Microsoft Word Bao cao tong ket dt da in doc 1 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 TÊN ĐỀ TÀI “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM HIỆU Q[.]
BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 TÊN ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM HIỆU QUẢ CAO TRONG CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG” KH: 101- 07RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Cơng Thương Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài: Ts Lê Trí Vĩnh 6927 28/7/2008 Hà nội – 2008 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 TÊN ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM HIỆU QUẢ CAO TRONG CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG” KH: 101- 07RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký tên, đóng dấu) (ký, ghi rõ họ tên) Ts Lê Trí Vĩnh Hà Nội - 2008 Mục lục Danh sách thành viên tham gia………………………………………….5 Lời nói đầu………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan cáu cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống 1.1.1 Khái niệm nước cứng độ cứng nước 1.2 Tổng quan công nghệ tảy rửa cặn .12 1.2.1 Cơng nghệ tảy rửa khí 12 1.2.2 Công nghệ tảy rửa khí kết hợp hố chất 13 1.2.3 Công nghệ tảy rửa lượng siêu âm .16 1.3 Tổng quan công nghệ chống cáu cặn liên tục .16 1.3.1 Cơng nghệ chống đóng cặn sử lý nước 16 1.3.2 Công nghệ chống đóng cặn lượng sóng từ trường 17 1.3.3 Nguyên lý làm việc thiết bị xử lý nước điện tử 19 1.3.4 Công nghệ chống đóng cặn lượng siêu âm .21 1.4 Âm sóng âm .23 1.4.1 Khái niệm âm dao động sóng âm 23 1.4.2 Các đặc tính sóng âm 24 1.5 Siêu âm đặc tính quan trọng lượng dao động sóng siêu âm 28 1.5.1 Khái niệm dao động siêu âm 28 1.5.2 Các tính chất quan trọng dao động sóng siêu âm .29 1.5.3 Bản chất tác động sóng siêu âm chất lỏng 33 1.6 Ứng dụng lượng siêu âm công nghiệp 35 1.6.1 Gia công lượng siêu âm 38 1.6.2 Làm công nghệ siêu âm .39 1.6.3 Hàn lượng siêu âm 40 1.6.4 Công nghệ siêu âm ngành hoá đại 40 1.6.5 Siêu âm ngành luyện kim 41 1.6.6 Công nghệ siêu âm ngành mỏ 41 1.6.7 Công nghệ siêu âm công nghiệp chế biến thực phẩm .41 1.7 Kết luận chương 41 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG ĐÓNG CẶN BẰNG NĂNG LƯỢNG SIÊU ÂM CHO CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 43 2.1 Giới thiệu chung công nghệ kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ siêu âm nước quốc tế 43 2.2 Cơng nghệ dùng lượng siêu âm chống đóng cặn thiết bị nhiệt 45 2.3 Thiết bị kỹ thuật chống đóng cặn lượng siêu âm 47 2.3.1 Nguồn lượng điện tần số dao động siêu âm .47 2.3.2 Đầu phát truyền dao động siêu âm vào môi trường ứng dụng .47 2.3.3 So sánh, lựa chọn kiểu đầu phát dao động học tần số siêu âm cho cơng nghệ chống đóng cặn 50 2.4 Đầu phát siêu âm chống đóng cặn vị trí thiết bị nhiệt thực tế 51 2.4.1 Một số đầu phát có thị trường giới .51 2.4.2 Cách lắp đầu phát siêu âm thiết bị nhiệt 55 2.5 Kết luận chương 57 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ĐẦU PHÁT DAO ĐỘNG SIÊU ÂM CƠ KHÍ DÙNG CHO CHỐNG ĐĨNG CẶN 58 3.1 Các yêu cầu cho đầu phát siêu âm học 58 3.2 Vật liệu sử dụng chế tạo đầu phát dao động siêu âm .59 3.2.1 Vật liệu chế tạo phần chuyển đổi 60 3.2.2 Vật liệu chế tạo thân đầu phát 61 3.