CC BY
93
УДК 628: 532.54 УМЕНЬШЕНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ В ВОДОПРОВОДНЫХ И КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЯХ
Н.Л. Великанов1, С.И. Корягин2, В.А. Наумов3
1 2
' Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. Канта),
236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14; 3Калининградский государственный технический университет (КГТУ),
236000, г. Калининград, Советский пр., 1
Описаны причины появления отложений в водопроводных и канализационных сетях. Рассмотрена математическая модель движения потока жидкости в трубе с турбулизаторами. Ключевые слова: отложения, трубопровод, турбулентный режим
REDUCTION OF SCALE DEPOSIT IN NETWORKS OF WATER AND SEWER
N. L. Velikanov, S. I. Koryagin, V. A. Naumov
The Baltic federal university of Immanuil Kant (BFU of Kant), 236041, Kaliningrad, st. A. Nevsky, 14;
Kaliningrad State Technical University (KSTU), 236000, Kaliningrad, Sovetsky Ave., 1 The reasons of occurrence of scale deposit in networks of water and sewer are described. The mathematical model of movement of a stream of a liquid in a pipe with turbulator is considered. Keywords: scale deposit, pipeline, turbulent conditions
Водные объекты, наряду с водопроводными и канализационными сетями, составляют неделимую систему. Отложения и обрастания в звеньях таких систем происходят постоянно. Это связано как с процессами, происходящими в материале поверхности трубопроводов, так и водной среде [1^5].
Химический и физический состав воды, характер ее движения внутри трубы оказывают существенное влияние на процессы формирования отложений. При этом меняются геометрические характеристики внутренней части трубы, уменьшается средний диаметр, изменяется гидравлическое сопротивление.
Медленное течение воды в трубопроводе является причиной выделения из нее грубо-дисперсных примесей и образования донных отложений. Наслоения из органики подвержены процессам гниения и приводят к качественному изменению воды, усиливают коррозию в трубах.
Типичным неорганическим отложением является гидроксид железа. Его появлению способствует высокое содержание железа в воде. Наслоения данного вида со временем отвердевают под действием всевозможных выпадающих в осадок примесей воды.
Если в трубопроводе движется вода,
имеющая положительный индекс насыщения, то может выделяться и наслаиваться на внутреннюю поверхность карбонат кальция. Работа систем водяного охлаждения связана с накипными отложениями. Они образуются на поверхности теплообмена. При нагреве воды происходит смещение в правую сторону равновесия реакции
2НСОз- ^ СОз + СО2 + Н2О.
При этом теряется растворенная углекислота и образуется СаСО3, что вызвается присутствием в жидкости ионов кальция. Основной составляющей накипи является карбонат кальция, совместно с которым к поверхности труб прилипают взвешенные вещества. Тем самым существенно увеличивается суммарная масса отложений.
Комплекс мер по предотвращению процессов образования отложений составляют: регулирование скорости вертикального движения взвешенных в воде примесей, противокоррозионные мероприятия, предварительная подготовка воды, включающая в себя ее обезжелези-вание.Образование биологических обрастаний связано с микроорганизмами, попадающими в трубопроводы вместе с водой из поверхностного водного объекта.
1Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии транспортных процессов и сервиса, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 33 82 84; e-mail: monolit8@yandex.ru;
2Корягин Сергей Иванович - доктор технических наук, профессор, директор института транспорта и технического сервиса, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 33 82 84; e-mail: SKoryagin@kantiana.ru;
3'Наумов Владимир Аркадьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования, КГТУ, тел. 8 (4012) 99 53 37; e-mail: vladimir.naumov@klgtu.ru
Уменьшение отложений в водопроводных и канализационных сетях
Особенно быстро обрастания проходят при наличии питательных веществ, подходящей температуры, в среде фосфорных соединений, при перманганатной окисляемости воды выше 4^6 мг02/л.
Очищенные сточные воды чаще всего имеют повышенный процент солесодержания, различного рада специфические примеси. Сточные воды городских канализационны обладают повышенной биогенностью, связанной с присутствием примесей из органики, соединений азота и фосфора. Сточные воды могут отличаться повышенным содержанием хлоридов и сульфатов, высокой концентрацией кальция и магния.
Наличие биологических обрастаний на-рушет технологический процесс в трубопроводных системах, уменьшает интенсивность теплообмена в охладительных системах. Для борьбы с биологическими обрастаниями используют различные реагенты, как правило включающие в себя соединения хлора, специальные краски.
Решение уравнений, описывающих математическую модель [6] с использованными параметрами показывает меньшее количество отложений в трубе с турбулизаторами. Это обусловлено тем, что в более сильно турбули-зованном потоке, с одной стороны, большее число кристаллов уносится за счет их слияния и укрупнения в размерах, а с другой стороны, более высокий уровень динамических напряжений понижает вероятность прикрепления оседающей частицы на стенке. Эта картина соответствует современным представлениям о механизме формирования осадка и подтверждает адекватность модели в целом. Кроме того, согласование расчетных значений и экспериментальных данных по толщине осадка подтверждает адекватную настройку параметров модели.
