Научная статья на тему 'ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЯХ'

ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЯХ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
196
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОТЛЫ / ОТЛОЖЕНИЯ / ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА / РАСТВОРЕНИЕ / КИНЕТИКА / НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ / САМООРГАНИЗАЦИЯ / АКУСТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ / ТЕНЗОИМПУЛЬСНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ / СТОХАСТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС / POWER BOILERS / DEPOSITS / CHEMICAL PURIFICATION / DISSOLUTION / KINETICS / NONLINEAR PROCESSES / SELF-ORGANIZATION / ACOUSTIC FIELDS / TENZOIMPULSE REGULATION / STOCHASTIC RESONANCE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Зарембо Дарья Викторовна, Зарембо Виктор Иосифович

Изучены кинетические процессы взаимодействия растворов серной и соляной кислот с отложениями на металлических поверхностях нагрева водогрейных котлов при подаче низкоэнергетических импульсов давления в диапазоне частот 200 - 2000 кГц. В лабораторных условиях гравиметрическим методом проведен сравнительный анализ влияния импульсов давления на количество отложений, удаленных с поверхности загрязненных образцов труб топочных экранов водогрейных котлов. Во всем исследованном диапазоне частот как для раствора серной, так и соляной кислоты обнаружено влияние низкоэнергетических акустических полей на процессы химической очитки. Наблюдается экстремальная зависимость кинетики процесса от частоты подаваемого сигнала. Экстремумы влияния для очистки серной и соляной кислотами совпадают. При акустическом воздействии на экстремальной частоте эффективность очистки возрастает для серной кислоты в 2.7, а для соляной - в 2.2 раза. Результаты лабораторных исследований подтверждены промышленными испытаниями на одной из ТЭЦ филиала «Невский» ОАО «ТГК-1». Влияние внешних слабых акустических полей на процесс химической очистки является одним из видов стохастического резонанса и объясняется усилением упорядоченности новых элементов или соотношений в системе: синхронизацией захватыванием диссипативных структур, образующихся в результате больших флуктуации параметров процесса и изменений системы химических связей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Зарембо Дарья Викторовна, Зарембо Виктор Иосифович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHEMICAL PURIFICATION OF CONTAMINATED HEATING SURFACES OF POWER PLANTS BOILERS IN LOW-ENERGY ACOUSTIC FIELDS

Kinetic processes of interaction of sulfuric and hydrochloric acids solutions with deposits on metal heating surfaces of hot water boilers at low-energy pressure pulses in frequency range 200 - 2000 kHz are studied. А comparative analysis of the pressure pulses effect on the amount of deposits removed from the surface of contaminated samples of pipes of hot water boilers was carried out in laboratory using gravimetric method. The influence of low-energy acoustic fields on chemical purification was revealed in the entire investigated frequency range for both sulfuric and hydrochloric acids solutions. An extremal dependence of process kinetics on the frequency of the supplied signal is observed. The influence extremums for the purification with sulfuric and hydrochloric acids coincide. In case of an acoustic impact at the extreme frequency the efficiency of purification increases for sulfuric acid in 2.7 times, and for hydrochloric acid - in 2.2 times. The results of laboratory studies were confirmed with industrial tests at one of the heat and power plants of "Nevsky" branch of JSC "TGC-1". The influence of external weak acoustic fields on the process of chemical purification is one of the types of stochastic resonance and is explained with the increasing order of new elements or ratios in the system: synchronization of dissipative structures which are formed as a result of big fluctuations of the operating parameters of the process and changes of chemical bonds system.

Текст научной работы на тему «ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЯХ»

I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Химия и технология неорганических веществ

УДК 534.23+536.755

Darya V. Zarembo, Victor I. Zarembo

CHEMICAL PURIFICATION OF CONTAMINATED HEATING SURFACES OF POWER PLANTS BOILERS IN LOW-ENERGY ACOUSTIC FIELDS

St Petersburg State Institute of Technology (Technical University), 26, Moskovsky Pr., St Petersburg, 190013, Russia. e-mail: ndz@list.ru

Kinetic processes of interaction of sulfuric and hydrochloric acids solutions with deposits on metal heating surfaces of hot water boilers at low-energy pressure pulses in frequency range 200 - 2000 kHz are studied. A comparative analysis of the pressure pulses effect on the amount of deposits removed from the surface of contaminated samples of pipes of hot water boilers was carried out in laboratory using gravimetric method. The influence of low-energy acoustic fields on chemical purification was revealed in the entire investigated frequency range for both suffuric and hydrochloric acids solutions. An extremal dependence of process kinetics on the frequency of the suppied signal is observed. The influence extremums for the purification with suffuric and hydrochloric acids coincide. In case of an acoustic impact at the extreme frequency the efficiency of purification increases for suffuric acid in 2.7 times, and for hydrochloric acid - in 2.2 times. The results of laboratory studies were confirmed with industrial tests at one of the heat and power plants of "Nevsky" branch of JSC 'TGC-1". The influence of external weak acoustic fields on the process of chemical purffication is one of the types of stochastic resonance and is explained with the increasing order of new elements or ratios in the system: synchronization of dissipative structures which are formed as a result of big fluctuations of the operating parameters of the process and changes of chemical bonds system.

