Научная статья на тему 'Лабораторные исследования возможности очистки теплообменного оборудования нефтегазового комплекса при помощи волновых технологий'

Лабораторные исследования возможности очистки теплообменного оборудования нефтегазового комплекса при помощи волновых технологий Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
174
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОЧИСТКА / ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОМ / ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ / ОЧИСТКА ОТЛОЖЕНИЙ / ЗАСОРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ / ULTRASONIC CLEANING / ULTRASONIC SURFACE CLEANING / WAVE TECHNOLOGIES IN OIL AND GAS INDUSTRY / DECONTAMINATION / EQUIPMENT CHOKING

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Иванов В.В., Жедяевский Д.Н., Мельников В.Б., Пименов Ю.Г.

Теплообменное оборудование - одна из самых материалоемких, требующих регулярной очистки категорий оборудования нефтегазового комплекса. Применяемые в настоящее время на нефтегазоперерабатывающих заводах методы очистки обладают существенными недостатками. Перспективным (используемым в ряде отраслей промышленности) методом очистки нефтегазового оборудования от загрязнений считается очистка при помощи ультразвукового воздействия. Проанализирована отечественная практика ультразвуковой очистки деталей аппаратуры, описаны проведенные эксперименты по ультразвуковой очистке поверхностей на установках малой мощности в условиях загрязнений, характерных для нефтегазового комплекса. Рассмотрена конструкция лабораторного стенда, приведены результаты эксперимента. Определен радиус активного действия волны в условиях лаборатории, исследована зависимость эффективности очистки от расстояния до излучателя, от расстояния между элементами очищаемого оборудования. Экспериментально проверена эффективность очистки промышленных образцов (фрагментов теплообменных труб) с карбонатными и железооксидными отложениями. Исследовано влияние ультразвукового воздействия на скорость массообменных процессов при растворении различных растворимых загрязнений: литиевых смазок, трансмиссионного масла и битумной мастики. Проведен эксперимент по проверке возможности комплексной очистки: механической (в пределах зоны кавитации) от нерастворимых компонентов, волновой - от растворимых. Изучены различные варианты взаимного расположения образцов и мощности излучателей. Сформулированы подходы по моделированию волновой очистки теплообменной аппаратуры и перспективные направления дальнейших исследований, в частности возможность определения эффективности очистки при передаче ультразвука непосредственно через металлоконструкцию. Отмечена необходимость проведения дальнейших работ в промышленных условиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Иванов В.В., Жедяевский Д.Н., Мельников В.Б., Пименов Ю.Г.

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

CLEANING HEAT EXCHANGE OIL AND GAS INDUSTRY EQUIPMENT BY WAVE TECHNOLOGIES. LABORATORY STUDIES

Heat exchange equipment is one of the most material consuming category of oil and gas industry machinery that requires regular cleaning. Up-to-date cleaning methods applied at oil and gas refineries demonstrate considerable disadvantages. Method of ultrasonic decontamination of oil and gas equipment is considered to be a prospective one (used in different industries). The paper examines the cases of ultrasonic cleaning of equipment parts in Russia and outlines conducted experiments on ultrasonic cleaning of low-power units' surfaces subject to contamination conditions typical for oil and gas industry. Authors describe the structure of a laboratory bench and report experiment results. Effective wave action radius under lab conditions has been determined, and correlation between decontamination efficiency and distance to radiator as well as distance between elements of treated equipment has been analyzed. Efficiency of cleaning of industrial samples (pieces of heat exchange pipes) with carbonate and iron-oxide deposits has been experimentally verified. The paper also investigates the ultrasonic impact on the speed of mass-exchange processes in relation to dissolving of various soluble contaminations: lithium greases, transmission oils and bituminous mastic. The authors carried out experiment on integrated cleaning: mechanical (within a zone of cavitation) - from insoluble components, wave - from soluble. The article studies different options of samples allocation and radiator power, formulates approaches towards modeling of wave cleaning of heat exchange equipment and outlines prospective directions for future research, namely a possibility to assess cleaning efficiency when transmitting ultrasonic signal directly through a metal structure. The authors stress the need for further investigations in this field specifically for industrial conditions.

