình sử lý khó có thể được đảm bảo ở mức tối ưu dẫn đến quá trình hình thành
cáu cặn càng gia tăng. Trong các thiết bị điện hoá chống đóng cặn, quá trình
hình thành cáu cặn xảy ra ở các bộ lọc chuyên dụng, sự hình thành cáu cặn ở đây
xảy ra nhanh hơn so với trong các bộ trao đổi nhiệt. Chính vì thế việc tảy rửa
cặn trong các bộ lọc phải thực hiện thường xuyên hơn so với các bộ trao đổi
nhiệt.
Hiện nay có công nghệ sử lý nước mềm hiện đại bằng cách sử dụng sử dụng các
chất hoá học với gốc phosphonat và polikarboksinat. Để ứng dụng công nghệ8
này cần sửa đổi lại kết cấu các thiết bị trao đổi nhiệt, lắp đặt thêm các thiết
bị điện và chi phí do tiêu thụ hoá chất hàng tháng.
Các phương pháp khác tương đối hiệu quả hơn là phương pháp sử lý làm
mềm nước bằng từ trường và điện từ trường. Mặt khác, việc sử dụng phương
pháp làm mềm nước có độ cứng cao bằng từ trường không có hiệu quả theo yêu
cầu, ngoài ra giá thành sử lý nước bằng điện từ trường tương đối cao.
Sự phát hiện ra các hiện tượng tạo bong bong siêu nhỏ trong chất lỏng khi
có tác dụng của dao động sóng siêu âm, mà khi các bong bong này nổ ra sinh ra
trong chất lỏng một áp lực với nhiệt độ cực lớn đã giúp các nhà khoa học tìm ra
nhiều hướng đi mới. Bằng các hiệu ứng này, ngay từ những năm 60 của thế kỷ
trước, các nhà khoa học Liên Xô áp dụng chúng cho rất nhiều mục đích khác
nhau trong công nghiệp, trong đó có chống đóng cặn cho các thiết bị trao đổi
nhiệt và hệ thống đường ống. Tuy nhiên, do sự sụp đổ của Liên Xô cũ, nhiều
công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này bị dừng lại và phải đến những năm
cuối thế kỷ 20 mới được khởi động trở lại.
Việc áp dụng công nghệ siêu âm cho chống đóng cặn được đánh giá là ưu
việt nhất hiện nay do có nhiều tính vượt trội về kinh tế, kỹ thuật, môi trường v.v.
Công nghệ này vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện. Để hoàn thiện
được công nghệ này, các nghiên cứu về cáu cặn, sự hình thành của cặn trong các
thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống, sự tác dụng của năng lượng siêu
âm vào quá trình hình thành nên cặn và sự phá huỷ cặn đã và do tác động dao
động siêu âm, các tác dụng khác nữa của năng lượng siêu âm là vô cùng cần
thiết.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN
CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG,
SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan về cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường
ống
1.1.1. Khái niệm về nước cứng và độ cứng của nước
Độ cứng của nước – là tập hợp các tính chất của nước được đặc trưng bởi
các iôn canxi và magnhê có chứa trong nước. Nếu nồng độ các iôn này lớn, thì
nước được gọi là nước cứng, nếu nồng độ nhỏ thì nước được gọi là nước mềm.
Nếu nước cứng có thành phần iôn magnhê cao thì có thể kiểm tra bằng vị, vị đặc
trưng là hơi chát.
Nước cứng cũng được phân loại ra làm hai loại :
- Nước cứng cacbonnat là nước cứng khi có chứa các muối axít cacbonnát
hoà tan như muối hyđrô cacbonnat canxi Ca(HCO3)2 và hyđrôcacbonnat
magnhê Mg(HCO3)2
- Nước cứng phicácbonnát là nước cứng mà trong đó sự tạo cứng do các
muối không phải là muối cacbonnat của canxi và magnhê gây ra.