Keywords: power boilers, deposits, chemical purification, dissolution, kinetics, nonlinear processes, self-organization,

acoustic fields, tenzoimpulse regulation, stochastic resonance.

DOI 10.36807/1998-9849-2020-52-78-70-76

Зарембо Д. В., Зарембо В. И.

ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ^ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия. e-mail: ndz@list.ru

Изучены кинетические процессы взаимодействия растворов серной и соляной кислот с отложениями на металлических поверхностях нагрева водогрейных котлов при подаче низкоэнергетических импульсов давления в диапазоне частот 200 - 2000 кГц. В лабораторных условиях гравиметрическим методом проведен сравнительный анализ влияния импульсов давления на количество отложений, удаленных с поверхности загрязненных образцов труб топочных экранов водогрейных котлов. Во всем исследованном диапазоне частот как для раствора серной, так и соляной кислоты обнаружено влияние низкоэнергетических акустических полей на процессы химической очитки. Наблюдается экстремальная зависимость кинетики процесса от частоты подаваемого сигнала. Экстремумы влияния для очистки серной и соляной кислотами совпадают. При акустическом воздействии на экстремальной частоте эффективность очистки возрастает для серной кислоты в 2.7, а для соляной - в 2.2 раза. Результаты лабораторных исследований подтверждены промышленными испытаниями на одной из ТЭЦ филиала «Невский» ОАО «ТГК-1». Влияние внешних слабых акустических полей на процесс химической очистки является одним из видов стохастического резонанса и объясняется усилением упорядоченности новых элементов или соотношений в системе: синхронизацией захватыванием диссипативных структур, образующихся в результате больших флуктуации параметров процесса и изменений системы химических связей.

Ключевые слова: энергетические котлы, отложения, химическая очистка, растворение, кинетика, нелинейные процессы, самоорганизация, акустические поля, тензоимпульсная регуляция, стохастический резонанс.

Дата поступления -13 января 2020 года

Введение

Растворение - один из самых распространенных технологических процессов, который по-разному реализуется на предприятиях: отмывка, химическая очистка, избирательное и неизбирательное травление, промывка, химическое полирование, выщелачивание

или вскрытие руд, дезактивация, элюирование, экстрагирование, гомогенное жидкофазное смешение и т.д. В большинстве этих операций наблюдается эволюционный процесс, происходящий в многокомпонентных конденсированных системах на границах раздела фаз. Теоретическое детерминистическое описание фазового

перехода, тем более осложненного химически превращениями, невозможно [1]. Технологи и исследователи, занимающиеся этими процессами, как правило, ведут эмпирический поиск необходимых параметров. Специалисты в области полупроводников и полупроводникового приборостроения зачастую делают пессимистический вывод о том, что травление является скорее искусством, чем наукой, потому что необходимый травящий раствор и условия можно подобрать только методом проб и ошибок [2].

При работе энергетических котлов на внутренней стороне их поверхностей нагрева неизбежно образуются отложения примесей, поступающих с питательной водой, которые ухудшают теплопередачу, увеличивают гидродинамическое сопротивление и могут приводить к термическим и коррозионным повреждениям металла труб. При достижении определенного уровня загрязненности необходимо проводить химическую очистку котлов. Начиная с 50-70-х годов прошлого века, был выполнен большой объем исследований, позволивших разработать рекомендации для очистки котлов разных типов и параметров [3-21]. Каждый технологический режим имеет свои преимущества и недостатки, определяющие область его применения. Повышение эффективности технологии эксплуатационной химической очистки водогрейных котлов с целью сокращения количества кислотных стадий, их продолжительности, снижения материальных затрат и уменьшения объема сбрасываемых промывочных растворов, т.е., при прочих равных, увеличение скорости растворения и повышение степени превращения является актуальной задачей.

В настоящей работе применен принципиально новый подход к химической очистке греющих поверхностей котлов, а именно, при сохранении неизменными всех параметров существующей на предприятии технологии на реактор или котел дополнительно подается слабый регулятивный акустический сигнал ультразвуковой частоты (шум). Поскольку при химической очистке отложений происходит фазовый переход, то этому процессу должны быть присущи явления самоорганизации. Фазовые переходы описываются нелинейными уравнениями массо- и теплопереноса, содержащими члены, отвечающие за управление и регуляцию. Регуляция осуществляется с помощью специального генератора импульсов тока, в скин-слое выносной петли-вибратора которого создаются слабые акустические колебания ультразвуковой частоты. Сигнал определенной частоты и формы вызовет синхронизацию стохастических диссипативных структур автогенераторного типа, обязательно сопровождающих фазовый переход. В общем, это явление называется стохастический резонанс (СР) [22-23], он должен проявляться и в кинетике растворения отложений. Сначала эта технология была названа нами фоновая акустическая резонансная регуляция самоорганизации, потом утонченно - тензоимпульсная регуляция (ТИР). Она уже показала свою эффективность в таких процессах как электрохимическое травление, электроэкстракция металлов, разряд гальванического элемента, сварка, кристаллизация металлов, гальванопластика, осаждение драгоценных металлов и пр. [24-28].