Текст научной работы на тему «Лабораторные исследования возможности очистки теплообменного оборудования нефтегазового комплекса при помощи волновых технологий»

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ОЧИСТКИ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА ПРИ ПОМОЩИ ВОЛНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УДК 66.045.1.004.55:534-8

В.В. Иванов, Российский государственный университет (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, РФ), ivanov-vlad@mail.ru Д.Н. Жедяевский, к.т.н., доцент, Российский государственный университет (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина, jdn@maii.ru В.Б. Мельников, д.х.н., проф., Российский государственный университет (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина, v.mei@maii.ru Ю.Г. Пименов, к.г-м.н., Российский государственный университет (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина, roiandwrite@gmaii.com

Теплообменное оборудование - одна из самых материалоемких, требующих регулярной очистки категорий оборудования нефтегазового комплекса. Применяемые в настоящее время на нефтегазоперерабатывающих заводах методы очистки обладают существенными недостатками. Перспективным (используемым в ряде отраслей промышленности) методом очистки нефтегазового оборудования от загрязнений считается очистка при помощи ультразвукового воздействия. Проанализирована отечественная практика ультразвуковой очистки деталей аппаратуры, описаны проведенные эксперименты по ультразвуковой очистке поверхностей на установках малой мощности в условиях загрязнений, характерных для нефтегазового комплекса. Рассмотрена конструкция лабораторного стенда, приведены результаты эксперимента. Определен радиус активного действия волны в условиях лаборатории, исследована зависимость эффективности очистки от расстояния до излучателя, от расстояния между элементами очищаемого оборудования. Экспериментально проверена эффективность очистки промышленных образцов (фрагментов теплообменных труб) с карбонатными и железооксидными отложениями. Исследовано влияние ультразвукового воздействия на скорость массообменных процессов при растворении различных растворимых загрязнений: литиевых смазок, трансмиссионного масла и битумной мастики. Проведен эксперимент по проверке возможности комплексной очистки: механической (в пределах зоны кавитации) от нерастворимых компонентов, волновой - от растворимых. Изучены различные варианты взаимного расположения образцов и мощности излучателей. Сформулированы подходы по моделированию волновой очистки теплообменной аппаратуры и перспективные направления дальнейших исследований, в частности возможность определения эффективности очистки при передаче ультразвука непосредственно через металлоконструкцию. Отмечена необходимость проведения дальнейших работ в промышленных условиях.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОЧИСТКА, ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОМ, ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ОЧИСТКА ОТЛОЖЕНИЙ, ЗАСОРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ.

Проблема засорения теплооб-менного оборудования существует с момента появления первого теплообменника. Для решения этой задачи имеется множество различных способов,которые условно можно разделить на две большие группы: физико-химические

и абразивные. Эти способы имеют ряд существенных недостатков и не всегда эффективны в условиях загрязнений нефтегазового комплекса.

По оценкам специалистов, до 40 % металлоемкости нефтеперерабатывающего завода -

это теплообменное оборудование. Очистка от внутренних загрязнений одного теплообменника во время проведения ремонтных работ занимает от трех до семи дней.

Основная проблема теплообменников - их засорение в процессе работы в плохо очищенных

V.V. Ivanov, National Gubkin University of Oil and Gas (Moscow, Russian Federation),

ivanov-vlad@mail.ru

D.N. Zhedyaevsky, PhD in Engineering, associate professor, National Gubkin University of Oil and Gas,

jdn@mail.ru

V.B. Melnikov, Doctor of Chemistry, professor, National Gubkin University of Oil and Gas, v.mel@mail.ru Yu.G. Pimenov, PhD in Geology and Mineralogy, National Gubkin University of Oil and Gas,

rolandwrite@gmail.com

Cleaning heat exchange oil and gas industry equipment by wave technologies. Laboratory studies

Heat exchange equipment is one of the most material consuming category of oil and gas industry machinery that requires regular cleaning. Up-to-date cleaning methods applied at oil and gas refineries demonstrate considerable disadvantages. Method of ultrasonic decontamination of oil and gas equipment is considered to be a prospective one (used in different industries). The paper examines the cases of ultrasonic cleaning of equipment parts in Russia and outlines conducted experiments on ultrasonic cleaning of low-power units' surfaces subject to contamination conditions typical for oil and gas industry. Authors describe the structure of a laboratory bench and report experiment results. Effective wave action radius under lab conditions has been determined, and correlation between decontamination efficiency and distance to radiator as well as distance between elements of treated equipment has been analyzed. Efficiency of cleaning of industrial samples (pieces of heat exchange pipes) with carbonate and iron-oxide deposits has been experimentally verified. The paper also investigates the ultrasonic impact on the speed of mass-exchange processes in relation to dissolving of various soluble contaminations: lithium greases, transmission oils and bituminous mastic. The authors carried out experiment on integrated cleaning: mechanical (within a zone of cavitation) - from insoluble components, wave - from soluble. The article studies different options of samples allocation and radiator power, formulates approaches towards modeling of wave cleaning of heat exchange equipment and outlines prospective directions for future research, namely a possibility to assess cleaning efficiency when transmitting ultrasonic signal directly through a metal structure. The authors stress the need for further investigations in this field specifically for industrial conditions.

