WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

ИСЯНОВА АНАСТАСИЯ РАМИСОВНА

СОЗДАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ НА ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2009

Работа выполнена в ГОУВПО «Московский энергетический институт (Технический университет)» на кафедре Технологии воды и топлива

Научный руководитель:

— доктор технических наук, профессор

Петрова Тамара Ивановна

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук

Кукушкин Александр Николаевич

— кандидат технических наук

Кирилина Анастасия Васильевна

Ведущая организация:

— ОАО «Фирма «ОРГРЭС»

Защита состоится «___» _______ 2009 года, в ___ час. ___ мин. в _____ на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «___» __________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.07

к.т.н., профессор Лавыгин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из причин снижения надежности оборудования, а, следовательно, возникновения повреждений поверхностей нагрева современных котельных агрегатов, является образование отложений на теплопередающих поверхностях. Анализ состава внутритрубных отложений котельных агрегатов, показывает, что их основная доля приходится на продукты коррозии железа (80-85%).

При переходе к высоким рабочим параметрам скорость образования отложений на внутренних поверхностях нагрева котельных агрегатов повысилась, что, в свою очередь, привело к снижению межпромывочного периода. Для оценки межпромывочного периода, а также для повышения надежности работы оборудования, практическое значение имеют количественные и качественные характеристики внутритрубных отложений продуктов коррозии железа.

В настоящее время единственным способом оценки скорости образования отложений продуктов коррозии железа является метод вырезки труб после останова котла, что малопригодно для диагностирования процесса образования отложений.

Моделирование процесса образования отложений продуктов коррозии конструкционных материалов, учитывая качество теплоносителя (воды) и рабочие параметры оборудования, позволит спрогнозировать скорость образования внутритрубных отложений.

Имеющиеся в настоящее время математические модели, описывающие процесс образования отложений, как правило, учитывают тепловой поток и концентрацию продуктов коррозии конструкционных материалов в воде. Оценить влияние других параметров, не входящих в явном виде в математические модели, практически невозможно. Кроме того, не всегда описаны теплотехнические условия, на основании которых предложена математическая модель.

Поэтому составление математической модели процесса образования отложений продуктов коррозии железа применительно к конкретным рабочим параметрам оборудования с оценкой влияния максимального количества значимых факторов, имеет большое научное и практическое значение.

Цель работы состоит в разработке математической модели образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях и оценке влияния отдельных параметров - теплового потока, времени, концентрации продуктов коррозии железа в воде и других параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при различных водно-химических режимах (ВХР).

Задачи исследования:

  1. Оценить влияние отдельных параметров (тепловой поток, тип ВХР, температура среды, температура стенки, скорость потока, рН и др.) на скорость образования отложений продуктов коррозии железа применительно к условиям работы труб барабанного котла.
  2. Разработать физико-химическую модель процесса образования отложений продуктов коррозии железа, учитывающую процессы коррозии.
  3. Разработать математическую модель процесса образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях с учетом максимального количества значимых факторов, влияющих на этот процесс.

Научная новизна работы:

  1. Впервые проведена оценка влияния отдельных параметров (теплового потока, времени, значения pH, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и др.) на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при трех ВХР: аммиачном (АВР), кислородно-аммиачном (КАВР) и восстановительном (ВВР).
  2. Получены математические зависимости, позволяющие прогнозировать изменение скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающей поверхности при различных тепловых потоках и постоянных параметрах работы оборудования для трех ВХР: АВР, КАВР и ВВР.

3. Впервые получены уравнения для расчета скорости образования внутреннего и внешнего слоев отложений на теплопередающих поверхностях.

4. Впервые рассчитаны коэффициенты диффузии кислорода для трех ВХР – АВР, КАВР и ВВР при изменении тепловых потоков от 50 до 300 кВт/м2.

5. Предложено уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа с учетом того, что отложения состоят их двух слоев.

Практическая ценность работы. В настоящее время в литературных источниках описывается большое количество математических уравнений, учитывающих различные факторы, влияющие на процесс образования отложений. Однако, практически нет данных, которые позволили бы оценить влияние отдельных факторов и выделить основные.

Выполненный корреляционно-регрессивный анализ экспериментальных данных, полученных при трех ВХР (АВР, КАВР и ВВР) в диапазоне изменения теплового потока от 50 до 300 кВт/м2, позволил установить степень влияния каждого контролируемого в ходе эксперимента параметра на скорость образования отложений продуктов коррозии железа. Полученные в результате корреляционно-регрессивного анализа данные могут служить базой для выбора основных контролируемых параметров в процессе работы оборудования. На основании этих данных было предложено уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях. Следует отметить, что в предложенном уравнении учтен не только непосредственно процесс образования отложений продуктов коррозии железа из теплоносителя, но и процесс коррозии металла.

Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях с учетом рабочих параметров оборудования.

Степень достоверности результатов. Основные научные положения, изложенные в работе, достаточно полно и убедительно подтверждаются результатами экспериментальных и промышленных исследований, приведенными в литературе. Методика проведения расчётов, выполненных с использованием современных программ и вычислительных средств, дает основание утверждать, что полученные данные достоверны.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения работы докладывались на четырех международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, Москва, март 2005, 2006, 2007, 2008 гг.), на конференции Международной ассоциации по свойствам воды и пара (Берлин, сентябрь 2008 г.) и на заседании кафедры Технологии воды и топлива (МЭИ, Москва, декабрь 2008 г.).