Экспериментальная часть

Важнейшим этапом химической очистки водогрейных котлов является кислотная обработка. Выбор типа и концентрации кислоты определяется, прежде

всего, удельной загрязненностью поверхности нагрева и химическим составом обложений. В тепловых сетях филиала «Невский» ОАО «ТГК-1», работающих по схеме открытого водозабора, подпитка осуществляется низко минерализованной водой, не требующей предварительного умягчения. Водоисточником служит река Нева, показатели качества воды которой представлены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели качества воды реки Невы

Показатель Величина

Сухой остаток, мг/дм3 50-70

Кислород, мг/дм3 6-12

Углекислота, мг/дм3 2,2-3,5

Железо, мг/дм3 0,2-1,2

Аммиак, мг/дм3 0,15-0,3

Нитриты, мг/дм3 0,01-0,035

Нитраты, мг/дм3 1,0-2,9

Хлориды, мг/дм3 7-9

Сульфаты, мг/дм3 6-13

Кремниевая кислота, мг/дм3 0,35-2,5

Натрий, мг/дм3 4,5-5,5

Алюминий, мг/дм3 0,018-0,049

Жесткость, мг-экв/дм3 0,6-0,85

Щелочность общая, мг-экв/дм3 0,55-0,85

Окисляемость, мг O2/дм3 8-11

Цветность, град. 26-37

Мутность, мг/дм3 0,6-3,0

Значение pH 7,4-7,8

На большинстве электростанций Санкт-Петербурга для подпитки используется вода городского водопровода, прошедшая стадии коагуляции и фильтрации на водоснабжающем предприятии с последующей деаэрацией на ТЭЦ. На двух электростанциях подпиточная вода отбирается непосредственно из Невы с последующей очисткой на механических фильтрах ТЭЦ и деаэрацией. Первая группа электростанций оснащена деаэраторами вакуумного типа, а вторая -атмосферными. Химический состав отложений определяется в основном продуктами коррозии железа и качеством подпиточной воды. Для водогрейных котлов он приведен в таблице 2 [29].

Таблица 2. Химический состав отложений в _водогрейных котлах ТЭЦ СПб

Состав отложений Содержание, %

SiO2 2-3

Al2Oз 1-2

Fe2Oз 80-85 (до 90)

CaO + MgO 1,0-2,5

^ + ZnO 1,3-2,0

SOз 0,8-1,5

Гидраты + карбонаты до 1

Потери при прокаливании 10-20

Согласно нормативам количество отложений должно составлять не более 1000 г/м2, однако, фактические значения могут достигать величины 4000 г/м2. Инструкцией [5] предусматривается для таких случаев использование соляной или серной кислот.

В лабораторных условиях было изучено влияние слабых акустических полей частотой 200-2000 кГц на процесс взаимодействия растворов серной и соляной кислот с отложениями на поверхностях нагрева водогрейных котлов. Образцы для исследования вырезали из загрязненных труб топочных экранов теплофикационного водогрейного газомазутного котла ПтВм-180 из стали-20. Внешнюю поверхность и торцы образцов защищали кислотостойким лаком, помещали в

реактор с кислотой необходимой исходной концентрации и периодически механически перемешивали раствор. Процесс проводили в водяном циркуляционном термостате при температуре 55±0,1 °С. Антенна-вибратор от генератора ультразвуковых импульсов тока прикреплялась к внешней стороне термостата. Количество отложений на образцах до и после очистки кислотами определяли гравиметрически согласно типовой методике [29]. Погрешность кинетических измерений не превышала 10 %.

Макропараметры очистки серной кислотой: исходная концентрация водного раствора серной кислоты - 5 %, ингибитора коррозии катапина Ки-1 - 0.2 %, объем раствора - 0.3 л, масса загрязненного образца - 90 г, исходная загрязненность 3000 г/м2, длительность процесса - 5 ч. На рисунке 1 представлены рассчитанные массы отложений, удаленных с 1 м2 поверхности образцов при разных частотах акустического поля.

2000

| 1800 ■s

| 1600 о

S 1400 га

0

2 1200 о: га

g 1000

1

800

600

0 200 ~500 1000 1500 2000

Частота. кГц

Рисунок 1. Влияние частоты слабого ультразвукового поля на количество отложений, удаленных серной кислотой

Из рис.1 видно, что, начиная с частоты 500 кГц и до 2000 кГц, наблюдается эффект акустического влияния на кинетику очистки серной кислотой загрязненных поверхностей труб водогрейного котла. Экстремум влияния находится на частоте 1500 кГц, при которой количество удаленных отложений возрастает в 2,7 раза по сравнению с обычными условиями.

Аналогичные исследования были выполнены и для очистки раствором соляной кислоты. Макропараметры процесса: исходная концентрация водного раствора соляной кислоты - 5 %, ингибитора коррозии уротропина - 0,5 %, объем раствора - 0,3 л, масса загрязненного образца - около 85 г, исходная загрязненность 2560 г/м2, длительность процесса - 3 ч. Результаты опытов представлены на рисунке 2.