KEYWORDS: ULTRASONIC CLEANING, ULTRASONIC SURFACE CLEANING, WAVE TECHNOLOGIES IN OIL AND GAS INDUSTRY, DECONTAMINATION, EQUIPMENT CHOKING.

или неподготовленных средах. Из этого вытекает ряд проблем:

- уменьшение процесса теплопередачи;

- увеличение нагрузки на перекачивающие устройства;

- прогар теплопередающих поверхностей и смешение сред;

- поломка оборудования и т. д.

Для решения этих проблем предлагается новый способ очистки -ультразвуковая очистка.

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В ультразвуковой лаборатории «НИИтракторосельхозмаш» проведено исследование ультразвуковой очистки ряда деталей топливной аппаратуры с использованием в качестве излучателей акустических концентраторов, выполненных в виде стержневых колебательных систем с большими коэффициентами усиления, что позволило получить фокусированное излучение большой интенсивности.

Для изучения изготовлена экспериментальная установка с питанием от генератора УМ1-04 с выходной мощностью 0,4 кВт.

Объектами очистки были детали топливной аппаратуры, имеющие глубокие отверстия и полости (втулка плунжера, корпус распыливателя) и загрязненные притирочными пастами на основе парафина и минеральных масел.

Исследование показало, что при обработке мелких и крупных корпусных деталей, имеющих глубокие каналы, индивидуальная очистка деталей с использованием различного типа излучателей-концентраторов с большими коэффициентами усиления амплитуды весьма эффективна, а приближение поверхности излучения к поверхности очистки увеличивает интенсивность процесса непосредственно в зоне очистки [1].

Начиная с 1959 г. в Советском Союзе был организован серийный выпуск ультразвуковых генерато-

ров, ванн, станков для механической обработки твердых и хрупких материалов, а также некоторых других ультразвуковых устройств.

Но в 1962-1963 гг. выпуск оборудования на некоторых заводах снизился,что можно объяснить как недостаточной информацией промышленного сектора о технико-экономической эффективности ультразвуковой техники, так и недостатками конструкций. Главный недостаток многих ультразвуковых установок - отсутствие необходимых технологических устройств, которые приходилось изготавливать самим потребителям, что привело к снижению технического уровня используемой аппаратуры и сокращению заинтересованности в ее приобретении.

В основном производились установки для использования на индивидуальных рабочих местах для очистки и обезжиривания мелких деталей электронного и точного машиностроения [2].

В своей статье В.И. Башкиров [3] ставит под сомнение целесообразность массового выпуска ультразвуковой аппаратуры большой мощности, так как применение этих установок на заводах нуждается в глубоком научном обосновании и тщательной промышленной проверке. Также в данной публикации говорится о целесообразности создания ультразвуковых ванн для очистки крупногабаритных из -делий сложного профиля. Создание таких установок связано с большими конструктивными трудностями, так как в процессе ультразвуковой очистки одно из ключевых требований - максимальное приближение излучателя к очищаемой поверхности. Качественная очистка внутренних полостей и глухих глубоких отверстий в этих изделиях не обеспечивается. Поэтому решение о проектировании и изготовлении таких установок следует принимать только в том случае, если другие виды очистки (струйная, прокачка, очистка в парах, распыление, ручная) не обеспечивают такого же качества удаления загрязнений, как ультразвуковая очистка, или более трудоемки и экономически менее выгодны [3].

Ультразвуковая очистка используется и в производстве труб для удаления окалины или угле-родосодержащих смазок. Данный способ применяется в тех случаях, когда контактные методы очистки не обеспечивают необходимого качества поверхности. Рассматриваемый способ хорошо зарекомендовал себя при очистке труб с толщиной стенки не более 2,5 мм [4].

В настоящее время ультразвуковая очистка получила широкое распространение. С помощью ультразвука можно чистить как крупногабаритные, так и мелкие детали, например элементы часовых механизмов. Важнейшим достоинством ультразвуковой очистки считается возможность очистки деталей сложной формы, в том числе с полостями и отвер -

стиями разных форм и размеров, например, для очистки труб, металлических сетчатых фильтро-элементов и др.

