CC BY
25
Пляцук Дмитро Леонiдович, асистент, кафедра прикладно! екологп, Сумський державний ушверситет, вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, Укра!на, 40007 E-mail: plyacuk@teko.sumy.ua
Гурець Лариса Леонвдвна, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра прикладно! екологи, Сумський державний ушверситет, вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, Укра!на, 40007 E-mail: larisagurets@gmail.com
УДК 628.162.1.001.24
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42628
ВИЗНАЧЕННЯ РОЗМ1Р1В ЗАЛ1ЗООКИСНИХ ДОМ1ШКОВИХ ВКЛЮЧЕНЬ © В. Л. Дахненко
Стаття присвячена проблемi оперативного визначення середнього розм1ру частинок, що вилучаються is ргдких середовищ магнтним фшьтруванням is використанням намагтченог гранульовано'1 насадки. Визначенi необхiднi умови для експериментального до^дження i одержанi залежностi як дозволяють встановити середнш розмiр частинок, котрий aniд приймати при розрахунку параметрiв магнтного фшьтрацтного пристрою для очищення конкретних рiдких та газових середовищ Ключовi слова: магнтне поле, ефективтсть, дисперстсть, магнтна насадка
The article is devoted to the problem of operational determine the average size of the particles that are removed from liquid environments by magnetic filtration using granular magnetized nozzle. The necessary conditions for experimental research and the resulting dependence that allow to set the average particle size, which should be used in calculating the parameters of magnetic filtration device for treating specific liquid and gas environments are determined
Keywords: magnetic field, efficiency, dispersion, magnetic nozzle
1. Вступ
Для бшъшосп рвдких середовищ наявшсть зважених включень е неминучим, наприклад, у результат! зношування й корози елеменпв устаткуван-ня, що приводить до попршення якосп продукци, що випускаеться, зниженню надшносп й довгов1чносл устаткування, порушенню технологи виробництва, збшьшенню некондицшно! продукци й росту соб1вартост1 одинищ продукци. Наприклад, наявшсть домшок в теплоносп електростанцш приводить до утворення ввдкладень на теплообмшних поверхнях веде до зниження теплопередач1 й викликае зростан-ня температури стшок труб на 100-140 °С вище тем-ператури чисто! труби [1-3]. Це приводить до пере-витрати й розриву поверхонь, що гршть.
Характерним видом забруднень е затзовмктш дисперст включення теплонос1я, враховуючи, що значна !х частина мае магн1тосприйнятлив1 властивосп [4, 5] (ввдзначаеться також, що при штенсивнш тер-тчнш обробщ теплонос1я ввдбуваеться перехгд немаг-нггних форм оксида залза в магнит [6, 7]), що дозво-ляе використовувати для !х вилучення машине поле.
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми.
Технолопя тонкого очищення рщких середовищ ввд магштосприйнятливих (феромагштних, фер-р1магн1тних, антифнромагштних) домшок реал1зуе-ться за допомогою ф1льтрування середовища кр1зь намагтчену ферромагнину насалку, а пристро! одержали назву магштних фшьтдов [8, 9]. Робота цих пристро!в заснована на принцип силового магштно-го взаемодп гранул насадки i частинок.
Загальним рiвнянням, що використовусться для розрахунку магттофшьтрацшних пристро!в [9, 10]:
Ш —1 i KS2rBr) (1)
V ( кб2уБ ^
— — 1 — exp I -а2-:
А \ цvd
— 1— expI^a——L — £0J, (2)
де у - показник очищення (ефективнiсть); X -частка магштно! фракцп домiшок; an - розмiрний коефiцieнт; к - магштна сприйнятливiсть часток; 8 - ефективний дiаметр часток; B - iндукцiя маг-нiтного поля насадки; L - довжина насадки; 77 - ди-намiчна в'язк1сть середовища; v - швидк1сть фшь-трування; d - дiаметр гранул насадки; -
коефiцieнт, що характеризуе фракцш домiшок, що легко осаджкеться.