2000

см S

С 1800 s s

| 1600 о

fe 1400 л

0

1 1200

и:

i 1000 с ш

? 800 600

1 ■ ___,_J_

О 200 500 1000 1500 2000 Частота. кГи

Рисунок 2. Влияние частоты слабого ультразвукового поля на количество отложений, удаленных соляной кислотой

Из рис.2 следует, что влияние ТИР на кинетику очистки загрязненных поверхностей труб водогрейного котла соляной кислотой наблюдается во всем диапазоне исследованных частот (200-2000 кГц). Величина эффекта, как и для очистки серной кислотой, максимальна на частоте 1500 кГц, при которой количество удаленных отложений возрастает в 2,2 раза по сравнению с обычными условиями. Отметим, процесс очистки соляной кислотой длится на 2 часа меньше, чем серной.

Реальный водогрейный котел ПТВМ-100 имеет размеры 11x11x15 м, а паровой котел ТМГ-96Б -10x10x30 м, поэтому геометрический масштаб лабораторных исследований несоизмерим с современными промышленными условиями. Однако, проведенные исследования позволили предположить, что применение слабого акустического поля частотой 1500 кГц позволит существенно повысить эффективность кислотной очистки водогрейных и, вероятно, барабанных энергетических паровых котлов по сравнению со штатной технологией. Что и было подтверждено химической очисткой серной кислотой топочных экранов парового барабанного котла высокого давления по методу травления, то есть без циркуляции промывочного раствора и без «качаний» (периодического впуска и выпуска растворителя в контур промывки), а с периодическим перемешиванием промывочного раствора низкоэнергетическим паром.

Химический состав отложений в барабанных котлах высокого давления филиала «Невский» ОАО «ТГК-1», работающих на фосфатном водно-химическом режиме представлен в таблице 3. Он отличается от состава водогрейных котлов. Основную часть этих загрязнений составляют оксиды железа, фосфаты кальция и магния, при этом содержание кальция не превышает 10 %.

Таблица 3. Химический состав отложений в трубах топочных экранов паровых барабанных котлов высокого давления _филиала «Невский» ОАО «ТГК-1»

Состав отложений Содержание, %

SiO2 1-2

Al2O3 0,5

Fe2O3 45-60

CaO + MgO 9-17

CuO 6-10

ZnO 5-14

P2O5 10-17

SO3 0,3-0,4

Потери при прокаливании 0,2-2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Различие в составе отложений парового (табл. 3) и водогрейного (табл. 2) котлов неудивительно, поскольку они формируются из разных сред и, что особенно важно, температура их образования различается практически на 400 °С Несомненно, это должно сказываться на кинетике процесса химической очистки.

В настоящее время отсутствуют обобщающие нормативные материалы по эксплуатационной химической очистке барабанных котлов. Однако, некоторые рекомендации по применению раствора серной кислоты в условиях повышенного количества отложений могут быть взяты из руководящего документа, разработанного для водогрейных котлов. Согласно типовой

инструкции [5], при удельной загрязненности топочных вертикальных экранов до 1000 г/м2 и содержании кальция в отложениях до 10 % допускается использование метода травления раствором серной кислоты до 10 %.

С целью изучения кинетики травления предварительно были проведены лабораторные опыты с образцами загрязненных труб (удельная загрязненность 940 г/м2) из топочных экранов парового котла ТП-80 без акустического воздействия. На рисунке 3 представлена хронограмма этого процесса.

Рисунок 3. Хронограмма процесса очистки образцов труб котла ТП-80 по методу травления 10 % раствором серной кислоты, содержащим 0.2 % ингибитора катапина КИ-1, при 55 "С

Анализ рисунка показывает, что кинетика этого процесса сложна. В первые три часа отложения практически не растворяются, наблюдается топохими-ческая стадия реакции. Затем в течение двух часов реакция протекает c большой скоростью (растворяется 80 % загрязнений), далее процесс переходит в медленную стадию и, спустя еще два часа степень превращения достигает нужного значения. Таким образом, методом травления с периодическим перемешиванием в один прием за 7-8 ч можно очистить повышенное против нормы количество отложений с труб топочных экранов парового котла высокого давления, работающего при фосфатном водно-химическом режиме.

В последующем был выполнен комплекс промышленных исследований по эксплуатационной химической очистке барабанных котлов высокого давления в одну стадию методом травления ингибированными растворами серной кислоты с периодическим перемешиванием раствора в котле низкопотенциальным паром в обычном режиме и при воздействии слабых акустических полей. У паровых котлов ТМГ-96Б №1 и №3 ТЭЦ-21 филиала «Невский» ОАО «ТГК-1» уровень загрязненности был повышен, но примерно одинаков. Очистка обоих котлов длилась восемь часов при средней температуре 50 °С, но в котле № 3 процесс осуществлялся при воздействии слабого акустического поля частотой 1500 кГц. Петля-вибратор крепилась к вестовой (сливной) трубке котла. Начальная загрязненность этого котла составляла 1150 г/м2, после промывки количество отложений снизилось до нормативного остаточного уровня - 60 г/м2. В тоже время, в котле №1 при аналогичном значении исходной загрязненности (1200 г/м2) по штатной технологии было удалено отложений лишь до 200 г/м2. Учитывая конечную кинетику процесса растворения отложений (рис. 3), можно заключить, что применение ТИР эффективно на реальных крупногабаритных тепловых аппаратах.