Ультразвуковой способ очистки используют и за границей. Например, английская компания Guyson [5] производит и продает оборудование для очистки, в том числе и промышленные ультразвуковые ванны, но они применимы только для мелких деталей. Эта компания предлагает такую услугу, как производство оборудования под требования заказчика. Такое же оборудование для очистки производит американская компания Fusion [6]. Максимальный объем ванны и мощность составляют 154 л и 4 кВт. Но и это оборудование применяется только для очистки мелких деталей в месте, где установлена эта ванна, то есть невозможно производить очистку непосредственно на производстве, без разбора очищаемого аппарата.

Аналогичные услуги, только для пищевой и медицинской промышленности, предлагает тайваньская компания TST (Taiwan Supercritical Technology) [7]. Китайская же компания QuanXin Ultrasonic [8] специализируется на производстве ультразвуковых датчиков, используемых для разных целей, производит ультразвуковые ванны.

Традиционно очистка деталей подразумевает использование химических средств - хлорированных или фторированных растворителей, щелочей, растворов кислот, обезжиривателей, спиртов - либо механическую очистку с помощью абразивов или щеток. Однако такие методы очистки не всегда эффективны, особенно для деталей со сложной формой, к тому же такие технологии наносят вред окружающей среде. Эти трудности успешно преодолеваются с помощью ультразвуковой технологии очистки.

Также в настоящее время волновые технологии применяют в теплоэнергетике для очистки или предотвращения образования

накипи на внутренней поверхности труб во время эксплуатации оборудования. Имеются патенты на изобретения [9-10]. Но этот спо -соб очистки не получил широкого распространения в нефтегазопе-реработке, так как загрязнения и теплопередающие среды имеют специфический углеводородный характер и сильно отличаются от накипи и воды. Воздействие ультразвука на нефтепродукты не полностью изучено, поэтому необходимо перенести уже имеющийся опыт использования волновых технологий с теплоэнергетики в нефтегазовый комплекс.

ТРУДНОСТИ ОЧИСТКИ ОБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

Одна из основных проблем, с которой сталкивается любой способ очистки, - неразборные конструкции. Произвести механическую очистку в труднодоступном месте неразъемного аппарата довольно непросто, как и проверить качество очистки. Поэтому в большинстве случаев неразборные элементы просто меняются на новые, что влечет за собой большие экономические затраты. Как пример можно привести и-образные теплообменные трубки кожухотрубчатого теплообменного аппарата, главной проблемой которого является очистка этих трубок на изгибе.

Предполагается, что возможно производить чистку тепло-обменного аппарата перед его ремонтом и, как альтернативный вариант, чистить теплообменник в процессе его работы. Ключевая идея заключается в том, чтобы не допускать засорения теплообменников путем установки в технологическую схему ультразвуковых источников, которые не дадут оседать загрязняющим частицам и будут препятствовать их отложению из перекачиваемых сред на поверхность теплообмена. Иными словами, это позволит чистить поверхности в процессе работы теплообменника без его

Рис. 1. Результат очистки образца с АО «Газпромнефть - Московский НПЗ» Fig. 1. Result of sample cleaning from MNPZ (Moscow Oil Refinery Plant)

Рис. 2. Результат очистки образца со Смоленской ТЭЦ-2

Fig. 2. Result of sample cleaning from Smolenskaya heat and power station 2

(Smolenskaya TETS-2)

остановки, а также производить очистку на уже остановленном теплообменнике с использованием замкнутого циркуляционного контура растворителя и установленных на корпусе и внутри волноводов.

Все имеющиеся сейчас модели очистки теплообменников с применением волновых технологий реализуются в теплоэнергетике [11] для очистки от растворимых карбонатных отложений. Для других интересующих углеводородных сред данных не было выявлено. Поэтому для определения характеристик моделей очистки принято решение опираться на экспериментальные сведения, полученные с использованием модельных сред, характерных для нефтегазового комплекса.

В РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина был проведен комплекс экспериментов по ультразвуковой очистке элементов теплооб-менных аппаратов от отложений, характерных для нефтегазового комплекса.

РЕАЛИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Первые эксперименты выполнены в ультразвуковой ванне малой мощности УЗВ-100 (производитель ЗАО «Афалина»).

Образцы для исследований предоставлены АО «Газпромнефть -Московский НПЗ» и ПАО «Квадра» (Смоленская ТЭЦ-2).