Залежносп (1)-(2) описують вплив основних параметрiв на ефективнiсть очищення. Одним iз ключових параметрiв, як1 впливають на процес маг-нiтного осадження е крупшсть залiзоокисних частинок 8 [9, 11]. Експериментальш досл1дження маг-нiтного осадження домiшок з використанням мо-дельних суспензiй, що мютять частинки вiдносно вузького дiапазону розмiрiв представленi в [12].
Вони тдтверджують ступiнь впливу 5 на у, вщповвдаючи (1)-(2). Однак реальний спектр круп-ностi залiзоокисних частинок , присутшх у водах електростанцiй, досить широкий i коливаеться вiд часток мжрона до сотень мкм., що тдтверджують результати електронно! мшроскопп домшок [9, 12,
13]. У р1внянш (1)-(2) тд параметром 8 маеться на уваз1 величина середнього розм1ру зал!зоокисних частинок.
3. Цшь i завдання дослщження
При розробщ пристрою магштофшьтра-цшного очищення (магштного фшьтру) залишаеть-ся актуальним залишаеться визначення значення розм1р1в частинок 8, яку слад приймати у якосп розрахункового, особливо, коли д1апазон змши 8 в межах 2 порядив. Особливо це стосуеться реаль-них середовищ, де необхвдна саме оперативне визначення основних пасивних фактор1в на об'екл 1 не потребуе велико! кшькосп часу 1 складного стацюнарного обладнання для ше! мети. Наб1р ста-тистичних даних вим1рювання результапв елек-тронно! мжроскопи не тшьки потребуе тривалого часу, але не гарантуе того, що таш дослвдження провадяться саме !з частинками, що мають маг-штосприйнятлив! властивосп, а дослщження осаду !з магштного фшьтру недоцшьне, адже у цьому випадку матимемо справу !з конгломератами частинок, що не вшповвдають дшсним значенням.
У цьому зв'язку виникае необхвдшсть ро-зробки способу оперативного визначення розм1р1в частинок магштосприйнятливих домшок для кожного об'екту застосування магштного способу очищення. Виходячи !з цих вимог штерес являе не стшьки поле дисперсности скшьки усереднена величина 8, яку можна використовувати для ро-зрахуншв конкретного магштного очисного пристрою.
4. Матерiали й методи дослщжень
Для цього пропонуеться використати зако-ном!рносп магштного фшьтрування !з метою виршення зворотно! задачу зокрема, магшгно-седиментацшного визначення середнього (среднь-оквадратичного) розм1ру магштосприйнятливих частинок, використавши залежшсть (1).
Для умов з реальним спектром розм1р1в ча-сток, що присутн в рвдинах (газах), використовуючи законом!рносп магштного осадження з'являеться можливють ршення зворотно! задачу зокрема, маг-штно-седиментацшного визначення середнього (средньоквадратичного) розм1ру магштосприйнятли-вих частинок, використавши (1) у виглядг
=
vvd2 ln I 1 -
акуБЬ
(3)
Сам споаб полягае в експериментальному до-слщженш реальних середовищ шляхом !х фшьтрування кр1зь шар намагн1чено! насадки !з викори-станням моб1льно! магшто-фшьтрацшно! установки (рис.1). дослшна ршина з резервуару 4 подаеться в корпус 1, в якому фшьтруеться кр1зь шар насадки 3, що намагшчуеться вшповвдною системою 2 (напри-клад, постшн! магшти) 1 збираеться в резервуар! 5. Передбачаеться одержання значення коефщента у
при очищенн1 середовища шляхом визначення кон-центрац!й домшок в резервуарах 4 ! 5 (рис. 1).
Коефщент у як ефектившсть очищення, визначаеться х!м!чним анал!зом концентрацп, напри-клад, зал!за в резервуарах 4 (Со) ! 5 (С), а у =(Со-С)/Со.
Експериментальна частина досл!джень прово-дилася !з використанням водно! суспенз!! магнетиту, а визначений д!апазон розм!р!в частинок досягався шляхом багаторазового вшстоювання.
Однак слад з'ясувати суть значень 8 , одержа-них з (3) по значеннями у, якщо врахувати особ-лив!сть осадження магн!тосприйнятливих частинок у намагшченш насадц!.