Обсуждение результатов

В обширных монографиях [2, 30] представлены фундаментальные аспекты процесса растворения, описанные в научной литературе начала 1980-х годов, предполагающие ионный механизм растворения и травления ионных кристаллов для водных растворов и спиртов, и молекулярный механизм для органических соединений в органических растворителях таких, как спирты, бензол и т.д. Априорно констатируется, что в последнем случае разрывается слабая молекулярная связь, существующая между молекулами кристалла, а в первом - разрушается более сильная электростатическая связь между ионами. Утверждается, что растворение имеет химическую природу. Современные работы [31] обосновывают расчетами молекулярный переход из ионного соединения в неорганический растворитель - воду, но предполагают последующую ионизацию молекулы в растворе. В работах Р.Р. Сале-ма [32, 33] на основании поляризационной теории и экспериментальных данных полностью отторгается гипотеза самопроизвольной электролитической диссоциации Аррениуса, что возвращает нас к гидратной или сольватной теории Д.И. Менделеева, не просто феноменологической, а основанной на термодинамическом и электростатическом учете поляризационных (ориентационных и деформационных) взаимодействий частиц в растворах.

В работе [34] развивается новая модель неоднородного электронного газа и теория поля обобщенных зарядов, в которой выводится нелинейное правило сумм для учета вклада атомов в энергию молекулы. Полученные выражения для межатомных взаимодействий не требуют эмпирических параметров, что позволяет количественно описать сложные физико-химические явления, вычислить важнейшие характеристики ковалентных и вандерваальсовых сил, в том числе константы для описания адсорбции. Развитый подход продемонстрирован на выводе закономерностей для элементов Периодической системы Д.И. Менделеева для ковалентных и вандерваальсовых связей, для поляризуемости и адсорбции молекул.

Однако, в специальной учебной литературе авторы, как правило, ограничиваются формализованными экспериментальными представлениями о растворимости [35]. В этой же работе отмечается, что движущими силами растворения твердых тел являются энергетические процессы на гранях поверхностей -местные вихревые явления, которые ведут к образованию ребер намыва и к сквозной коррозии [30], а в [33] расчетами показывается, что на границе раздела фаз поверхностный слой (двойной слой), благодаря огромному силовому электрическому полю со стороны раствора, находится в постоянном турбулентном движении.

В процессе растворения происходят флуктуации управляющих параметров, меняется число и вид межмолекулярных связей, то есть имеются все необходимые условия для образования стохастических вихревых диссипативных структур автогенераторного типа [36] и возможности их регуляции внешними слабыми синхронными сигналами [37, 38]. Как следствие, идет согласование ритмов связанных систем. При этом подавляются некоторые колебательные моды, сокращаются пути фазовых траекторий в пространстве, а это уменьшение числа степеней свободы в динамике системы и, в конечном счете, увеличение скорости про-

цесса. В случае растворения мы имеем дело с возбудимой зашумленной нелинейной системой с относительно неупорядоченным поведением. Источник СР, приводящий к структурированию, не содержится во внутренней динамике системы. Согласованное поведение вихревых диссипативных структур возникает как отклик на шумовые периодические входные сигналы. В условиях СР эффект синхронизации приводит к росту степени упорядоченности (самоорганизации), когда энтропия выходного сигнала имеет ярко выраженный экстремум (минимум).

Приведенные результаты показывают, что действие слабых тензоимпульсов на процесс химического растворения (избирательного травления) кислотами отложений на поверхностях нагрева приводит к существенному изменению кинетики процесса. При этом апробированная штатная технология не претерпевает изменений. Эффективность синхронизации зависит от частоты внешнего шумового сигнала и имеет экстремальный характер.

Выводы

1. Обнаружен значительный эффект регуляции слабыми импульсами акустического давления частотой 1500 кГц процесса кислотной очистки поверхностных отложений на греющих трубах водогрейных и паровых котлов.

2. Процесс очистки отложений раствором серной кислоты сопровождается образованием стохастических вихревых диссипативных структур автогенераторного типа с частотами колебания-вращения 5002000 кГц, а раствором соляной кислоты - 200-2000 кГц.

3. Влияние слабых акустических полей на процесс химической очистки объясняется усилением упорядоченности в системе: синхронизацией захватыванием диссипативных структур, образующихся в процессе растворения в результате больших флуктуации управляющих параметров процесса и изменения системы химических связей.

Литература

1. Кукушкин С.А,, Слезов В.В. Дисперсные системы на поверхности твердых тел (эволюционный подход): механизмы образования тонких пленок. СПб: Наука, 1996. 304 с.

2. Сангвел К. Травление кристаллов: Теория, эксперимент, применение / пер. с англ. М.: Мир, 1990. 492 с.

3. Химические очистки теплоэнергетического оборудования / под ред. Т.Х. Моргуловой. М.: Энергия, 1969. 223 с.

4. Химические очистки теплоэнергетического оборудования / под ред. Т.Х. Моргуловой. М.: Энергия, 1978. 176 с.

5. Типовая инструкция по эксплуатационным химическим очисткам водогрейных котлов. РД 34.37.402-96. М.: СПО ОРГРЭС, 1997. 40 с.

6. Руководящие указания по химической очистке от накипи теплосилового оборудования. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955. 55 с.