Khi bị đun nóng đến nhiệt độ sôi, liên kết hyđrôcacbonnat bị phá huỷ và
hình thành các tinh thể muối cacbonnat kém hoà tan CaCO3 kết tủa xuống, vì
vậy độ cứng cacbonnat được gọi là độ cứng tạm thời. Khi bị đun đến nhiệt độ
sôi các iôn Mg++ và Ca++ kết tủa dưới dạng cacbonnat. Ví dụ như:
Ca 2+ + 2HCO3 - = CaCO3 + H2O + CO2 (1.1)
Độ cứng của nước được duy trì sau khi nước đã bị đun nóng đến nhiệt độ
sôi được gọi là độ cứng ổn định hay là độ cứng phicacbonnat. Nó được đặc
trưng bởi các muối hoà tan của canxi và magnhê từ các axít mạnh như sulphát
và clorit.
1.1.2. Quá trình hình thành cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống
đường ống
Sau một thời gian vận hành các thiết bị trao đổi nhiệt, hệ thống đường
ống và các thiết bị nhiệt công nghiệp và dân dụng khác xảy ra hiện tượng hình
thành cáu cặn cacbonnat (cặn) chủ yếu là do các phần tử muối cứng có trong
nước (nước cứng) – đó là các phần tử muối cacbonnat của canxi (Ca2+), magnhê
(Mg2+) và các phần tử khoáng chất khác tạo thành.
Cặn được hình thành trên bề mặt gia nhiệt của các thiết bị nhiệt trong quá
trình nước được đun nóng. Quá trình hình thành cáu cặn được xảy ra do một số
nguyên nhân sau: sự phân rã các muối axít cacbonnat chủ yếu của các nguyên tố
canxi và magnhê, các muối này chuyển thành muối cacbonnat với độ không tan
rất cao bám vào bề mặt gia nhiệt của thành ống và hình thành nên cáu cặn (xem
phương trình phản ứng 1.1). Ngoài các muối cacbonnat canxi và magnhê, còn có
các muối khác của canxi và magnhê như sulphat và clorit tạo ra cặn trong các
thiết bị trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống. Tuy nhiên nồng độ các muối này
trong nước không nhiều như muối cacbonnat nên người ta chỉ tập trung sử lý các
muối cacbonnat.
Quá trình hính thành cáu cặn là quá trình kết tinh thể hoá tương đối phức
tạp và có thể được mô tả trong ba giai đoạn phát triển sau:10
Ngoài ra, trong nước còn có các thành phần kim loại khác như sắt. Chính
các phương pháp tách sắt ra khỏi nước trong quá trình sử lý nước dẫn đến sự ô
xy hoá sắt hoá trị 2 Fe2+ thành sắt hoá trị 3 Fe+3 và kết tủa dưới dạng hyđrôxít sắt
3 Fe(OH)3. Sự có mặt của các chất này trong nước sẽ cản trở qúa trình kết tủa
sắt, chúng là lớp keo bảo vệ đối với hyđrôxits sắt 2.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi11
Một trong những phương pháp tách sắt là cho nước đi qua lớp huyền phù
phấn vôi tinh lơ lửng và hyđrôxít nhôm.
2Н2СгО4 + 3Na2SO3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 5Н2О (1.3)
Sau đó cần hoà tách nước với NaOH để tách hyđrôxít crôm
Nó cùng lúc sẽ kết hợp với chất keo trong nước do có sự hình thành
hyđrôxít canxi
Cacbonnat amônhi như muối của các axít và bazơ yếu sẽ được thuỷ phân:
(NH4)2CO3 + HOH^±NH4OH + NH4HCO3 (1.4)
Đối với hyđrôxít amônhi đặc trưng là trạng thái bão hoà chính vì thế trong
những khu vực vệ sinh thường có mùi amiắc.
Tuy nhiên, các phần tử hyđrôxít sắt vẫn không thể tách hết được vì thế mà
bám vào bề mặt trao đổi nhiệt tạo nên một phần của cáu cặn có trong các thiết bị
trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống.