Рис. 1. Схема мобшьно! експериментально! магн!тоф!льтрац!йно! установки: 1 - корпус;
2 - намагнчуюча система; 3 - фшьтруюча насадка;
4 - резервуар з вихвдною ршиною; 5 - резервуар для очищено! ршини
Зг1дно !з (1) на невеликий довжин! Ь насадки вшбуваеться переважне осадження бшьших частинок з характерною для них високою ефектившстю. У м!ру збшьшення Ь внесок у зниження домшки до-кладають б!льш др!бн! частки спектра з! зменшенням !нтенсивност! росту у для цих часток. Наприклад, для досягнення 90 % ефективност! очищення мо-дельно! суспенз!! магнетиту, що мютить частки роз-м!р!в 3-5 мкм необхвдна ф!льтруюча насадка довжи-ною 0,45 м, у той час як для осадження з такою ж ефектившстю фракци часток з розм!ром 15...20 мкм досить довжини фшьтруючо! насадки 0,04 м за шших р!вних умов [12].
5. Результати дослвджень
Дан! у , отримаш при р!зних довжинах насадки експериментально! установки ввдображають внесок того спектра 8, який ввдповшае Ь. Ввдповшно,
даш S , отримаш при L=0,1 м навряд можна штерпо-лювати для промислового ф1льтра з L=1,0 м, якщо враховувати стушнь впливу S в (1). Використовую-чи даш вищеописаного прикладу ( у =0,9 для S =3...5 мкм L=0,45; для S =15...20 мкм L=0,04 м) (3) можна спростити до виду:
Sv =
A-
in 1 -
У
L
(4)
одержуемо А=-3 ■ 10" при у =0,9; L=0,45; S =4 мкм; 2 =1,0.
Рис. 2. Значення середнього розм1ру зал1зоокисних частинок в залежносл вш довжини ф1льтрування i3 врахуванням даних [9,12]; # - А=-2,7х10"12м;
+ - -8х10"12м; Ф - -1х 10-11м; • - -1х 10-11м;
© - 1,8х 10"12м; * - -1,8х 10"12м
Для у =0,9 i L=0,04 м з розрахунку випливае значення S =13 мкм, яке виявляеться заниженим. У цьому зв'язку необхвдна ощнка того, при якому значенш L даш S, отримаш з (3, 4) можуть ввдповвдати середньому (усередненому) значенню, яке можна використовувати для розрахуншв параметр! в промислового магштного (j)iльтра. Анал1з експериментальних даних [9, 10, 12] y~L, пред-ставленi на рис. 2, 3 показав, що значення S як середне може бути розраховано по (3) лише для середовищ iз ввдносно вузьким спектром розмiрiв частинок, осадження яких описуеться единою експонентною залежшстю (1), тобто <Ц0 ^ 0. Це шдтверджують залежностi, наведенi на рис. 2, з яких випливае, що значення S , розраховане по (3, 4) для широкого дiапазону L змшюеться в межах 8 %.
Однак, ефектившсть очищення бшьшосп редких середовищ (як модельних, так i реальних) не можуть бути описаш единою експонентною залежшстю виду (1). Щщтвердженням тому - граф1чш залежносл ô ~ L (рис. За), отримаш за допомогою (3) у Bapiami (4) для вцщовцщих у ~L.
б
Рис. 3. Значення середнього розмiру залiзоокисних частинок в залежносл ввд довжини ф№трування, приведенi в нормальних (а) i логарифмiчних (б) координатах: 1 - А=-1,06-10-11м; 2 - -1,8-10"13 м; 3 - -2,88-10"12; 4 - -1,8-10-11 м; 5 - -2,7-10-11м. 6 - -1,4-10-11 м
6. Аналiз результалв експериментiв
1з кривих рис. 3, а випливае, що усереднеш значення 8 для pi3Hm довжин насадки коливаеться в досить широкому дiапазонi значень (до 240 %), шдтверджуючи факт осадження бшьших часток у початковш зонi насадки. Однак даш рис. 3, а, представлен в логарифмiчних координатах рис. 3, б, ви-являють стабшьну закономiрнiсть впливу L на значення 8 на довжиш насадки Ll (конкретно! для кожного середовища): d ~ L", i стабiлiзацiею значень 8 при L>Ll. Тому для середовищ iз широким спектром часток використання в рiвняннях (1, 2) значення 8 , розрахованого по (3) при стацюнарнш довжинi, тобто L-const, приводить до ютотних помилок.