7. Химические промывки оборудования тепловых электростанций. Серия «Химия в энергетике». Вып. 2. М.: БТИ ОРГРЭС, 1967. 104 с.

8. Василенко Г. В., Мещеряков И.М., Бовина Г.М. Эксплуатационная химическая очистка барабан-

ных котлов высокого давления методом травления // Электрические станции. 2007. № 4. С. 13-14.

9. Василенко Г.В., Мещеряков И.М., Бовина Г.М. О критерии эффективности химической очистки котлов // Электрические станции. 2008. № 5. С. 62-63.

10. Кулагин Л.Н. Эксплуатационные химические очистки прямоточных котлов. Наладочные и экспериментальные работы ОРГРЭС. Вып. 35. М.: Энергия, 1968. 132 с.

11. Методические указания по эксплуатационной химической очистке котлов энергоблоков сверхкритического давления. РД 34.37.403-91. М.: СПО ОРГРЭС, 1991. 58 с.

12. Соловьев С.Ф., Щедрина Н.И. Современные проблемы эксплуатационных химических очисток котлов энергоблоков СКД // Теплоэнергетика. 1998. № 7. С. 7-13.

13. Щедрина Н.И. Химическая очистка котла ДКВР // Энергетик. 1982. № 2. С. 35.

14. Сторожук А.А., Дуликов В.П. Технология и схема окислительной очистки и пассивации водогрейных котлов // Электрические станции. 1998. № 2. С. 6-9.

15. Сторожук А.А. Окислительные технологии и схемы очистки и пассивации пароводяных трактов энергоблоков с барабанными котлами // Электрические станции. 1998. № 4. С. 25-28.

16. Беляков И.И., Красякова Л.Ю., Белоконова

A.Ф. Отложения магнетита в экранных трубах котла ТГМП-114 и опыт их удаления // Теплоэнергетика. 1974. № 2. С. 21-23.

17. Плисскин Г.Н., Чистый А.Н., Решетняк Л.Н. Химическая очистка котла среднего давления от сложных эксплуатационных отложений // Электрические станции. 1986. № 2. С. 12-14.

18. Крутиков П.Г., Верховский ДД, Обидина

B.А. Опыт химической очистки паровых котлов // Электрические станции. 1987. № 10. С. 36-38.

19. Галикеев А.Р., Аминев Ф.М. Удаление накипных и шламовых отложений из котельного оборудования химическим путем // Энергосбережение и водоподготовка. 2004. № 1. С. 21-24.

20. Василенко Г.В,, Ры/вкин Г.Е, Масликов И.В., Сутоцкий Г.П. и др. Параметры кислотного раствора в барабанном котле при очистке по методу «травления» // Электрические станции. 2002. № 11. С. 31-32.

21. Василенко Г. В,, Бовина Г.М., Янчевская И.В. Экспресс-оценка эффективности химической очистки котла // Электрические станции. 2005. № 11.

C. 62-63.

22. Анищенко В.С., Вадивасова Т.Е. Синхронизация автоколобаний и колебаний, индуцированных шумом // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47(2). С. 169-180.

23. Захарова А.С. Амплитудные и фазовые флуктуации в детерминированных генераторах хаоса и зашумленных автоколебательных системах: дис. ... канд. физ.-мат. наук. СГУ им. Н.Г. Чернышевского. Саратов, 2010. 22 С.

24. Колесников А.А., Зарембо В.И., Демин В.А, Зарембо Д.В. Фоновая акустическая резонансная регуляция самоорганизации физико-химических процессов в конденсированных системах. Часть 4: Растворы электролитов // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 6. С. 90-98.

25. Колесников А.А., Зарембо Я.В., Пучков Л.В., Зарембо В.И. Электрохимическое восстановление цинка на стальном катоде в слабом электромагнитном поле // Журн.физ. химии. ZOO7. Т. 81. № 1O. С. 19141916.

26. Колесников А.А., Зарембо В.И,, Зарембо Д.В. Гальваника хромирования: новый взгляд // Альтернативная энергетика и экология. ZO15. № 4. С. 86101.

27. Зарембо Д.В, Колесников А.А., Лифанов Ю.Г., Юдина Н.С., Зарембо В.И. Кроющая и рассеивающая способность процесса и возможность их нехимического регулирования // Известия СПбГТИ(ТУ). ZO14. № Z3(49). С. 9-12.

28. Зарембо Я.В., Зарембо Д.В. Тензоимпульс-ная регуляция электрохимического восстановления цинка из цинкатного электролита // Известия СПбГТИ(ТУ). ZO15. № Z9(55). С. 15-18.

Z9. Mетодические указания по контролю состояния основного оборудования тепловых электрических станций. Определение количества и химического состава отложений. СО 34.37.3O6-ZOO1 (РД 153-34. 1-37.306-ZOO1). M.: ОАО «ВТИ», ZOO3. 43 с.

30. Хейман Р.Б. Растворение кристаллов. Тория и практика / пер. с нем. Л.: Недра, 1979. Z7Z с.

31. Линников О.Д. Mеханизм формирования осадка при спонтанной кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов // Успехи химии. ZO14. Т. 83. № 4. С. 343-364.

