WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Известно, что для уменьшения жесткости воды и снижения количества накипи на поверхности теплообменника в морскую воду добавляют фосфатсодержащие растворы. Это приводит к образованию нерастворимых соединений, выпадающих в осадок и не участвующих в осаждении накипи. МДО-слои, полученные в различных электролитах и исследуемые в настоящей работе, содержат в своем составе фосфор от 4 до 10 массовых долей (%), (см. табл. 1). Причем для покрытий, сформированных в фосфатном электролите, согласно данным рентгеноэлектронной Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1784 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/146.pdf спектроскопии, состояние фосфора близко к состоянию его в ионе РО3-. В покрытии, полученном в гипофосфит-алюминатном электролите, фосфор может встречаться в таком же состоянии, так как Р+1 в гипофосфит-ионе на аноде может доокисляться до состояния Р+5. В морской воде фосфатные группировки выходят в раствор, снижая концентрацию солей в приэлектродном слое, и тем самым уменьшают интенсивность солеотложения на поверхности покрытия. Процесс происходит с малой скоростью, что обеспечивает длительную защиту покрытия от накипи.

Существенные различия фазового, элементного составов, физико-химических, в том числе полупроводниковых свойств покрытий, сформированных в фосфатном и гипофосфиталюминатном электролитах, свидетельствуют об отличии химического состояния элементов, входящих в состав покрытий. Данный вывод подтверждается экспериментальными результатами [2]. Механизм влияния МДО-слоев на процесс солеотложения полностью не изучен и требует дополнительных исследований.

3. Изучение антинакипных свойств МДО-слоев на реальной теплообменной установке Так как электрический способ нагрева позволяет лишь частично смоделировать условия, реализуемые на практике, то был проведены эксперименты по проверке защитных свойств покрытий на реальном теплообменном аппарате [1, 8, 9]. Для этого в Дальневосточном государственном техническом университете была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, схема которой приведена на рис. 1.

Морская вода из расходной емкости 7 циркуляционным насосом 8 подавалась на рабочий участок 4, где происходил ее нагрев. Охлаждение морской воды осуществлялось в поверхностном охладителе 6, после которого она сбрасывалась в расходную емкость. Вода на рабочем участке нагревалась паром, получаемым в электрическом парогенераторе 1. Пар освобождался от влаги в сепараторе 3, затем поступал на рабочий участок, после прохождения, которого направлялся в конденсатор 5. Расходная емкость имела объем 0,3 м3 и была изготовлена из стали. Рабочий участок 4 выполнен Рис. 1. Схема экспериментальной уста- в виде нагревателя "труба в трубе". Внутренняя труба длиной 335 мм с внешним диаметром 16 мм новки: 1 – электрический парогенератор; – выпускной клапан; 3 – сепаратор; 4 – ра- и толщиной стенки 1,5 мм изготовлена из титанобочий участок (теплообменник); 5, 6 – по- вого сплава. Наружная трубка, имеющая внешний диаметр 38 мм и толщину стенки 7 мм, изготовлена верхностные охладители; 7 – расходная емкость; 8 – циркуляционный насос; 9 – из оргстекла, что дает возможность визуально наблюдать процесс накипеобразования. Электриче16 – вентили; 17, 18 – манометры.

ский парогенератор позволяет получать пар с избыточным давлением до 0,2 МПа. Температура пара, морской воды на входе и выходе рабочего участка измерялась хромель-копелевыми термопарами. Расходы воды и пара измерялись объемным способом.

Испытанию были подвергнуты титановые трубы, имеющие на рабочей поверхности: естественную оксидную пленку (необработанные трубы) – (1); МДО-покрытие, полученное в фосфатном электролите – (2); МДО-покрытие, сформированное в фосфатном электролите и обработанное мелкодисперсным порошком политетрафторэтилена (ПТФЭ) с последующим отжигом, после которого на поверхности МДО-покрытия образуется тонкая полимерная пленка – (3).

МДО-покрытие, полученное в фосфатном электролите, было выбрано для испытаний как наиболее технологичное покрытие (простой, экологически безвредный состав электролита), снижающее, по данным предшествующего эксперимента, (см. табл. 1), интенсивность солеотложения на 30%. Обработка политетрафторэтиленом производилась с целью увеличения гидрофобности, снижения шероховатости покрытия, что имеет перспективу дополнительного снижения Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1785 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/146.pdf интенсивности накипеобразования. Нанесение политетрафторэтилена на поверхность неоксидированного титана не эффективно из-за низкой адгезии полимера к металлу. МДО-слой обладает разветвленной пористой поверхностью, хорошо удерживающей ПТФЭ [1, 10].