В соответствии с математической моделью и результатами экспериментов [6] зависимость скорости роста слоя осадка от касательного напряжения на стенках трубы может быть записана:
W = W0 - ехр(-а, ), (1)
где: W - скорость роста слоя осадка на стенке трубы при данном значении тк, мм/год; тк -касательное напряжение на стенке, Па; Wo -скорость роста слоя осадка на стенке трубы при тк = 0, мм/год; а1 - эмпирическая константа, зависящая от жидкости и условий течения, м2/Н.
Касательное напряжение на стенке трубы связано с коэффициентом гидравлических потерь X на трение по длине трубопровода [7]: = 0,125-Х-р-У2, (2)
где: V - средняя (по расходу) скорость жидко-
сти в трубе, м/с; р - плотность жидкости, кг/м .
Как правило, при отложении осадка при турбулентном режиме течения, трубы можно считать гидравлически гладкими, поэтому коэффициентом гидравлических потерь найдем по формуле Блазиуса [7]:
Х = 0,316-Ие-
Ие = УО / V , (3)
(4)
где: Ие - число Рейнольдса; О - внутренний диаметр трубы, м; V - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.
Подставляя (3) в (2), получим
= 0,0395-Ие-025 • р-V2 =...
... = 0,0395-(р^2/ О2)-Ие1,75.
Преобразуем (1) с учетом (4):
w = W / W0 - ехр(-а - Ие175), а = 0,0395 а р^2/ О2. (5)
На рис. 1 представлена зависимость безразмерной скорости роста отложений от числа Рейнольдса при различных значениях а. Заметим, что величина а является безразмерной.
0.8
0.6
0.4
0.2
• • • • • • „ 1
* *+ + -ч„
■. • • • • зЧ ч+ %
• •
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7 ЬЯе
Рисунок 1 - Зависимость безразмерной скорости роста отложений от числа Рейнольдса: 1 - 1010-а = 0,3; 2 - 0,5; 3 - 0,7; 4 - 1,0
Дифференциальное уравнение динамики внутреннего диаметра трубы:
— = -2 - W0 - ехр(-а - Ие175), 0(0) = О0, (6) ¿Т
где: 00 - начальный диаметр трубы, м; Т -время эксплуатации трубопровода, годы. Введем безразмерные переменные диаметра трубы и времени:
г О 2-W0 Т
о = —, г = --0—
О
1000- Оп
(7)
Тогда задача Коши в безразмерной форме будет иметь вид:
1 я
— = -ехр(-а - Ке(б)1'75), 6(0) = 1. (8) ¿г
Чтобы задача Коши была замкнутой, из формулы Дарси-Вейсбаха [7]
= К =А VI
(9)
L О 2 g
получим, с учетом (3), зависимость числа Рей-
Н.Л. Великанов, С.И. Корягин, В.А. Наумов
нольдса от текущего относительного диаметра трубопровода:
Re(5) = 2,87 •(i• B-53) , B = g • D0 / v2, I = H / L.
(10)
Пусть для определенности начальный внутренний диаметр трубы О0 = 0,18 м; длина трубопровода L = 1500 м; напор и подача насоса Н = 12,5 м; Q0 = 100 м3/час. Используется центробежный фекальный насос СМ150-125-315а, гидравлические характеристики которого представлены на рис. 2 [8].
150 Q, I
Рисунок 2 - Гидравлические характеристики центробежных, фекальных насосов СМ150-125-315 [5]
Численное решение задачи Коши (8) при нескольких значениях а представлено на рис. 3; видно, что изменение величины а мало влияет на уменьшение относительного диаметра трубы. Это является следствием слабой зависимости от а числа Рейнольдса (см. рис. 4). В дальнейших расчетах полагаем а = 1010.
Как показано на рис. 5, изменение диаметра трубопровода по времени существенно зависит от величины Шо.
0.8
0.6
0.4
0.2
— 1 -•2
¿»J 3
Ч»
¿Л.
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Рисунок 3 - Зависимость относительного диаметра трубы от безразмерного времени: 1 - 1010-а = 0,5; 2 - 1,0; 3 - 1,5; 4 - 2,0
1.5
1.0
0.5
— 1 -•2
4»ж 3
jJ t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Рисунок 4 - Зависимость числа Рейнольдса от
безразмерного времени: 1 - 10
1,5; 4 - 2,0
• а = 0,5; 2 - 1,0; 3 -
D
ыы
150
120 90 60
1
* ^ ^ 4 ^ t •. + ^ + * * ^
• • . 3
4
3 4
9 10 11 Т.]