Ngoài các muối hình thành cáu cặn trên trong nước còn rất nhiều các chất
khác cũng có thể tạo nên cáu cặn, tuy nhiên tỷ lệ của chúng so với muối canxi và
magnhê không nhiều. Ví dụ, trong nước uống có chứa những nguyên tố chủ yếu
có thể hình thành cáu cặn ngoài canxi và magnhê (TCVN1329/2002/BYT/QĐ):
Bảng 1.1
TT Tên các nguyên tố Hàm lượng Gái trị (<)
1 Canxi mg/l 300
2 Magnhê mg/l 300
3 Sắt mg/l 0.5
4 Mangan mg/l 0.5
5 Crôm mg/l 0.05
6 Chì mg/l 0.01
7 Đồng mg/l 2
8 Niken mg/l 0.02
9 Sunfat SO4 mg/l 250
10 Phosphat mg/l 2.5
11 Clo mg/l 250
Nếu các bộ trao đổi nhiệt dùng để gia nhiệt cho hoá chất, có nghĩa là môi
chất trong đường ống là hoá chất thì trong thành phần cáu cặn còn có thành phần
của các hoá chất gây ra cặn.
Vì thành phần của các nguyên tố khác không có nhiều trong nước ngoài
canxi và magnhê nên các phương pháp chống đóng cặn chỉ tập trung vào sử lý
cặn cho các muối của những nguyên tố này.
1.1.3. Ảnh hưởng của cáu cặn đến hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt và hệ
thống đường ống
Cáu cặn dẫn đến sự gia tăng đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, giảm hiệu
suất của các thiết bị nhiệt, quá nhiệt bề mặt gia nhiệt của lò hơi, giảm tiết diện
dòng chảy của ống dẫn, dẫn đến sự tăng cản trở chuyển động của nước và chất
lỏng, gia tăng chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết nhiệt. Ngoài ra,
dưới lớp cặn xảy ra quá trình tích luỹ các tạp chất làm tăng nhanh quá trình ôxy12
hoá lớp bề mặt kim loại của ống dẫn làm giảm tuổi thọ của kim loại và hư hỏng
cục bộ trong các đường ống và bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị.
Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học, cứ 1 mm lớp cặn trên bề
mặt của các thiết bị nhiệt sẽ hấp thụ 10% năng lượng nhiệt, nếu trên bề mặt
thành của nồi hơi hay các thiết bị đun nước lớp cặn dầy đến 13 mm thì sự mất
mát năng lượng nhiệt là 70% (hình 1.1)
0
20
40
60
80
1,5 3 7 10 13
Chiều dầy lớp cặn, mm
Tổn thất năng lượng, %
Hình 1.1. Sự phụ thuộc của tổn thất năng lượng vào chiều dày lớp cặn
Dõ ràng là cặn không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị,
tăng chi phí vận hành mà còn giảm tuổi thọ đáng kể của các thiết bị nhiệt. Hiện
nay trên thế giới đã có rất nhiều các phương pháp chống đóng cặn trực tiếp và
liên tục với nhiều công nghệ tiên tiên khác nhau.
1.2. Tổng quan về các công nghệ tảy rửa cặn
1.2.1. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí
Công nghệ tảy rửa cặn bằng cơ khí là phương pháp cổ điển nhất sử dụng
các thiết bị hay công cụ cơ khí đơn giản tác động trực tiếp vào bề mặt thiết bị
có cặn, nhưng cũng được áp dụng rộng rãi nhất do các ưu điểm là đơn giản và
giá thành thiết bị dùng cho tảy rửa cũng không cao. Tuy nhiên phương pháp này
có rất nhiều nhược điểm như: thời gian tảy rửa lâu, khả năng hỏng bề mặt kim
loại bám cặn cao, phải dừng máy hoàn toàn trong thời gian tảy rửa.