Зпдно рис. 3, б для L<Li (L=L0.Ll, де L0 - до-вжина чарунки насадки) справедлива пропорцшшсть: d = d0 Ь (тут do - коефiцiент, що ввдповшае 8 при L=L0 i визначаеться iз графiчно! залежностi рис. 3, б). Середне значення розмiру частинок 8, що вилуча-ються магнгтним фiльтром на довжинi насадки L (у дiапазонi L0.Ll):
S = ■
Hl 1 ll
j" SdL =-S0 J L ndL ■■
Li - L
Sn
L - L (1 - n)
(LI"
Маючи на уваз1, що Lt>>L0, (5) спрощуеться до
виду:
~SJ0L7
1 -п
(6)
i може бути представлено у бшьш конкретному вид1, враховуючи вузький дiапазон змiни показника n для багатьох середовищ, що очищаються, тобто n=0,31...0,37 (рис.Зб), приймаючи n=0,34 (6):
8 = -
Sn
0,66
-Li
(7)
1з врахуванням (7) рiвняння (2) слад предста-вити у виглядi системи:
w ( ак32у~В 1 - — = ехр I--—L\.
я Ч ФА1 )'
1 V
1 -J=exp
Г
aic(ö2 -Ö2} у В
L
rjvd2
V у
З (8) i (2) випливае, що :
для L < L,
для L > L,.
(8)
#0 =-
:{S2 -82}уВ ■tfvd2
(9)
значення якого може бути визначальним при викори-станш малих довжин насадки (L<L¡).
7. Обговорення результат
У дослiдженнi, використовуючи основну за-лежнiсть магнiтофiльтрацiйного осадження частинок, запропоновано вирiшення зворотно! задача визна-чення розмiру частинок, що мажуть бути вилученi iз редкого середовища за допомогою магнiтного фшь-тру. Спосiб полягае в експериментальному до-слiдженнi за допомогою ф№трування крiзь намаг-нiчену гранульовану насадку iз використанням мобшьно! (лабораторно!) фттрацшно! установки iз ввдомими експлуатацiйними параметрами. Отримаш основнi залежностi визначення розмiрiв частинок, значення яких можна використовувати при розробщ промислового зразку. Але слад зазначити, що отриманi, у такий спосiб, слад розглядати тшьки як ефективне (розрахункове) значення, що ввдноситься тшьки до маг-ттофшьтрацшного способу очищення. Адже не ва дисперснi включения мають магнiтнi властивосп, а самi магнiтнi частинки можуть бути складовою частиною бiльших по розмiру конгломератш.
8. Висновки
За допомогою мобшьно! магттофшьтрацшно! установки можливе оперативне визначення величини середнього значення розмру S домiшкових магнiто-сприйнятливих дисперсних включень середовища, кот-ре необхщно для розрахунку техиологiчних i конструк-тивних характеристик магнiтного фшьтра. Для цього
досить одержати значення даних ~L при -É~n) .(5) багаторазовому (m-раз) пропусканнi середовища KpÍ3b намагтчену насадку експе-риментально! установки, при стабшьних шших параметрах магнiтного осадження, та викори-станi отриманих залежностей (5)-(7).
Лiтература
1. Беляков, И. И. Отложения магнетита в экранах котла ТГМП-114 и опыт их удаления [Текст] / И. И. Беляков, Л. Ю. Краснякова, А. Ф. Белоконова // Теплоэнергетика. - 1974. - № 2. - C. 49-53.
2. Глебов, В. П. Железоокисные отложения и их влияние на надежность котлов сверхкритического давления [Текст]: автореф. дис. ... д-р. техн. наук / В. П. Глебов. -М., 1979. - 41 с.
3. Сандуляк, А. А. Совершенствование режимов и систем магнитной очистки технологических сред для предупреждения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации энергетического оборудования [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. А. Сандуляк. - Москва, 2005.
