+7 (343) 247-81-32

Инжиниринг Производство Строительство и монтаж

Публикации

20.02.2013

Подогреватели для накипеобразующих растворов

В.М. Ронкин, В.М. Ковзель (ЗАО «НПП «Машпром»)

Накипеобразующими являются растворы, которые содержат компоненты, имеющие обратную зависимость растворимости от температуры. Переработка таких растворов, связанная с их подогревом вызывает серьезные затруднения, вследствие выделения накипи на теплопередающих поверхностях [1]. В результате накипевыделения эффективность процесса, для которого необходим подогретый раствор значительно снижается, что приводит к дополнительным энергозатратам. Особенно чувствительны к недостаточному подогреву раствора вследствие выделения накипи в подогревателях выпарные установки [2], а также установки высокотемпературного выщелачивания [3]. Поэтому актуальным вопросом является повышение эффективности работы подогревателей накипеобразующих растворов.

Наиболее распространенные типы аппаратов для подогрева накипеобразующих растворов — многоходовые кожухотрубчатые теплообменники. Применение таких аппаратов вполне оправдано с точки зрения создания достаточно высоких скоростей раствора в трубках и удобства очистки последних от накипи. Однако такие подогреватели интенсивно зарастают накипью. В результате этого их гидравлическое сопротивление возрастает настолько, что перекачивающие насосы не могли прокачивать через них раствор. Поэтому подогреватели отключали, пропуская раствор мимо них. Так, например, на участке выпаривания Богословского алюминиевого завода работает всего 10-15 % от общего количества установленных подогревателей, а на выпарных установках Уральского алюминиевом заводе все кожухотрубчатые подогреватели отключены полностью.

К интенсивному накипевыделению внутри трубок подогревателей ведет невысокая скорость раствора в них. Например, в подогревателях глиноземного производства скорость в трубках составляет обычно около 1 м/с [4]. Проведенные нами ранее исследования показали, что при таких скоростях невозможно обеспечит равномерность течения раствора во всех трубках. В некоторых из них имеет место застой и даже движение раствора в обратном направлении, что еще больше увеличивает выделение накипи в них. Простое увеличение скорости дает немалый эффект по снижению выделения накипи [3]. Кроме того, интенсивное накипевыделение возникает вследствие огромных разностей температур между теплоносителем – паром и нагреваемым раствором, достигающих иногда 60–90 ОС. При этом возрастает температура в пристенном слое у поверхности трубок, что повышает выделение накипи, имеющей обратную растворимость [5].

Таким образом видно, что к усиленному накипевыделению на трубках подогревателей обычных конструкций ведут как условия их применения, так и несовершенство конструкций. При этом, по-нашему мнению, имеются возможности создать аппараты, способные работать с гораздо меньшим выделением накипи.

Одним из путей борьбы с накипеобразованием является подогрев раствора контактным способом. Для этого используются контактные аппараты, в которых нагрев осуществляется путем непосредственного смешения раствора с паром. Основной недостаток их состоит в том, что при подогреве раствор разбавляется паром. Как показали расчеты, применение контактных подогревателей при выпаривании не дает никаких положительных результатов, а приводит лишь к увеличению нагрузки сепараторов по выпаренной воде и к получению конденсата вторичного пара более низкого качества [2].

Для достижения всех положительных результатов от применения подогревателей раствора необходимо использование поверхностных подогревателей. При этом имеющийся у нас опыт в области разработки, пуско-наладочных работ и эксплуатации теплообменного оборудования, а также результаты исследовательских работ свидетельствуют, что в качестве подогревателей следует использовать кожухотрубчатые теплообменники. Однако их следует проектировать таким образом, чтобы избежать многоходовости раствора в них, а также для обеспечения такого гидравлического режима течения раствора в трубках, благодаря которому интенсифицируется теплопередача и снижается накипеобразование. Поэтому нами предлагается выполнить теплообменники, состоящими из нескольких элементов, в которых раствор движется с необходимой скоростью вертикально вверх. Согласно экспериментальным данным для солей с обратной растворимостью, восходящее движение значительно снижает образование накипи на трубках по сравнению с нисходящим.

Наряду с изложенным, в конструкции подогревателя для накипеобразующих растворов следует предусмотреть возможность снятия пересыщения по выделяющемуся компоненту, которое происходит в течение определенного периода времени [6]. Поэтому аппарат должен иметь определенный объем, в котором из нагретого раствора будет происходить выделение накипи. При этом указанные конструктивные параметры теплообменника желательно задавать на основании определения кинетических характеристик накипевыделения. Кроме того, для снижения накипеобразования на трубках следует максимально снизить пересыщение раствора по накипеобразующему компоненту вместе с увеличением его скорости движения [7].

В наибольшей степени изложенные соображения по снижению накипеобразования на трубках реализуются в результате применения нового аппарата - циркуляционного подогревателя. В нем осуществляется циркуляция большого количества раствора, в 5–20 раз большего, чем расход подогреваемого раствора. Соответственно, во столько же раз снижается пересыщение раствора при подогреве. При этом основной подогрев приходящего в аппарат раствора происходит при смешении с циркулирующим раствором в объеме аппарата, в котором и протекает выделение накипи. Подогрев циркулирующего раствора осуществляется при прохождении через трубки теплообменной камеры. Причем величина подогрева составляет 1–3 ОС. Вместе с созданием в трубках высокой скорости движения для обеспечения интенсивного теплообмена, в рассматриваемом аппарате создаются наилучшие условия для снижения накипевыделения. Такие подогреватели позволят добиться наименьшего выделения накипи на теплообменных трубках. Благодаря этому они имеют наибольший период работы между остановками для очистки трубок от накипи.

Литература

  1. Сагань И.И., Разладин Ю.С. Борьба с накипеобразованием в теплообменниках. -Киев: Технiка,1986.134 с.
  2. Ронкин В.М., Ковзель В.М., Аминов А.Н. и др. Основные направления совершенствования вспомогательного оборудования действующих выпарных батарей глиноземного производства // Сборник докладов V конференции «Алюминий Урала-2000». -Краснотурьинск, 2000. -С. 89-94.
  3. Зверев С.Б., Никулин В.А., Никитин Ю.Г. и др. Результаты промышленной эксплуатации четырехходовых подогревателей бокситовой пульпы // Сборник докладов ХIV конференции «Алюминий Сибири-2008». -Красноярск, 2008. –С. 368-370.
  4. Нерославская Л.Л. Защита аппаратуры глиноземных заводов от зарастания осадками. –М.: Металлургия, 1978. –168 с.
  5. Ермилов В.Г. Теплообменные аппараты и конденсационные установки. -Л.: Судостроение, 1969. -264 с.
  6. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. –М.: Химия, 1968. –304 с.
  7. Перцев Л.П., Ковалев Е.М., Фокин В.С. Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизующихся растворов. -М.: Машиностроение, 1982. –136 с.

Вернуться к списку публикаций