Образец с Московского нефтеперерабатывающего завода (МНПЗ) имел следующие загрязнения: черный сплошной налет FeO, бурый мелкозернистый налет Fe2O3, бурый хлопьеобразный налет Fe3O4.

Для очистки данного образца использовались различные растворы, такие как вода, дизельное топливо, 5 %-ный раствор соляной кислоты. Устанавливался образец в ванну также различными способами: вертикально, горизонтально, подвешивался над дном ванны вертикально и горизонтально.

До металла получилось очистить образец, который был установлен вертикально относительно дна

ванны в 5 %-ном водном растворе соляной кислоты. Результат показан на рис. 1.

Также эксперименты были проведены на образцах, представленных ПАО «Квадра» (Смоленская ТЭЦ-2). Это фрагмент теплообменной трубы с загрязнениями снаружи (тонкий налет оксидов - темная пленка) и внутри (СаС03, структура от плотной около стенки металла к рыхлой у проходного сечения).

Как в экспериментах с образцом АО «Газпромнефть - Московский НПЗ», пробовались различные варианты установки образца в ультразвуковую ванну с различным временем воздействия ультразвука на образец.

На рис. 2 представлен образец, который был установлен вертикально, вплотную ко дну ванны. Жидкой средой был 5 %-ный водный раствор соляной кислоты.

После установки образца в ванну реакция растворения карбонатов началась мгновенно, но после включения ультразвуковой ванны интенсивность растворения визуально увеличилась в связи с обильным отведением продуктов реакции.

По истечении 5 мин эксперимента внутренние карбонатные отложения очистились до металла, так же как и внешняя ржавчина.

Убедившись в работоспособности предложенного метода очистки на установке малой мощности, следующие эксперименты проводили на собранном собственными силами лабораторном стенде. Он состоит из металлической ванны, с торца которой крепится ультразвуковой излучатель определенной мощности (использовалась линейка волновых излучателей направленного, прямого и рассеивающего действия мощностью 0,5; 1,0; 1,5 кВт), в ванну наливается растворитель, в него помещаются исследуемые образцы, или подвешиваются на определенном расстоянии друг от друга, или размещаются плотно к излучателю. Включается излучатель, и после определенного промежутка времени фиксируются результаты испытаний.

Эксперименты на собранном лабораторном стенде были начаты с определения зоны активного действия волны. Делалось это для того, чтобы определить, на каком максимальном расстоянии

Z 0,9

z 0,8

!=! Е

СО 0= ел" 0,7

m d го 0,6

аз ЕЗ О а tj ш 0,5

о X ш ¡5 0,4

* аэ 0.3

-е--е- m У тз аз 0,2

s CI 0,1

О- 0

0,5 1,0 1,5

Мощность излучателя, кВт Radiator power, kW

2,0

2,5

Water

- Дизельное топливо Diesel fuel

Прогноз по воде — Прогноз по дизельному топливу Forecast for water Forecast for diesel fuel

Рис. 3. Полученная и прогнозируемая зависимость радиуса активного действия волны от мощности излучателя

Fig. 3. Obtained and forecast correlation between effective wave action radius and radiator power

от излучателя располагать очищаемые образцы.

Методика определения зоны активного действия волны:

- к ванне крепится ультразвуковой источник определенной мощности;

- ванна заполняется определенной жидкостью;

- в жидкость начиная от волновода через каждые 5-7 см вводится цветной растворимый в этой жидкости маркер (зеленка - бриллиантовый зеленый, антисептическая жидкость), который образует в статической жидкости пятно с четкими краями;

- далее включается ультразвуковой генератор. Практически сразу (менее чем через 5 с) наблюдалось, как цветные пятна активно начинали перемешиваться с жидкостью, окрашивая зону активного действия волны.

Но кроме перемешивания цветного маркера с жидкостью в зоне действия волны наблюдалась дегазация жидкости. По мере увеличения расстояния от волновода дегазация проявлялась все менее заметно. За пределами зоны, окрашенной цветным маркером, дегазация не наблюдалась вообще.

В результате экспериментов на различных растворах и различных мощностях излучателя получена зависимость расстояния активного действия волны от мощности излучателя (рис. 3). Таким образом, предполагается ввести новое понятие - радиус активного действия волны, это максимальное расстояние, на которое происходит перенос энергии от излучателя, необходимой для совершения работы по перемешиванию и дегазации жидкости.

Анализируя полученную зависимость, можно прогнозировать, что с увеличением мощности излучателя будет увеличиваться радиус активного действия волны.