32. Салем Р.Р. Физическая химия: Начала теоретической электрохимии. M.: КомКнига, ZOO5. 3ZO с.

33. Салем Р.Р. Физическая химия. Термодинамика. M.: Физматлит, ZOO4. 35Z с.

34. Долгоносов А.M. Mодель электронного газа и теория обобщенных зарядов для описания межатомных сил и адсорбции. M.: ЛИБРОKОM, ZOO9. 176 с.

35. Вольдман HM, Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. M.: Интермет Инже-ниринг, ZOO3. 464 с.

36. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах: Введение в теорию диссипатив-ных структур. Mосква-Ижевск: Институт компьютерных исследований, ZOO4. Z56 с.

37. Анищенко В. С, Астахов А.А,, Владивасова Т.Е., Нейман А.Б, Стрелкова Г.И, Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. Mосква-Ижевск: Институт компьютерных исследований, ZOO3. 544 с.

38. Колесников А.А., Зарембо В.И. Фоновая акустическая резонансная регуляция самоорганизации физико-химических процессов в конденсированных системах. Часть 5: элементы теории // Альтернативная энергетика и экология. ZO11. № 6. С. 99-108.

References

1. Kukushkin S.A., Slezov V.V. Dispersnye sistemy na poverhnosti tverdyh tel (evoljutsionnyj podhod): me-hanizmy obrazovanija tonkih plenok. SPb: Nauka, 1996. 304 s.

2. SangvelK. Travlenie kristallov: Teorija, eksper-iment, primenenie / per. s angl. M.: Mir, 1990. 492 s.

3. Himicheskie ochitki teploenergeticheskogo oborudovanija / pod red. T.H. Morgulovoj. M.: Energija, 1969. 223 s.

4. Himicheskie ochitki teploenergeticheskogo oborudovanija / pod red. T.H. Morgulovoj. M.: Energija, 1978. 176 s.

5. Tipovaja instruktsija po ekspluatatsionnym himicheskim ochistkam vodogrejnyh kotlov. RD 34.37.40296. M.: SPO ORGRES, 1997. 40 s.

6. Rukovodjaschie ukazanija po himicheskoj ochistke ot nakipi teplosilovogo oborudovanija. M.-L.: Gosenergoizdat, 1955. 55 s.

7. Himicheskie promyvki oborudovanija teplovyh elektrostantsij. Serija «Himija v energetike». Vyp. 2. M.: BTI ORGRES, 1967. 104 s.

8. Vasllenko G.V., Mescherjakov I.M, Bovina G.M. Ekspluatatsionnaja himicheskaja ochistka bara-bannyh kotlov vysokogo davlenija metodom travlenija // Elektricheskie stantsii. 2007. № 4. S. 13-14.

9. Vasilenko G.V., Mescherjakov I.M, Bovina G.M. O kriterii effektivnosti himicheskoj ochistki kotlov // Elektricheskie stantsii. 2008. № 5. S. 62-63.

10. Kulagin L.N. Ekspluatatsionnye himicheskie ochistki prjamotochnyh kotlov. Naladochnye i eksperi-mental'nye raboty ORGRES. Vyp. 35. M.: Energija, 1968. 132 s.

11. Metodicheskie ukazanija po ekspluatatsionnoj himicheskoj ochistke kotlov energoblokov sverhkritich-eskogo davlenija. RD 34.37.403-91. M.: SPO ORGRES, 1991. 58 s.

12. Solov'ev S.F, Schedrina N.I. Sovremennye problemy ekspluatatsionnyh himicheskih ochistok kotlov energoblokov SKD // Teploenergetika. 1998. № 7. S. 713.

13. Schedrina N.I. Himicheskaja ochistka kotla DKVR // Energetik. 1982. № 2. S. 35.

14. Storozhuk A.A., Dulikov V.P. Tehnologija i shema okislitel'noj ochistki i passivatsii vodogrejnyh kotlov // Elektricheskie stantsii. 1998. № 2. S. 6-9.

15. Storozhuk A.A. Okislitel'nye tehnologii i she-my ochistki i passivatsii parovodjanyh traktov energob-lokov s barabannymi kotlami // Elektricheskie stantsii. 1998. № 4. S. 25-28.

16. Bejakov I.I, Krasjakova LJu, Beiokonova A.F. Otlozhenija magnetita v ekrannyh trubah kotla TGMP-114 i opyt ih udalenija // Teploenergetika. 1974. № 2. S. 21-23.

17. Pisskin G.N, Chistyj A.N., Reshetnjak L.N. Himicheskaja ochistka kotla srednego davlenija ot slozhn-yh ekspluatatsionnyh otlozhenij // Elektricheskie stantsii.1986. № 2. S. 12-14.

18. Krutikov P.G, Verhovskij DD, Obidina V.A. Opyt himicheskoj ochistki parovyh kotlov // Elektricheskie stantsii. 1987. № 10. S. 36-38.

19. GaikeevA.R, Aminev F.M. Udalenie nakipnyh i shlamovyh otlozhenij iz kotel'nogo oborudovanija himich-eskim putem // Energosberezhenie i vodopodgotovka. 2004. № 1. S. 21-24.