4. Кириченко, В. С. О методах определения форм железа в водах теплоэнергетических установок (ТЭУ) [Текст] / В. С. Кириченко, Г. П. Захарова, Л. И. Дурачен-ко. - Барнаул, 1974. - С. 37-38.
5. Сандуляк, А. В. Методика контроля магнитных свойств осадков при очистке гидкостей [Текст] / А. В. Сандуляк, Н. М. Яцков, Н. И. Шепель // Химия и технология воды. - 1985. - Т. 7, № 2. - С. 61-63.
6. Манькина, И. И. Физико - химические процессы в пароводяном цикле электростанций [Текст] / И. И. Манькина. - М.: Энергия, 1977. - 256 с.
7. Грязев, А. М. Исследование поведения окислов железа в существующих фазах вода-пар и их влияние на организацию водного режима теплоэнергетических установок [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук /
A. М. Грязев. - Москва, 1972. - 18 с.
8. Сандуляк, А. В. Магнитное обезжелезивание конденсата [Текст] / А. В. Сандуляк, И. М. Федоткин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 83 с.
9. Сандуляк, А. В. Магнито-фильтрационная очистка жидкостей и газов [Текст] / А. В. Сандуляк. - М. «Химия», 1988. - 136 с.
10. Сандуляк, А. В. Совершенствование узла очистки в магнитных фшьтрах [Текст] / А. В. Сандуляк, ,
B. Л. Дахненко, Н. И. Клепач // Химическая технология. -1989. - № 5. - С. 40-45.
11. Мурадова, Р. А. Вопросы электромагнитного фильтрования технологических жидкостей на основе осаждения железосодержащих частиц в высокоградиентном магнитном поле [Текст] / Р. А. Мурадова // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика: международный научно -технический и производственный журнал. - 2006. -№ 3. - С. 85-91.
12. Корхов, О. Ю. Разработка конструкций и режимов работы магнитных фильтров для очистки конденсатов электростанций с целью повышения их эффективности [Текст]: автор. дис. ... канд. техн. наук. / О. Ю. Корхов. -Днепропетровск, 1988.
13. Ершова, В. А. Исследование характеристик рабочих зон магнитных очистных аппаратов как средств предупреждения чрезвычайных ситуаций в условиях коррозии и износа оборудования [Текст]: автор. дис. ... канд. техн. наук / В. А. Ершова. - Москва, 2007.
References
1. Belyakov, I. I., Krasnyakova, L. Y., Belokonova, A. F. (1974). Otlozhenija magnetita v jekranah kotla TGMP-114 i opyt ih udalenija. Teplojenergetika, 2, 49-53.
1
1
2. Glebov, V. P. (1979). Zhelezookisnye otlozhenija i ih vlijanie na nadezhnost' kotlov sverhkriticheskogo davlenija. Moscow, 41.
3. Sanduljak, A. A. (2005). Sovershenstvovanie rezhimov i sistem magnitnoj ochistki tehnologicheskih sred dlja preduprezhdenija chrezvychajnyh situacij pri jekspluatacii jenergeticheskogo oborudovanija. Moscow.
4. Kirichenko, V. S., Zaharova, G. P., Durachenko, L. I. (1974). O metodah opredelenija form zheleza v vodah tep-lojenergeticheskih ustanovok (TJeU). Barnaul, 37-38.
5. Sandulyak, A.V., Yatskov, N. M., Shepel, N. I. (1985). Metodika kontrolja magnitnyh svojstv osadkov pri ochistke gidkostej. Himija i tehnologija vody , 7 (2), 61-63.
6. Mankin, I. I. (1977). Fiziko-himicheskie processy v parovodjanom cikle jelektrostancij. Jenergija, 256.
7. Griazev, A. M. (1972). Issledovanie povedenija okis-lov zheleza v sushhestvujushhih fazah voda-pap i ih vlijanie na opganizaciju vodnogo pezhima teplojenepgeticheskih ustanovok. Moscow, 18.