Продолжительность каждого эксперимента составляла 96 часов непрерывной работы при тепловой нагрузке 0,2 МВт/м2. Температура морской воды на входе в экспериментальный участок составляла 17...18 С; расход морской воды GМВ = (2,2...2,5)·10-2 кг/с при скорости потока 0,25 м/с; температура пара на входе равнялась 120...130°С; максимальное давление пара – 0,МПа; расход пара – (6,5...7)·10-3 кг/с. В течение эксперимента через каждые 3 часа проводилось измерение температуры пара и морской воды на входе и выходе рабочего участка, а также температуры охлаждающей жидкости на входе и выходе поверхностного охладителя. По полученным данным был рассчитан удельный тепловой поток. После каждого эксперимента расходная емкость заполнялась "свежей" морской водой. Для каждого типа покрытий было проведено по три эксперимента. В конце каждого эксперимента для всех типов испытываемых поверхностных слоев в нескольких местах трубки были сделаны сколы, и с помощью оптического микроскопа МБИ-15 определена толщина слоя накипи. Методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-2,0 (Сu К-излучение) был установлен фазовый состав накипи.

Статистически обработанные результаты испытаний представлены на рис. 2. Защитные свойства МДО-покрытия, не обработанного политетрафторэтиленом, проявляются через 50 часов работы теплообменника. В начальный момент наличие поверхностного слоя, имеющего меньшую теплопроводность по сравнению с металлом, снижает тепловой поток через стенки трубок, о чем свидетельствуют данные эксперимента. Согласно рис. 2, уменьшение удельного теплового потока в результате нанесения МДО-слоя, не обработанного полимером, в начальный момент составляет 1,65 %. Так как теплопроводность диоксида титана, входящего в состав МДО-слоев и определяющего теплопроводность пленки в целом, в 2,5 раза ниже теплопроводности титана, то МДО-покрытие должно оказывать влияние на работу теплообменника. Согласно расчетам, проведенным по уравнению Фурье для теплового потока (q = - gradT, где – коэффициент теплопроводности), для системы, состоящей из титановой стенки толщиной 1,5 мм и МДО-покрытия толщиной 10 мкм, с учетом различия коэффициентов теплопроводности титана (16,59 Вт/мК) и пленки (6,53 Вт/мК) уменьшение теплопроводимости с учетом МДО-слоя составит не более 1,5 %.

При использовании МДО-слоя, обработанного политетрафторэтиленом, снижение теплового потока составляет 2,8%, однако, защитные свойства покрытия проявляются раньше – через 34 часа работы теплообменника и становятся особенно ощутимыми в конце эксперимента. Через 96 часов работы установки толщина слоя накипи на таком покрытии в два раза меньше по сравнению с исходным материалом, а увеличение удельного теплового потока составляет 16 % от уровня необработанного титана. Защитные свойства МДОслоев, не обработанных полимером, проявляются слабее, однако, по сравнению с неоксидированными трубами, слой накипи на МДО-покрытиях более рыхлый и легко сбивается потоком хладоагента. Фазовый анализ показал идентичность составов накипи на МДО-слоях, как обработанных, так и необработанных ПТФЭ. На покрытиях накипь состоит из небольшого количества Рис. 2. Изменение удельного тепловоNаСl и фазы Mg6FeCO3(OH)134H2O, которая может го потока на титановых трубах с разбыть представлена совокупностью фаз:

личными поверхностными слоями:

5Mg(OH)2Fe(OH)3MgCO34H2O, имеющих достаточестественной оксидной пленкой, с ную вероятность образования на поверхности теплообтолщиной слоя накипи d = 100 мкм – менника. На необработанной титановой трубе накипь (1); с МДО-покрытием, полученным в фосфатном электролите, d = 76 мкм – (2); с МДО-покрытием, полученным в фосфатном электролите и обработанным ПТФЭ, d = 50 мкм– (3).