Помимо определения радиуса активного действия волны проведены эксперименты по очистке образцов, представленных выше. После определения радиуса активного действия волны для различных мощностей излучателя в сочетании с различными жидкими средами (5 %-ный раствор HCl, вода и дизельное топливо)перешли к экспериментам по очистке образцов от нерастворимых механических загрязнений. Образцы АО «Газпромнефть - Московский

НПЗ» и ПАО «Квадра» (Смоленская ТЭЦ-2) имели различную длину (10, 20, 30 см) и устанавливались вплотную к излучателю, а с другой стороны прижимались струбциной насколько возможно. Жидкой средой выступала вода, а время эксперимента составляло 5 мин.

В итоге экспериментов наблюдалось следующее: в зависимости от мощности излучателя зона очистки от механических загрязнений варьируется от 4 до 7 см (в зоне кавитации). За пределами зоны действия кавитации, создаваемой ультразвуковым излучателем, очистка не обнаружилась.

Также исследовалась возможность очистки от нерастворимых, но находящихся на определенном расстоянии от излучателя компонентов. То есть волновое воздействие подводилось не через металлоконструкцию, а через жидкую среду. Очистка при этом происходила только в зоне действия кавитации,которая зависит от мощности излучателя.

Далее проверялась возможность интенсификации массообменных процессов на примере растворения. Проверка возможности интенсификации процесса растворения осуществлялась на металлических шайбах, которые имели различные растворимые загрязнения, а именно мастикой, трансмиссионным маслом и литолом. Каждая из восьми шайб, имевшая нанесен -ные загрязнения, была подвешена над дном ванны на расстоянии 5-15 см друг от друга. Для демонстрации процесса интенсификации массообмена шайба с такими же видами загрязнения была помещена в стакан со статическим растворителем, т. е. без воздействия ультразвука. Необходимо отметить, что трансмиссионное масло растворилось практически сразу, как только образцы поместили в ванну с дизельным топливом, а значит, для растворения масла не потребовалось ультразвуковое воздействие. По истечении 5 мин эксперимента ультразвук был выключен, и растворение загрязнений

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

— 1 ; p с p 3 ? 'i p с p с p

350 300 и ! о 250 .1 Sä S- = S 1 200 "0 S £ g г га 1 * 150 ^ о S <» S E i 100 со 50 0

) 1

/ l

1 (

—г :—1

Машка Mastic

Трансмиссионное масло Transmission oil

Литол

Lithium grease

10

20

30

ДО

50

60

70

90

Расстояние от излучателя, мм Distance from radiator, mm

Рис. 4. Зависимость времени воздействия от расстояния Fig. 4. Correlation between action time and distance

на образцах получило зависимость, изображенную на рис. 4. Трансмиссионное масло на всех шайбах растворилось практически сразу. Мастика растворялась менее интенсивно, чем масло. Самая дальняя шайба, которая находилась в радиусе активного действия волны, растворилась спустя 4,5 мин от начала эксперимента. Мастика же на шайбе, установленной за пределами зоны действия волны, имела такой же характер растворения, как мастика на шайбе в стакане без ультразвукового воздействия. Литол удалось удалить только на третьей шайбе, которая была установлена на расстоянии 15 см от волновода. По истечении 15 мин на четвертой шайбе литол не претерпел никаких изменений. В результате эксперимента получилось продемонстрировать интенсификацию процесса массообмена на примере растворения и убедиться в предположении, что интенсификация происходит только в пределах радиуса активного действия волны.

Установлено также, что радиус активного действия волны будет зависеть от наличия и плотности установки механических преград на пути действия волны. Это подтверждается работой других авто -ров [4], они занимались обезжириванием прокатных труб, но пришли к следующему выводу: «„время обезжиривания участка трубы значительно возрастает с увеличением толщины стенки». Следующий эксперимент проведен для проверки возможности комплексной очистки: механической от нерастворимых компонентов, волновой - от растворимых. Образец с МНПЗ, имевший нерастворимые механические загрязнения в виде ржавчины, был покрыт мастикой по всей внешней поверхности. Далее он был помещен в ванну с растворителем и плотно прижат к излучателю. В ходе эксперимента наблюдался характер растворения мастики, имевший градиентный характер. Иными словами, по мере увеличения времени эксперимента мастика растворялась на более

удаленном расстоянии от излучателя. Но в середине эксперимента мастика растворилась настолько, что дальнейшее растворение невозможно было наблюдать. В результате эксперимента по истечении 5 мин зафиксировано, что динамика очистки от растворимых компонентов совпала с предыдущим экспериментом по исследованию интенсификации массообмена, а ржавчину удалось удалить только в зоне кавитации, т. е. на расстоянии 4-7 см от излучателя, подтвердив данные предыдущих экспериментов.