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn thơng số quan trọng đầu phát dao động siêu âm học .62 3.3.1 Cơ sở tính tốn thơng số phần hiệu ứng từ giảo (theo Volkov C.C.) .62 3.3.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế phần tích tụ, khuyếch đại truyền lượng siêu âm (thân đầu phát) 63 3.3.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn phần điện đầu phát dao động siêu âm học .70 3.3.4 Nguồn cho đầu phát siêu âm .72 3.4 Tính tốn thiết kế đầu phát siêu âm học dung cho chống đóng cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống .74 3.4.1 Tính tốn thiết kế phần tích tụ truyền lượng siêu âm (thân đầu phát) 74 3.4.2 Tính tốn thiết phần hiệu ứng từ giảo .77 3.4.3 Tính tốn bền đầu phát dao động siêu âm học .78 3.4.4 Các vẽ đầu phát UPA-1M (xem phụ lục - vẽ kèm theo) 79 3.4.5 Tính tốn lựa chọn đầu phát cho trao đổi nhiệt .79 3.5 Kết luận chương 79 CHƯƠNG KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM CHO CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT 81 4.1 Mục đích nghiên cứu khảo nghiệm 81 4.2 Đối tượng nghiên cứu 81 4.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt HE NaCl HEATER-502 đặc tính kỹ thuật bản: 81 4.2.2 Kết khảo sát trao đổi nhiệt HE-502 .82 4.3 Thiết bị công nghệ (thiết bị phát siêu âm) 82 4.3.1 Nguồn phát dao động điện tần số siêu âm 83 4.3.2 Đầu phát dao động siêu âm học .83 4.3.3 Cáp cao tần 83 4.3.4 Ổn áp 84 4.3.5 Các đặc tính kỹ thuật khác thiết bị công nghệ .84 4.4 Nội dung khảo nghiệm đánh giá hiệu lượng siêu âm chống đóng cặn 84 4.4.1 Xác định điểm lắp thiết bị siêu âm vào trao đổi nhiệt 84 4.4.2 Các yêu cầu lắp đầu phát siêu âm vào trao đổi nhiệt .87 4.4.3 Các kiểm tra sau lắp đầu phát siêu âm vào trao đổi nhiệt .87 4.4.4 Phương pháp thực nghiệm 88 4.4.5 Kết thu nhập từ nghiên cứu khảo nghiệm 89 4.5 Nhận xét đánh giá kết lượng siêu âm chống đóng cặn He-502 94 Kết luận chung đề tài Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo .98 Danh sách thành viên tham gia TT Họ tên Lê Trí Vĩnh Nguyễn Hải Hà Nguyễn Anh Dũng Thái Trung Hiếu Phạm Văn Kha Lê TrongKiên Ngô Duy Hưng Trần Ngọc Hải Võ Duy Phương Chức vụ TS Cơ khí KS Cơ khí KS Cơ khí KS Cơ khí KS Tự động hố KS Điện KS Cơ khí KS Cơ khí KS Cơ khí Đơn vị công tác Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Trung tâm TVTKCN Lời nói đầu Những người làm với thiết bị nhiệt hiểu hết cặn tác hại chúng thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống Sự hình thành cáu cặn muối cứng cacbonnat thiết bị trao đổi nhiệt nguyên nhân dẫn đến giảm hiệu làm việc chúng Do hệ số dẫn nhiệt kim loại chất cáu cặn có giá trị khác nhau, gia tăng bề dầy lớp cáu cặn làm giảm nhiệt độ nước cần gia nhiệt Để bảo tồn tính ổn định của nước cần gia nhiệt với giá trị yêu cầu, người ta cần phải tăng mức tiêu hao nhiên liệu thiết bị sinh nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt phải làm việc với nhiệt độ trung bình cao hơn, dẫn đến trình hình thành lên cáu cặn lại gia tăng nhanh Phụ thuộc vào độ cứng muối cacbonnat nước cần gia nhiệt (hay cần thu nhiệt) nhiệt độ đầu thiết bị trao đổi nhiệt, thời gian phát triển bề dày lớp cáu cặn thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống tới 1-1,5 mm thời gian từ vài