20. Vasilenko G. V, Ryvkin G.E, Masikov I. V, Sutotskij G.P. i dr. Parametry kislotnogo rastvora v bara-bannom kotle pri ochistke po metodu «travlenija» // Elektricheskie stantsii. 2002. № 11. S. 31-32.

21. Vasilenko G.V., Bovina G.M, Janchevskaja I.V. Ekspress-otsenka effektivnosti himicheskoj ochistki kotla // Elektricheskie stantsii. 2005. № 11. S. 62-63.

22. Anischenko V.S, Vadivasova T.E. Sinhroni-zatsija avtokolobanij i kolebanij, indutsirovannyh shumom // Radiotehnika i elektronika. 2002. T. 47(2). S. 169-180.

23. Zaharova A.S. Amplitudnye i fazovye fluktu-atsii v determinirovannyh generatorah haosa i zashumlen-

nyh avtokolebatel'nyh sistemah. diss. ... kand. fiz.-mat. nauk. SGU im. N.G. Chernyshevskogo, Saratov. 2010. 22 S.

24. Kolesnikov A.A., Zarembo V.I., Demin V.A., Zarembo D. V. Fonovaja akusticheskaja rezonansnaja regu-Ijatsija samoorganizatsii fiziko-himicheskih protsessov v kondensirovannyh sistemah. Chast' 4: Rastvory elektro-litov // Al'ternativnaja energetika i ekologija. 2011. № 6. S. 90-98.

25. Kolesnikov A.A., Zarembo Ja.V, Puchkov L.V., Zarembo V.I. Zinc Electrochemical Reduction on a Steel Cathode in a Weak Electromagnetic Field // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2007. T. 81. № 10. S. 1715-1717.

26. KolesnikovA.A., Zarembo V.I, Zarembo D.V. Gal'vanika hromirovanija: novyj vzgljad // Al'ternativnaja energetika i ekologija. 2015. № 4. S. 86-101.

27. Zarembo D.V, Kolesnikov A.A., Lifanov Ju.G, Judina N.S., Zarembo V.I. Krojuschaja i rasseivajuschaja sposobnost' protsessa i vozmozhnost' ih nehimicheskogo regulirovanija // Izvestija SPTI(TU). 2014. № 23(49). S. 912.

28. Zarembo Ja.V., Zarembo D.V. Tenzoim-pul'snaja reguljatsija elektrohimicheskogo vosstanovlenija tsinka iz tsinkatnogo elektrolita // Izvestija SPTI(TU). 2015. № 29(55). S. 15-18.

29. Metodicheskie ukazanija po kontrolju sostojanija osnovnogo oborudovanija teplovyh elektricheskih stantsij. Opredelenie kolichestva i himich-eskogo sostava otlozhenij. SO 34.37.306-2001 (RD 15334. 1-37.306-2001). M.: OAO «VTI», 2003. 43 s.

30. Hejman R.B. Rastvorenie kristallov. Torija i praktika / per. s nem. L.: Nedra, 1979. 272 s.

31. Linnkov O.D. Mechanism of Precipitate Formation During Spontaneous Crystallization from Supersaturated Aqueous Solutions // Russian Chemical Reviews. 2014. Vol. 83. № 4. P. 343-364.

32. Salem R.R. Fizicheskaja himija: Nachala te-oreticheskoj elektrohimii. M.: KomKniga, 2005. 320 s.

33. Salem R.R. Fizicheskaja himija. Ter-modinamika. M.: Fizmatlit, 2004. 352 s.

34. Dolgonosov A.M. Model' elektronnogo gaza i teorija obobschennyh zarjadov dlja opisanija mezhatom-nyh sil i adsorbtsii. M.: LIBROKOM, 2009. 176 s.

35. Vol'dman G.M, Zeiikman A.N. Teorija gidro-metallurgicheskih protsessov. M.: Intermet Inzheniring, 2003. 464 s.

36. Ebeiing V. Obrazovanie struktur pri ne-obratimyh protsessah: Vvedenie v teoriju dissipativnyh struktur. Moskva-Izhevsk: Institut komp'juternyh issledo-vanij, 2004. 256 s.

37. Anischenko VS., Astahov A.A., Vladivasova T.E, Nejman A.B., Strelkova G.I, Shimanskij-Gajer L Nelinejnye effekty v haoticheskij i stohasticheskih siste-mah. Moskva-Izhevsk: Institut komp'juternyh issledovanij, 2003. 544 s.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

38. Kolesnikov A.A., Zarembo V.I. Fonovaja akusticheskaja rezonansnaja reguljatsija samoorganizatsii fizi-ko-himicheskih protsessov v kondensirovannyh sistemah. Chast' 5: elementy teorii // Al'ternativnaja energetika i ekologija. 2011. № 6. S. 99-108.

Сведения об авторах:

Зарембо Дарья Викторовна, канд. хим. наук, доцент, каф. физической химии, Darya V. Zarembo, PhD. (Chem.), Associate Professor, Department of Physical Chemistry, e-mail: ndz@list.ru;

Зарембо Виктор Иосифович, д-р хим. наук, профессор, зав. каф. аналитической химии, Viktor I. Zarembo, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of the Department of Analytical Chemistry, e-mail: zarembo@technolog.edu.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.