ВЫВОДЫ

Ключевые выводы по результатам работы следующие.

Интенсификация очистки в пределах радиуса активного действия волны вне зоны кавитации происходит, если загрязняющий компонент растворим в растворителе или растворение происходит вследствие химической реакции.

Чистить инертные, нерастворимые, компоненты можно только

в зоне действия кавитации (4-7 см в зависимости от мощности излучателя).

Относительное расположение очищаемых объектов в направлении действия волны оказывает влияние на эффективность очистки: чем чаще и плотнее друг к другу расположены объекты, тем ниже эффективность очистки.

Собранный лабораторный стенд является универсальным и многофункциональным. Его можно

использовать для проведения лабораторных работ по изучению ультразвука или определению дегазации жидкой фазы под воздействием последнего мощностью от 0,5 до 6 кВт.

В результате работы над проектом были намечены перспективные направления для дальнейших исследований:

- определение радиуса активного действия волны в условиях реальной геометрии внутренних

элементов аппаратов при передаче энергии через среду;

- исследование эффективности очистки при передаче энергии через металлоконструкцию;

- новые направления применения волновых технологий:созда-ние гидродинамических потоков в замкнутых сосудах с использова -нием УЗ-излучателей; исследования динамики процессов растворения и диффузии при волновом воздействии. ■

ЛИТЕРАТУРА

1. Панов А.П., Пискунов Ю.Ф. Ультразвуковая очистка деталей топливной аппаратуры // Ультразвуковая техника. 1966. № 2. C. 36-42.

2. Гинзбург А.А., Сакович Р.К. Некоторые итоги и технико-экономические предпосылки развития серийного производства оборудования для ультразвуковой очистки // Ультразвуковая техника. 1966. № 2. С. 44-48.

3. Башкиров В.И. К вопросу о перспективах развития серийного производства ультразвуковой аппаратуры для очистки // Ультразвуковая техника. 1966. № 2. С. 16-21.

4. Башкиров В.И., Липкин Я.Н., Семеновых Н.В. Ультразвуковая очистка труб в прокатном производстве // Ультразвуковая техника. 1966. № 3. С. 38-41.

5. Ultrasonic Cleaning Baths & Tanks. Guyson International Limited. 2019 [Электронный ресурс.] Режим доступа: https://www.guyson.co.uk/ finishing-equipment/ultrasonic-cleaning-baths-tanks (дата обращения: 10.04.2019).

6. Ultrasonic Cleaning Equipment for Ultimate Cleaning Power. Fusion Incorporated. 2015 [Электронный ресурс.] Режим доступа: http:// pdf.directindustry.com/pdf/fusion-incorporated/ultrasonic-cleaning-equipment-ultimate-cleaning-power/53329-314369. html (дата обращения: 10.04.2019).

7. Ultrasonic Cleaner. Taivan Supercritical Technology Co. 2019 [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://www.tst.tw/en/technology-more. php?Key=2 (дата обращения: 10.04.2019).

8. Ultrasonic Cleaning Equipment. Beijing Quanxin Ultrasonic. 2014. [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://www.qxultrasonic.com/ products/(дата обращения: 10.04.2019).

9. Противонакипные системы серии GENERUS для теплообменного оборудования. Применение ультразвука в теплоэнергетике. ООО «ДЖЕНЕРУС». [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://generussystems.ru/?p=476 (дата обращения: 10.04.2019).

10. Патент № 2325958 РФ. Устройство ультразвуковой очистки отложений в теплообменных агрегатах/В.В. Семенкин, Е.А. Петров, А.Н. Митюряев. Заявитель и патентообладатель ООО НПП «АГРОПРИБОР»; заявл. № 2006142844/28 04.12.2006; опубл. 10.06.2008. Бюл. № 16.

11. Патент № 2196646 РФ. Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений/В.З. Галутин, В.А. Антонов, Г.М. Волк. Заявитель В.З. Галутин, патентообладатель В.З. Галутин; заявл. № 2001108881/28 05.04.2001; опубл. 20.01.2003.