8. Sandulyak, A. V., Fedotkin, I. M. (1983). Magnitnoe obezzhelezivanie kondensata. Moscow: Jenergoatomizdat, 83.
9. Sandulyak, A. V. (1988). Magnito-fil'tracionnaja ochistka zhidkostej i gazov. Moscow: «Himija», 136.
10. Sandulyak, A. V., Dakhnenko, V. L., Klepach, N. I. (1989). Sovershenstvovanie uzla ochistki v magnitnyh fil'trah. Himicheskaja tehnologija, 5, 40-45.
11. Muradova, R. A. (2006). Voprosy jelektromag-nitnogo fil'trovanija tehnologicheskih zhidkostej na osnove osazhdenija zhelezosoderzhashhih chastic v vysokogradi-entnom magnitnom pole. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij i jenergeticheskih ob#edinenij SNG. Jenergetika: mezhdunarodnyj nauchno-tehnicheskij i proizvodstvennyj zhurnal, 3, 85-91.
12. Korhov, O. Ju. (1988). Razrabotka konstrukcij i rezhimov raboty magnitnyh fil'trov dlja ochistki kondensatov jelektrostancij s cel'ju povyshenija ih jeffektivnost. Dnepropetrovsk.
13. Ershova, V. A. (2007). Issledovanie harakteristik rabochih zon magnitnyh ochistnyh apparatov kak sredstv preduprezhdenija chrezvychajnyh situacij v uslovijah korrozii i iznosa oborudovanija. Moscow.
Рекомендовано до публкаци д-р техн. наук Кортеннком Я. М.
Дата надходження рукопису 23.04.2015
Дахненко Валерш Леошдович, доцент, кандидат техшчних наук, кафедра машин i апарапв xiMi4Hm та нафтопереробних виробництв, Нацюнальний техшчний ушверситет Укра1ни «Кшвський полiтехнiчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Укра1на, 03056 E-mail: dvl2@meta.ua
УДК 621.187.125
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42629
ДО КОМПОНОВКИ РОБОЧО1 ЗОНИ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНОГО Ф1ЛЬТРА ВЕЛИКО! ПРОДУКТИВНОСТ1
© В. Л. Дахненко
ВирШуеться задача визначення основних параметргв робочо1 зони електромагнтного фыьтра великоi продуктивностi у поеднанш 1з умовами намагтчування сорбцшног насадки. Описаний взаемозв'язок ро-зташування насадки магнтного фыьтра по вiдношенню до намагнiчуючоi системи, визначеш залежно-стi мiж параметричними характеристиками фшьтрацшно'1 зони та основними характеристиками ви-користання магнтного поля
Ключовi слова: солено1д, фшьтруюча насадка, магттна iндукцiя, ефективтсть
The problem of determining the main parameters of the working area of the electromagnetic filter with high productivity combined with the terms of the magnetization of sorption nozzle is solved. Relationship of arrangement of nozzle of the magnetic filter towards magnetizable system is described, relationship between parametric performance filtration area and the main characteristics of the use of the magnetic field are defined Keywords: solenoid, filter cap, magnetic induction, efficiency
1. Вступ
Одним з важливих показнишв ефективносп, надшносп й довгов1чност1 роботи теплоенергетично-го обладнання е стушнь чистоти теплоноая ввд р1з-ного роду домшок. 1хня наявшсть у теплоносп приводить до утворення ввдкладань на теплообмшних поверхнях, що попршуе теплопередачу, а для паро-водяних тракт1в котлоагрегат1в ця причина, е най-б1льш уразливою ланкою технолопчно! схеми елект-ричних станц1й.
Зал1зоокисн1 дом1шки у конденсат! становить основну долю забруднень води, що надходить у кот-ли [1, 2]. Вони е причиною вщкладань на теплообмшних поверхнях, що приводить до перегр!ву стшок
труб на 100-140 °С вище температури чисто! труби ! може досягати 600-650 Т. Ця обставина приводить до перевитрати палива й зростання ризику розриву поверхонь нагр!вання [2].
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
Основна частина зал!зоокисних домшок мае магн!тосприйнятлив! властивост! [2-4], що дозволяе застосувати для !х вилучення магн!тне поле. Метод реал!зуеться за допомогою пристро!в, що називають-ся магшгними ф!льтрами, в яких як робочий орган (сорбцшного об'ему) використовуеться намагтачува-на гранульована насадка [3, 5], яка намагшчуеться