tuần đến vài năm Cứ lớp cáu cặn hình thành trí 0.1mm dẫn đến giảm trình truyền nhiệt, gia tăng tiêu hao nhiên liệu cách đáng kể Nhiều nghiên cứu nhà khoa học rằng, cần 1mm lớp cáu cặn hình thành trao đổi nhiệt dẫn đến giảm tính hiệu làm việc thiết bị trao đổi nhiệt tới 30% Trong cáu cặn trao đổi nhiệt gây tổn thất kinh tế nặng lề cho dây chuyền sản xuất, cho vận chuyển trình sử dụng nhiệt Trong hệ thống thiết bị nhiệt xuất tổn thất khác - gia tăng lượng điện tiêu thụ bơm nước cần phải bơm lưu lượng lớn để bù đắp tổn hao nhiệt, gia tăng tổn hao thuỷ động nhiệt động, cần thiết phải thường xuyên tháo lắp tảy rửa cặn bề mặt gia nhiệt thiết bị nhiệt Tổn hao nhiệt trình vận chuyển nhiệt gia tăng cần có nhiệt bổ xung tổn hao từ nơi sinh nhiệt đến thiết bị sử dụng nhiệt Sự gia tăng lưu lượng nước cần gia nhiệt (hay thu nhiệt) thiết bị trao đổi nhiệt dẫn đến cần thiết phải vận chuyển lưu lượng lớn hơn, tổn hao bổ xung lượng điện v.v Các phương pháp thường sử dụng để đấu tranh chống lại hình thành cáu cặn với mục đích: giảm số lượng muối cacbonnat cứng có nước cách sử lý nước với hỗ trợ hoá chất (làm mềm nước) sử dụng chế độ nhiệt tối ưu hệ thống trao đổi nhiệt Việc sử dụng phương pháp sử lý làm mềm nước hoá chất cần đảm bảo suốt trình hoạt động trao đổi nhiệt Mặt khác, trình sử lý khó đảm bảo mức tối ưu dẫn đến trình hình thành cáu cặn gia tăng Trong thiết bị điện hố chống đóng cặn, trình hình thành cáu cặn xảy lọc chuyên dụng, hình thành cáu cặn xảy nhanh so với trao đổi nhiệt Chính việc tảy rửa cặn lọc phải thực thường xuyên so với trao đổi nhiệt Hiện có công nghệ sử lý nước mềm đại cách sử dụng sử dụng chất hoá học với gốc phosphonat polikarboksinat Để ứng dụng công nghệ cần phải sửa đổi lại kết cấu thiết bị trao đổi nhiệt, lắp đặt thêm thiết bị điện chi phí tiêu thụ hố chất hàng tháng Các phương pháp khác tương đối hiệu phương pháp sử lý làm mềm nước từ trường điện từ trường Mặt khác, việc sử dụng phương pháp làm mềm nước có độ cứng cao từ trường khơng có hiệu theo u cầu, ngồi giá thành sử lý nước điện từ trường tương đối cao Sự phát tượng tạo bong bong siêu nhỏ chất lỏng có tác dụng dao động sóng siêu âm, mà bong bong nổ sinh chất lỏng áp lực với nhiệt độ cực lớn giúp nhà khoa học tìm nhiều hướng Bằng hiệu ứng này, từ năm 60 kỷ trước, nhà khoa học Liên Xô áp dụng chúng cho nhiều mục đích khác cơng nghiệp, có chống đóng cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống Tuy nhiên, sụp đổ Liên Xô cũ, nhiều cơng trình nghiên cứu lĩnh vực bị dừng lại phải đến năm cuối kỷ 20 khởi động trở lại Việc áp dụng cơng nghệ siêu âm cho chống đóng cặn đánh giá ưu việt có nhiều tính vượt trội kinh tế, kỹ thuật, mơi trường v.v Công nghệ tiếp tục nghiên cứu hồn thiện Để hồn thiện cơng nghệ này, nghiên cứu cáu cặn, hình thành cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống, tác dụng lượng siêu âm vào trình hình thành nên cặn phá huỷ cặn tác động dao động siêu âm, tác dụng khác lượng siêu âm vô cần thiết CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TẢY RỬA VÀ CHỐNG ĐÓNG CẶN TRÊN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG, SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan cáu cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống 1.1.1 Khái niệm nước cứng độ cứng nước Độ cứng nước – tập hợp tính chất nước đặc trưng iơn canxi magnhê có chứa nước Nếu nồng độ iơn lớn, nước gọi nước cứng, nồng độ nhỏ nước gọi nước mềm Nếu nước cứng có thành phần iơn magnhê cao kiểm tra vị, vị đặc trưng chát Nước cứng phân loại làm hai loại : - Nước cứng cacbonnat nước cứng có chứa muối axít cacbonnát hồ tan muối hyđrơ cacbonnat canxi Ca(HCO3)2 hyđrơcacbonnat magnhê Mg(HCO3)2 - Nước cứng phicácbonnát nước cứng mà tạo cứng muối khơng phải muối cacbonnat canxi magnhê gây Khi bị đun nóng đến nhiệt độ sơi, liên kết hyđrơcacbonnat bị phá huỷ hình thành tinh thể muối cacbonnat hồ tan CaCO3 kết tủa xuống, độ cứng cacbonnat gọi độ cứng tạm thời Khi bị đun đến nhiệt độ sôi iôn Mg++ Ca++ kết tủa dạng cacbonnat Ví dụ như: Ca 2+ + 2HCO3 - = CaCO3 + H2O + CO2 (1.1) Độ cứng nước trì sau nước bị đun nóng đến nhiệt độ sơi gọi độ cứng ổn định độ cứng phicacbonnat Nó đặc trưng muối hồ tan canxi magnhê từ axít mạnh sulphát clorit 1.1.2 Quá trình hình thành cáu cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống Sau thời gian vận hành thiết bị trao đổi nhiệt, hệ thống đường ống thiết bị nhiệt công nghiệp dân dụng khác xảy tượng hình thành cáu cặn cacbonnat (cặn) chủ yếu phần tử muối cứng có nước (nước cứng) – phần tử muối cacbonnat canxi (Ca2+), magnhê (Mg2+) phần tử khống chất khác tạo thành Cặn hình thành bề mặt gia nhiệt thiết bị nhiệt q trình nước đun nóng Q trình hình thành cáu cặn xảy số nguyên nhân sau: phân rã muối axít cacbonnat chủ yếu nguyên tố canxi magnhê, muối chuyển thành muối cacbonnat với độ không tan cao bám vào bề mặt gia nhiệt thành ống hình thành nên cáu cặn (xem phương trình phản ứng 1.1) Ngồi muối cacbonnat canxi magnhê, cịn có muối khác canxi magnhê sulphat clorit tạo cặn thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống đường ống Tuy nhiên nồng độ muối nước không nhiều muối cacbonnat nên người ta tập trung sử lý muối cacbonnat Q trình hính thành cáu cặn q trình kết tinh thể hố tương đối phức tạp mô tả ba giai đoạn phát triển sau: Đạt trạng thái bão hồ Hình thành tâm (mầm) kết tinh tinh thể Đạt kích thước đủ lớn kết tủa thành cáu cặn Như biết, nước sử dụng cho thiết bị nhiệt sử lý trước đưa vào sử dụng chứa số lượng đáng kể muối hồ tan, chủ yếu có ion canxi magnhê kation sulphát, silicát, cacbonnat kation khác Trong trình đun nóng sau thời gian, bị bay kation ion tăng dần kích thước đến kích thước bão hồ Sự tăng dần kích thước ion thành mầm tinh thể dẫn đến tách chúng khỏi dung dịch mầm nguyên nhân hình thành cáu cặn thiết bị nhiệt Sự hình thành mầm tinh thể thường xảy với tốc độ nhanh lớp gần thành thiết bị có tập trung nhiều các muối nước khu vực bị bay nhiều Tiếp theo trình kết tinh thể kết hợp với gia tăng kích thước tinh thể theo hai hướng khác nhau: - Sự tách pha cứng trực tiếp bề mặt gia nhiệt với hình thành lớp cáu cặn bề mặt gia nhiệt (lớp cặn sơ cấp) - Sự tách pha nước dạng tinh thể cực bé sau lớn dần hình thành nên cặn nước Cặn dính bám vào bề mặt gia nhiệt thiết bị nhiệt tạo nên lớp cặn gọi lớp cặn thứ cấp Q trình hố hình thành cáu cặn nước Quá trình hình thành cáu cặn liên quan đến tách hyđrô bon nát bị tác dụng nhiệt, thuỷ phân cácbonnát, giảm tính hồ tan nước nóng