Введение к работе
Актуальность работы. При эксплуатации технологического оборудования, особенно энергетического (использующего, генерирующего, трансформирующего и преобразующею различные виды энергии), объективным сопутствующим фактором является коррозия и износ элементов этого оборудования
Несмотря на меры, предпринимаемые для подавления этих факторов, тем не менее, сама проблема коррозии и износа, и в не меньшей мере - проблема борьбы с их последствиями (а это, в основном, ферропримеси, поступающие в жидкие, газообразные, сыпучие рабочие среды), продолжает оставаться весьма актуальной
Такая проблема является особенно острой в тех производствах, где фер-розагрязнения рабочих сред, ухудшая их качество и необходимые технологические показатели, снижают надежность и долговечность работы оборудования, повышая риски появления повреждений, отказов, поломок, аварий, выходов из строя оборудования, вплоть до создания чрезвычайных ситуаций Например, в тепловой энергетике ферропримеси конденсатов, питательных вод котлоагрега-тов, контурных вод образуют так называемые железоокисные отложения на па-рогенерирующих трубах с последующим пережогом (и разрывами) этих труб Столь же серьезными являются последствия от наличия ферропримесей в сырьевых компонентах производств пластмассовых и керамических изделий, продуктов питания они провоцируют поломки оборудования, а также нарушают экологическую безопасность пищевых продуктов и пр
Источником ферровключений, кроме постоянного износа и прогрессирующей во времени коррозии оборудования (особенно в условиях термического и химического воздействия), являются и другие объективные, весьма существенные факторы Один из них - это поступление феррочастиц в ту или иную среду после обслуживания оборудования, особенно, связанного с его ремонтом Даже при самом ответственном отношении к чистоте проведения ремонтно-наладочных работ все же трудно избежать засорения рабочих поверхностей оборудования последствиями резки, сварки, механической обработки металла, фрагментами крепежа и т д , которые затем вовлекаются в технологические потоки, усугубляя отмеченную проблему
Используемые для удаления ферропримесей магнитные очистные аппараты (конечно же, удачно подобранные по своим конструктивным и режимным параметрам применительно к той или иной среде), работающие на принципе магнитного захвата, во все большей мере приобретают статус крайне необходимого оборудования, входящего в состав основного технологического оборудования Вместе с тем, многие аппараты, имеющие самые различные варианты их исполнения (в зависимости от агрегатного состояния и расхода очищаемого потока, состава ферропримесей и пр), нуждаются в теоретико-экспериментальном обосновании, прежде всего, рабочих зон, ответственных за захват ферропримесей
Цель работы, исследование основных характеристик раоочих зон магнитных очистных аппаратов, как средств эффективного удаления ферропримесеи (последствий коррозии, износа и ремонта оборудования) из технологических потоков и тем самым - средств защиты энергетического оборудования от поломок и аварий
Задачи исследования: 1 Произвести анализ и количественную оценку риска, связанного с эксплуатацией котлоагрегата в условиях образования отложений ферропримесеи на парогенерирующих трубах, используя степенные временные зависимости (уточненные) массы железоокисных отложений и сверхнормативного прироста темперагуры металла труб
Найти и проанализировать не рассматривавшиеся ранее данные размагничивающего фактора различных (по относительной длине) образцов гранулированной матрицы магнитного очистного аппарата и сердцевин элементарного канала намагничивания такой матрицы
На основании модели дробных ячеек полишаровых фильтр-матриц построить модель «преобразования» ячеек с реальными порами в ячейки с порами-капиллярами Найти выражения для эквивалентных диаметров пор
Изучить характер дистанционных зависимостей индукции, ее градиент а и силового фактора между противостоящими магнитными элементами модуля очистного аппарата Найти и проанализировать функциональные частные и обобщающие зависимости
Опробовать различные методы (включая баллистический) определения силовых характеристик рабочей зоны модуля очистного аппарата
Получить и представить в аналитическом виде зависимости силы захвата феррочастицы (в модуле аппарата) от ее удаленности по отношению к полеоб-разующему магнитному элементу и размера феррочастицы
Разработать новые конструкции магнитных очистных аппаратов для удаления ферропримесеи из рабочих сред и тем самым - снижения техногенных и экологических рисков возникновения поломок, аварий и выходов из строя энергооборудования, нарушения экологической безопасности продукции Методы исследования. Выполнялись как экспериментальные, так и теоретические исследования, применялись известные и хорошо зарекомендовавшие себя приемы обработки и анализа получаемых данных
Достоверность научных положений и полученных результатов обеспечивалась точностью измерительной аппаратуры и соответствующим массивом теоретико-экспериментальных данных, сходимостью результатов, полученных экспериментальным и теоретическим путем Научная новизна работы.