Рисунок 5 - Изменение диаметра трубы по времени при а = 1010: 1 - Wo = 2 мм/год; 2-3 мм/год; 3 -4 мм/год; 4-5 мм/год
В соответствии с гидравлической характеристикой насоса СМ150-125-315а (см. рис.2), рабочий интервал подачи от 60 до 150 м3/час. По рис. 6 можно определить, через сколько лет эксплуатации рабочая точка насосной установки будет ниже 60 м3/час.
Тогда коэффициент полезного действия насоса упадет, расходы на перекачку необходимых объемов жидкости значительно увеличатся. При Wo = 2 мм/год это произойдет через 8,5 лет, а при W0 = 5 мм/год - через 3,5 года. Период технического обслуживания трубопроводной системы одним из современных методов (см., например, [9]) должен быть меньше найденного времени.
о
ы/час. 80
61)
40 20
• + 4
• • * л • * ч t • * 1
• • + Ч ч • 'ч k ч % 2
% ч4 ч • 1, ч,
Г" • •.
2 3
9 10 11 Г.
. годы
Рисунок 6 - Изменение расхода жидкости по времени при а = 1010: 1 - = 2 мм/год; 2 - 3 мм/год; 3 - 4 мм/год; 4 - 5 мм/год
Литература
1. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.
2. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Космодамианский А.С., Великанова М.Н. Моделирование осаждения твёрдых частиц в пульпопроводе-.Наука и техника транспорта. М., 2011№ 2. - С. 69 - 78.
3. Великанов Н.Л., Колобов А.В., Проскурнин Е.Д. Калининградская область: Водопользование и водо-потребление в городе. - Калининград, ОАО "Янтарный сказ", 2007. - 208 с.
4. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология/ Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова.-М.:Стройиздат.1995.-208 с.
5. Тульчинская В.П. Химическая деятельность микроорганизмов. М.: Наука, 1975. - 50 с.
6. Муравьев A.B. Математическая модель процесса образования отложений в каналах теплообменников / A.B. Муравьев, И.Л. Батаронов, И.Г. Дроздов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т. 3. №8. С. 16-22.
7. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник. - Л.: Энергоиз-дат, 1982. - 672 с.
8. НПО «Римос». Фекальные центробежные насосы СМ 150-125-315 [Электронный ресурс]. URL: http://www.rimos.ru/catalog/pump/12121 (дата обращения 13.02.2015).
9. Мишнева С.К. Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения: учебно-методическое пособие. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. - 60 с.
УДК 664.346
ВЛИЯНИЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ПАПОРОТНИКА-ОРЛЯКА КАК ВИДА ПИШЕВОГО СЫРЬЯ
С.Т. Прокопенко1, И.В. Шалиско2
Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21
В статье затронуты вопросы хранения молодых побегов орляка обыкновенного. Предлагается хранение в замороженном виде.
Ключевые слова: орляк обыкновенный, молодые побеги, замораживание, влажность, вкус, цвет,
запах.
EFFECTS OF FREEZING ON SOME PROPERTIES OF CONSUMER BRACKEN AGRO-FOOD
AS KIND OF RAW MATERIALS
S.T. Prokopenko, I.V. Shalisko
St. Petersburg State Economic University (SPbGEU), 191023, St.-Petersburg, stt Sadovaya, 21 This article touched on the storage of young shoots of bracken fern. Freezing is a suggested storage method/
Keywords: bracken fern, young shoots, freezing; wetness, taste, color, odor.
Для жителей российского Дальнего Востока и части Сибири, а также для наших юго-восточных соседей - Орляк обыкновенный (лат. Pteridium aquilinum (L.) Kuhn) - традиционный продукт национальной кухни. Японцы ценят его за омолаживающий эффект, как эликсир долголетия, средство, повышающее иммунитет, чему способствуют умеренные концентрации селена в сочетании с йодом в папоротнике-орляке. [12]
Движение рабочей силы в РФ, современные миграционные процессы, приводят к увеличению доли приезжих из Китая, даже по-
степенно формируется постоянное китайское население, сохраняющее свои пищевые предпочтения, в том числе, использование дикорастущих папоротников в национальной кухне. [2] Для жителей мегаполисов этот продукт может быть связан с интересом к экзотической восточной кухне, с модой на вегетарианство, стремлением к здоровому, рациональному питанию. Это один из продуктов, частично заменяющих по пищевой ценности и вкусовым качествам продукты животного происхождения [16].
1Прокопенко Станислав Тимофеевич - кандидат технических наук., профессор, заведующий кафедрой ресторанного бизнеса СПбГЭУ, тел.:+7(921)9369907;
2Шалиско Ирина Викторовна - старший преподаватель, e-mail: irinashalisko@mail.ru,_тел.:
+7(921)3317281