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1786 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/146.pdf состоит из СаСО3 (арагонит) и небольшого количества Mg(OH)2. Можно предположить, что в первые часы эксперимента в условиях достаточно высокого теплообмена, когда реализуются температуры от 70 до100°С, на поверхности титановой трубы оседает Мg(OH)2, в результате чего теплообмен уменьшается и, вследствие снижения температуры на поверхности, образуется слой более "низкотемпературной" накипи – СаСО3. При использовании МДО-покрытий такого снижения температуры на поверхности труб не происходит, о чем свидетельствует отсутствие в составе накипи углекислого кальция. Вместе с тем при электрическом способе нагрева на образцах с МДО-покрытиями в составе солевого осадка обнаружен СаСО3 (см. табл. 1). Это может быть связано как с величиной удельного теплового потока, различающегося в используемых установках, так и с эффектом поляризации, имеющим место на исследуемом образце в экспериментальной теплообменной установке. Электрический контакт титанового теплообменника со стальными подводящими трубами обеспечивал прохождение катодного тока через испытываемый образец. Согласно результатам работы [11], при совместной кристаллизации СаСО3 и Мg(ОН)2 на металлах из морской воды ионы Мg+2 тормозят кристаллизацию СаСО3 из-за образования Мg(ОН)+ и МgСО3, понижая степень пересыщения СaСО3 у поверхности растущего осадка. Причем, с ростом катодного тока доля СаСО3 в осадках снижается и при больших токах осаждается почти чистый гидроксид магния. В работе [1] было показано, что МДО-покрытия, сформированные на титане в фосфатном электролите, защищают сталь от контактной коррозии при работе ее в паре с титаном в морской воде. Однако на начальной стадии ток контактной коррозии, при использовании в структуре гальванопары данного типа покрытия, несколько выше по сравнению с уровнем тока незащищенной гальванопары. Большой катодный ток в первые часы работы теплообменника мог определяющим образом повлиять на кинетику отложения солей на поверхности исследуемого слоя.

Таким образом, согласно результатам проведенного исследования, МДО-покрытия, практически не влияя на теплопроводность стенок трубы теплообменного аппарата, существенно снижают интенсивность солеотложения на его поверхности. Лучшими защитными свойствами обладает МДО-слой, обработанный политетрафторэтиленом. Данный способ защиты имеет перспективу практической реализации и требует дальнейшего развития.

4. Проверка антинакипных свойств МДО-покрытий на испарительной установке Проверка антинакипных свойств МДО-покрытий проводилась на испарительной установке, изготовленной ОАО «Калужский турбинный завод» и предназначенной для опреснения морской воды. Теплоэлектронагреватель (ТЭН), работающий в структуре испарительной установки, в значительной степени подвержен процессу накипеобразования на его поверхности, а следовательно, нуждается в соответствующей защите.

В течение эксперимента использовали натуральную морскую воду, взятую из Амурского залива (Японское море). Соленость воды составляла приблизительно 28 ‰.

Принципиальная схема испарительной установки, на которой проводились испытания, представлена на рис. 3. В парогенераторе 1 морская вода нагревалась до температуры кипения теплонагревательным элементом 2, смонтированным на съемной части корпуса парогенератора. Пар поступал в нижнюю полость деструктора (отделителя) пены, состоящего из корпуса 5 и двигателя 6. В верхней полости корпуРис. 3. Принципиальная схема испариса деструктора имелся змеевик 7, служащий для контельной установки: 1 – парогенератор, денсации пара. В нижней полости размещена крыль– теплоэлектронагреватель (ТЭН), 3 – чатка 8, предназначенная для разделения пара и жидуказатель уровня, 4 – слив дистиллята, кости (пены). Пар из нижней полости по кольцевому 5 – деструктор пены, 6 – двигатель, 7 – зазору между валом крыльчатки и кромкой перегоохлаждающая вода, 8 – крыльчатка, 9 – бак для шлама, 10 – бак для морской воды, 11 – вентиль, 12 – бак уравнительно-подпиточный, 13 – бак для сбора излишков морской воды.

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1787 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/146.pdf родки поступал в верхнюю полость деструктора, где конденсировался на змеевике. Расчетная скорость подъема пара в парогенераторе данной конструкции составляет не более 0,1 м/с, что соответствует уносу капель диаметром меньше 0,210-3 мм. При таком режиме испарения обеспечивается достаточно высокая степень очистки. Дистиллят собирался в поддоне, из которого через патрубок 4 поступал в бак. Соприкасаясь с вращающейся крыльчаткой, влага и шлам, находящиеся в паре, за счет центробежной силы отбрасывались на стенки, а затем стекали в углубление днища, из которого по трубе через сифон попадали в сборный бак 9. Охлаждающая вода по системе 7 подавалась в змеевик деструктора пены и далее сливалась в дренаж.

Морская вода из бака 10 поступала в уравнительно-подпиточный бак 12, из которого попадала в парогенератор. Избыток воды сливался в сборный бак 13. Уровень воды в парогенераторе поддерживался за счет свободной ее подачи из бака 12 по принципу сообщающихся сосудов.

Вентиль тонкой регулировки 11 был установлен в магистраль между баком для морской воды и уравнительно-подпиточным баком с целью минимизации слива избыточной морской воды в бак 13. Все основные составляющие элементы установки были выполнены из титановых сплавов.

Это обеспечивало отсутствие коррозионных процессов, а следовательно, образование и поступление в зону нагрева посторонних веществ, способных изменить картину процесса накипеобразования. В качестве указателя уровня 3 использовалась стеклянная трубка.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.