- На основании методологии анализа рисков, адаптированной к техногенному объекту - котлоагрегату, эксплуатируемому в реальных условиях образования отложений ферропримесеи на парогенерирующих трубах, и применения уточненных временных зависимостей массы железоокисных отложений, сверхнормативного прироста температуры металла труб (угрожающе влияющей на прочность труб), дана количественная оценка рисков в зависимости от содержания ферропримесеи
Изложены и проанализированы данные размагничивающего фактора различных (по относительной длине) образцов гранулированной матрицы магнитного очистного аппарата и впервые - сердцевин элементарного канала намагничивания (в цепочке шаров) Получены соответствующие сходные экспоненциальные зависимости (обобщающие) с учетом их относительных габаритов
На основании модели дробных ячеек структуры полишаровых фильтр-матриц предложена модель простого и точного «преобразования» реальных ячеек в формальные ячейки с порами-капиллярами Найдены частные (в каждой из возможных ячеек) и общие выражения для эквивалентных диаметров пор
Изучен характер дистанционных зависимостей индукции, ее градиента и силового фактора между магнитными элементами модуля очистного аппарата Найдены функциональные частные и обобщающие зависимости
Разработан и реализован новый метод определения силовых характеристик рабочей зоны модуля очистного аппарата, основанный на принудительном дрейфе феррочастицы по дистанционно позиционируемой площадке сквозь эту зону (с последующим вычислением нормальной составляющей силы захвата)
Получены и представлены в соответствующем аналитическом виде зависимости силы захвата феррочастицы в модуле аппарата от ее размера и удаленное ги по отношению к полеобразующему магнитному элементу
Практическая ценность работы. Получены и предложены для практического использования расчетные зависимости оценки техногенных рисков, связанных с дестабилизирующим влиянием ферропримесей теплоносителя на работу кот-лоагрегата тепловой электростанции
На основании данных размагничивающего фактора различных (по относительной длине) образцов гранулированной матрицы получены критериальные значения относительного габарита фильтр-матрицы магнитного очистного аппарата, которые необходимо учитывать при разработке аппарата
На основании обнаруженного и аналитически описанного характера дистанционных зависимостей индукции, ее градиента и силового фактора между магнитными элементами аппарата с плоскими активными стержнями обнаружены автомодельные (провальные) участки силового фактора (провальные зоны) Предложены варианты уменьшения их роли при проектировании и эксплуатации аппаратов Получены соответствующие аналитические связи для оперативного решения не только прямых, но и обратных задач очистки
Разработано 5 новых магнитных аппаратов для удаления ферропримесей из рабочих сред и тем самым (посредством повышения качества рабочих сред)
- снижения рисков повреждений, поломок, выходов из строя и аварий энерге
тического оборудования
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе получено 5 патентов РФ Результаты работы представлялись на международных выставках FiltSep (Москва, 2006), MosBuild (Москва, 2007), «Интерпластика» (Москва, 2007), Всероссийском конкурсе (включая финал) экологических инноваций (Москва, 2006)
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 130 страницах и содержит 59 рисунков, она состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 141 наименования и приложений
Автор выражает благодарность к т н , доц Сандуляк А А и к т н , проф Графкиной М В за полезные консультации и помощь в работе