12. Патент № 2327855 РФ. Способ предотвращения образования гидратных и гидратоуглеводородных отложений в скважине/А.И. Владимиров, В.Б. Мельников, Ю.Г. Пименов, А.В. Погодаев, И.Ф. Юсупов, С.М. Китаев, С.В. Ушаков. Заявитель и патентообладатель Федеральное агентство по образованию Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина; заявл. № 2006127258/03 27.07.2006; опубл. 10.02.2008. Бюл. № 18.

13. Патент № 2320851 РФ. Способ ликвидации гидратных, газогидратных и гидратоуглеводородных отложений в скважине/А.И. Владимиров, В.Б. Мельников, Ю.Г. Пименов, А.В. Погодаев, И.Ф. Юсупов, С.М. Китаев, С.В. Ушаков. Заявитель и патентообладатель Федеральное агентство по образованию Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина; заявл. № 2006127259/03 27.07.2006; опубл. 27.03.2008. Бюл. № 9.

REFERENCES

(1) Panov AP, Piskunov YuF. Ultrasonic cleaning of fuel equipment parts // Ultrazvukovaya tekhnika (Ultrasonic equipment). 1966; 2: 36-42. (In Russian)

(2) Ginzburg AA, Sakovich RK. Some results and feasibility prerequisites for development of batch manufacturing of ultrasonic cleaning equipment // Ultrazvukovaya tekhnika = Ultrasonic equipment. 1966; 2: 44-48. (In Russian)

(3) Bashkirov VI. On prospects of development of batch manufacturing of ultrasonic cleaning equipment // Ultrazvukovaya tekhnika = Ultrasonic equipment. 1966; 2: 16-21. (In Russian)

(4) Bashkirov VI, Lipkin YaN, Semenovykh NV. Ultrasonic pipe cleaning in mill products // Ultrazvukovaya tekhnika = Ultrasonic equipment. 1966; 3:

38-41. (In Russian)

(5) Ultrasonic Cleaning Baths & Tanks. Guyson International Limited. 2019. Available from: https://www.guyson.co.uk/finishing-equipment/ ultrasonic-cleaning-baths-tanks [Accessed 10th April 2019].

(6) Ultrasonic Cleaning Equipment for Ultimate Cleaning Power. Fusion Incorporated. 2015. Available from: http://pdf.directindustry.com/pdf/ fusion-incorporated/ultrasonic-cleaning-equipment-ultimate-cleaning-power/53329-314369. html [Accessed 10th April 2019].

(7) Ultrasonic Cleaner. Taivan Supercritical Technology Co. 2019. Available from: http://www.tst.tw/en/technology-more. php?Key=2 [Accessed 10th April 2019].

(8) Ultrasonic Cleaning Equipment. Beijing Quanxin Ultrasonic. 2014. Available from: http://www.qxultrasonic.com/products/[Accessed 10th April 2019].

(9) GENERUS anti scale systems for heat exchange equipment. Application of ultrasound in heat power industry. GENERUS LLC. Available from: http:// generussystems.ru/?p=476 [Accessed 10th April 2019]. (In Russian)

(10) Patent No. 2325958 RF. Ultrasonic scale cleaning device in heat exchange units/VV Semenkin, EA Petrov, AN Mityuryaev. Patent applicant and holder NPP AGROPRIBOR LLC; claim No. 2006142844/28 on 04th December 2006; published on 10th June 2008. List No. 16. (In Russian)

(11) Patent No. 2196646 RF. Ultrasonic device for cleaning and protection of heat units from scale/VZ Galutin, VA Antonov, GM Volk. Applicant VZ Galutin, patent holder VZ Galutin; claim No. 2001108881/28 on 05 April 2001; published on 20th January 2003. (In Russian)

(12) Patent No. 2327855 RF. Method to prevent formation of hydrate and hydrate-hydrocarbon deposits in wells/AI Vladimirov, VB Melnikov,

YuG Pimenov, AV Pogodaev, IF Yusupov, SM Kitaev, SV Ushakov. Patent applicant and holder Federal Agency for Education National Gubkin University of oil and gas; claim No. 2006127258/03 on 27 July 2006; published on 10th February 2008. List No. 18. (In Russian)

(13) Patent No. 2320851 RF. Method to remove hydrate, gas hydrate and hydrate-hydrocarbon deposits in wells/AI Vladimirov, VB Melnikov, YuG Pimenov, AV Pogodaev, IF Yusupov, SM Kitaev, SV Ushakov. Patent applicant and holder Federal Agency for Education National Gubkin University of oil and gas; claim No. 2006127259/03 on 27 July 2006; published on 27 March 2008. List No. 9. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.