Phương pháp và công nghệ làm sạch cặn trong mỗi trường hợp cụ thể
được xác định dựa trên số lượng và thành phần của cặn, đặc tính và loại nhiên
liệu sử dụng trong lò hơi nếu là cáu cặn lò hơi, các điều kiện và chế độ làm việc
của thiết bị cụ thể v.v. Trong các bộ trao đổi nhiệt và các lò hơi áp suất thấp và
áp suất trung bình, với những lớp cặn đã tương đối dày, việc làm sạch cặn
thường sử dụng phương pháp cơ thuỷ động.
Trong các quá trình công nghệ thường sử dụng các công cụ và thiết bị
như: thiết bị phun nước áp lực cao đến 57 MPa, tuốcbin khí nén với các đầu
phun khí cần thiết, búa khí nén, các thiết bị mơí di động với áp lực đến 3 MPa và
lưu lượng tới 38 m3/h, thiết bị điện làm sạch các bề mặt trong của ống gương và
nồi hơi dạng trống v.v. Sử dụng những công cụ và thiết bị trên có thể làm sạch
cặn bất kỳ các bề mặt gia nhiệt nào của các thiết bị nhiệt.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi13
Bằng các thiết bị cơ khí thuỷ động với áp lực thuỷ động khác nhau người
ta có thể làm sạch cặn và cáu bẩn của tất cả các thiết bị nhiệt, các bộ phận cáu
bẩn cuả tuốc bin, các bộ ngưng của hệ thống gương lò hơi công suất khác nhau.
tuỳ từng trường hợp vào đặc tính của cặn và cáu bẩn cần làm sạch, áp suất làm việc được
chọn khác nhau trong dải từ 50 đến 450 at. Chi tiết quan trọng của các thiết bị
làm sạch bằng các thiết bị cơ thuỷ động là đầu phun, việc chọn tối ưu đường
kính của các đầu phun sẽ đảm bảo được chất lượng làm sạch các bề mặt bên
trong của các ống trao đổi nhiệt và phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ra chúng. Hiện
nay các nhà sản xuất đã đưa ra các thông số cụ thể của đầu phun cũng như các
thông số chế độ làm việc khác của thiết bị trong quá trình tảy rửa cặn phụ thuộc
vào loại cặn cụ thể, bề dày lớp cặn, tính chất lớp cặn, vật liệu của các thiết bị
nhiệt v.v.
1.2.2. Công nghệ tảy rửa bằng cơ khí kết hợp hoá chất
Công nghệ này cũng tương tự như công nghệ tảy rửa bằng cơ khí nhưng
có kết hợp sử dụng hoá chất với mục đích rút ngắn thời gian tảy rửa do các chất
cặn cáu bị phá huỷ sơ bộ do tác dụng cuả hoá chất trước khi chúng bị đảy ra
khỏi bề mặt trao đổi nhiệt.
Trong quá trình tảy rửa các thiết bị trao đổi nhiệt không được phép làm
hỏng các lớp bề mặt kim loại của bộ trao đổi nhiệt. Do đó sử dụng các chất tảy
rửa và bột mài cũng như bàn chải kim loại là không thể cho phép. Đây là
phương pháp tảy rửa rât shiệu quả và cũng được áp dụng rộng rài, tuy nhiên
phương phá này cũng có nhiều nhược điểm như:
- Trong khi thực hiện các thao tác tảy rửa các bộ trao đổi nhiệt bằng các
thiết bị rửa áp lực lớn cần giữ khoảng cách thích hợp giữa các thiết bị rửa và các
bộ trao đổi nhiệt
- Các roăng làm kín trong bộ trao đổi nhiệt có thể bị phá huỷ dưới tác
dụng của các dòng chất lỏng áp suất cao.
- Các lớp cáu cặn lớn cần được ngâm trong hoá chất trong thời gian
tối ưu trước khi rửa, nếu thời gian ngâm quá lâu sẽ phá huỷ cả vật liệu của thiết
bị.