Личный вклад автора: разработка модели процесса образования отложений продуктов коррозии железа, учитывающей процессы коррозии; оценка влияния отдельных параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа применительно к условиям работы труб барабанного котла; разработка математической модели скорости образования отложений продуктов коррозии железа во внутреннем и внешнем слоях; анализ проведенных расчетов.

Публикации по работе. По теме диссертации имеется семь публикаций.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Основной материал изложен на 103 страницах машинописного текста, включает 27 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы и определены задачи исследования.

В первой главе приведен обзор литературных данных по факторам, влияющим на процесс образования отложений продуктов коррозии железа на поверхностях котельного оборудования.

Из обзора литературных данных следует, что основными факторами, влияющими на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, являются тепловой поток и концентрация продуктов коррозии железа в воде, изменение которых может привести к увеличению скорости образования отложений в десятки раз. Однако скорость образования отложений продуктов коррозии зависит не только от вышеуказанных факторов.

Так, например, тип ВХР и значение рН теплоносителя влияют на растворимость продуктов коррозии железа, на форму их существования, а также на заряд образующихся частиц, если концентрация продуктов коррозии железа превышает их растворимость. В зависимости от соотношения между зарядом частиц продуктов коррозии железа и поверхности металла изменяется и количество образующихся отложений. Известно, что при АВР продукты коррозии железа находятся в воде преимущественно в виде Fe3О4, при КАВР – в виде Fe(OH)3, скорость образования отложений при КАВР ниже, чем при АВР при одинаковых рабочих параметрах оборудования и концентрации железа в теплоносителе.

При рассмотрении факторов, оказывающих влияние на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, необходимо также учитывать факторы, влияющие на физико-химические и другие процессы, например, гидродинамические, которые, в свою очередь, влияют на массообмен в пристенном слое потока теплоносителя.

Таким образом, на основании проведенного обзора литературных данных сформулирована задача о необходимости выделения из общего количества факторов, влияющих на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, основных, которые определяют скорость образования отложений применительно к условиям работы конкретного оборудования.

Во второй главе приведено описание физической модели образования отложений продуктов коррозии железа, включающей в себя следующие стадии: физическое взаимодействие коллоидных и взвешенных частиц с поверхностью трубы; образование твердой фазы из воды в результате снижения растворимости; процессы адсорбции и ионного обмена на поверхности и в порах отложений.

На основании литературных данных выполнен анализ существующих математических моделей, описывающих процесс образования внутритрубных отложений продуктов коррозии железа. Установлено, что подход к созданию моделей и оценка основных факторов, влияющих на процесс образования отложений, у разных авторов значительно отличается.

Одни авторы считают, что определяющим фактором образования отложений продуктов коррозии железа является электростатическое взаимодействие между заряженной частицей и поверхностью трубы. На основании данного предположения авторы выводят зависимость для описания скорости образования отложений продуктов коррозии железа в виде уравнения:

А = k1q2·CFe, (1)

где А – скорость образования отложений продуктов коррозии железа; k1 – коэффициент пропорциональности; q – тепловой поток; СFe – концентрация железа в воде.

На основании тех же представлений о взаимодействии электрических частиц с поверхностью трубы, другими авторами получено следующее уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа:

А = k2q·(CFe-СFeр)d/di, (2)

где k2 – коэффициент пропорциональности; СFeр – концентрация растворенного железа; – плотность теплоносителя; – удельный объем теплоносителя; i – энтальпия теплоносителя.

В другой модели авторы предлагают оценивать скорость образования отложений продуктов коррозии на основании закономерностей массопереноса, протекающего при движении среды, содержащей взвешенные частицы, с учетом влияния на него тепловых и гидродинамических факторов:

(3)

где – отношение наружного диаметра трубы к внутреннему; С – концентрация продуктов коррозии в теплоносителе;, сл – удельные объемы теплоносителя в ядре течения и в пристенном слое соответственно; iсл – энтальпия теплоносителя в пристенном слое.

Некоторые авторы предлагают рассчитывать поверхностную плотность отложений с учетом времени нахождения примеси в объеме теплоносителя:

(4)

где R – радиус трубы; С0 – исходная концентрация вещества в теплоносителе; z – продольная координата; u – скорость потока; – время нахождения примеси в объеме теплоносителя.

Приведенный во второй главе анализ существующих уравнений для расчета скорости образования внутритрубных отложений продуктов коррозии железа показал, что в настоящее время нет единого математического описания механизма образования отложений. Кроме того, оценить влияние параметров, не входящих в явном виде в приведенные уравнения, практически невозможно. Следует также отметить, что значения некоторых коэффициентов и постоянных, входящих в уравнения (1) - (4), справедливы только в условиях проведения экспериментов.

На основании приведенного во второй главе анализа имеющихся математических моделей сформулированы задачи исследования.

В третьей главе представлен корреляционно-регрессивный анализ экспериментальных данных, выполненный с целью оценки влияния отдельных факторов на скорость образования отложений продуктов коррозии железа. Для проведения этого анализа были использованы результаты, полученные на экспериментальной установке кафедры Технологии воды и топлива (рис. 1), т.к. эти данные характеризуют конкретные условия проведения опытов: тип ВХР, теплотехнические параметры, время проведения опытов, концентрацию продуктов коррозии железа.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.