Chính vì thế, cần chọn hoá chất thích hợp để tảy rửa cáu cặn các thiết
bị trao đổi nhiệt sao cho không làm hỏng bề mặt kim loại trao đổi nhiệt, các
roăng làm kín và các tấm toả nhiệt. Hoá chất được sử dụng cho việc tảy rửa cáu
cặn trong các bộ trao đổi nhiệt có thành phần và số lượng khác nhau phụ thuộc
vào loại cáu cặn, chiều dày lớp cáu cặn, vật liệu kim loại trao đổi nhiệt v.v. Dưới
đây là một ví dụ về hoá chất và thành phần của nó được sử dụng cho việc tảy rửa
cáu cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt:
KẾT LUẬN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Hoàn thành việc phân tích và xác định bản chất và nguyên nhân hình
thành nên cáu cặn trong các thiết bị nhiệt và hệ thống đường ống.
2. Hoàn thành việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng của cáu cặn đến thiết bị
nhiệt và hệ thống đường ống, xác định sự cần thiết của việc chống đóng
cặn cho các thiết bị này.
3. Hoàn thành việc phân tích, đánh giá và so sánh các phương pháp tảy rửa
và chống đóng cặn cho các thiết nhiệt và hệ thống đường ống hiện có. Từ
đó, xác định lợi thế của công nghệ dùng năng lượng siêu âm hiệu quả cao
trong tảy rửa và chống đóng cặn cho các thiết bị nhiệt và hệ thống đường
ống.
4. Thực hiện nghiên cứu bản chất sự tác động của sóng siêu âm đến việc
chống đóng cặn trong môi trường làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt.
5. Thực hiện việc phân tích, đánh giá và so sánh thiết bị dùng năng lượng
siêu âm cho chống đóng cặn hiện có trên thị trường.
6. Thực hiện phân tích, đánh giá và xác định vị trí cần lắp đầu phát siêu âm
cho chống đóng cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau.
7. Dựa trên các nghiên cứu của các nhà khoa học Quốc tế, tổng hợp và hệ
thống hoá cơ sở lý thuyết để tính toán thiết kế đầu phát dao động siêu âm
cơ học sử dụng chống đóng cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt.
8. Tính toán thiết kế đầu phát dao động siêu âm cơ học, so sánh kết quả tính
toán và thiết kế đầu phát với đầu phát siêu âm dùng cho chống đóng cặn
sản xuất tại Liên bang Nga.
9. Thực hiện khảo sát để xác định thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp phục vụ cho
khảo nghiệm hiệu quả công nghệ dùng năng lượng siêu âm cho chống
đóng cặn.
10. Lập kế hoạch, phương pháp và thực hiện khảo nghiệm hiệu quả công
nghệ sử dụng năng lượng trong chống đóng cặn trên bộ trao đổi nhiệt He-
502 trong Nhà máy Hoá chất của Tổng Công ty Giấy Việt Nam.
11. Hoàn thành khảo nghiệm hiệu quả tác động của năng lượng siêu âm trong
chống đóng cặn trên bộ trao đổi nhiệt. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ứng
dụng, bước đầu đã đánh giá được hiệu quả tác dụng của năng lượng siêu
âm cho chống đóng cặn trên thiết bị trao đổi nhiệt.
12. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chứng minh được hiệu quả ứng dụng
năng luợng siêu âm cho chống đóng cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt tất
cả mọi nơi mà môi chất trao đổi nhiệt là nước cứng và hoá chất muối
lỏng.
13. Trong bộ trao đổi nhiệt phục vụ nghiên cứu khảo nghiệm là loại trao đổi
nhiệt kiểu ống chùm nên việc nghiên cứu hiệu quả của năng lượng siêu
âm trên hệ thống đường ống không cần thiết phải thực hiện riêng.
14. Hiệu quả tác động của năng lượng siêu âm trong phần nghiên cứu khảo
nghiệm đã chứng tỏ các thông số lựa chọn đầu phát theo bộ trao đổi nhiệt,
phương pháp lựa chọn điểm lắp và quy trình lắp đặt thiết bị siêu âm cũng
như chế độ vận hành là phù hợp. Vì thế để ứng dụng thực tế cho các bộ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links