sulphua canxi, hyđrơxít magnhê, silicát canxi magnhê Q trình hố tính hình thành cáu cặn muối canxi mơ tả phương trình phản ứng hoá học sau: (1.2) Са (НСО3)2 + Са (ОН)2=2СаСО3| + 2Н2О Ví dụ, trao đổi nhiệt hệ thống nồi v.v nước sử dụng nước sinh hoạt có chứa nhiều muối cacbonnat canxi (khơng qúa 300 mg/lít theo tiêu chuẩn nước uống TCVN1329/2002/BYT/QĐ), mà cáu cặn hình thành nhanh chủ yếu từ muối Đối với magnhê lượng nhỏ muối cacbonnat magnhê gây cặn cịn có hyđroxit magnhê bị đun nóng Hyđrơcacbonnat magnhê có nước phản ứng với vơi, kết tủa dạng hyđrơxit magnhê Mg(OH)2 Độ hồ tan МgСОз cao, sơi lâu phần lớn muối thuỷ phân tạo hyđrơxít magnhê có độ hồ tan thấp (8 mg/l) Vì hồ tan thấp nên phần tử cấu kết lẫn hình thành nên phần tử có khối lượng lớn kết tủa bám vào bề mặt trao đổi nhiệt hình thành nên cáu cặn magnhê Ngồi ra, nước cịn có thành phần kim loại khác sắt Chính phương pháp tách sắt khỏi nước trình sử lý nước dẫn đến xy hố sắt hố trị Fe2+ thành sắt hoá trị Fe+3 kết tủa dạng hyđrơxít sắt Fe(OH)3 Sự có mặt chất nước cản trở qúa trình kết tủa sắt, chúng lớp keo bảo vệ hyđrôxits sắt 10 Hình 4.1 Sơ đồ lắp đầu phát siêu âm cho khảo nghiệm Trong đó: 1- đường ống muối lạnh vào trao đổi nhiệt HE-502, 2- vỏ đầu trao đổi nhiệt, 3-đai ốc M20x1.5, 4- đầu phát siêu âm, 5- Cáp cao tần, - nguồn điện đầu phát siêu âm ổn áp tự động Hình 4.2 Vị trí lắp đầu phát siêu âm trao đổi nhiệt HE-502 85 Hình 4.3 Vị trí lắp nguồn đầu phát siêu âm Hình 4.4 Hình ảnh chung sau lắp đầu phát siêu âm 86 4.4.2 Các yêu cầu lắp đầu phát siêu âm vào trao đổi nhiệt Đầu phát siêu âm lắp với bích ngang trao đổi nhiệt HE-502 qua đai ốc M20x1.5, đai ốc hàn với đỉnh đầu muối vào vị trí khoang (xem hình 4.1), cho đường tâm đai ốc M20x1.5 vng góc với bề mặt vỏ trao đổi nhiệt Để lượng sóng siêu âm truyền vào trao đổi nhiệt tốt mối hàn đai ốc với vỏ trao đổi nhiệt phải thoả mãn điều kiện sau: • Để đảm bảo chắn cho mối hàn đai ốc M20x1.5 vỏ trao đổi nhiệt tốt, vỏ trao đổi nhiệt HE-502 Titan nên đai ốc M20x1.5 phải chế tạo vật liệu Titan que hàn dung hàn đai ốc vào trao đổi nhiệt phải que hàn Titan • Mối hàn phải khép kín theo chu vi tiếp xúc đai ốc bề mặt đầu trao đổi nhiệt Nếu không lượng siêu âm truyền vào trao đổi nhiệt không đạt hiệu suất cao qua khe hở đai ốc vỏ trao đổi nhiệt lượng siêu âm bị tổn hao lớn • Mối hàn khơng rỗ, rỗ gây tổn hao cho lượng sóng siêu âm truyền từ đầu phát vào trao đổi nhiệt • Vì thành vỏ trao đổi nhiệt mỏng (5mm), để an toàn cho thiết bị đảm bảo chất lượng mối hàn, thợ hàn phải người có kinh nghiệm hàn có chứng thợ hàn thiết bị áp lực thấp bậc 5/7 Quá trình hàn thực dừng máy • Vì nguồn điện phục vụ cho thiết bị phát siêu âm lấy phân xưởng sản xuất nên điện áp ổn định theo yêu cầu an toàn cho thiết bị phát siêu âm ổn áp tự động nguồn điện dùng Chỉ cho đầu phát vận hành điện áp từ ổn áp 220V Khi lắp đầu phát vào đai ốc có khe hở ren đai ốc đầu phát, để loại trừ khe hở dùng mỡ bơi trơn bơi kín ren đai ốc trước lắp đầu phát vào đai ốc 4.4.3 Các kiểm tra sau lắp đầu phát siêu âm vào trao đổi nhiệt • Kiểm tra mức độ ngấu lấp kín mối hàn đai ốc vỏ trao đổi nhiệt • Kiểm tra khe hở mối lắp ren đầu phát đai ốc M20x1.5 • Kiểm tra kết nối dây tiếp đất cho nguồn phát dao động điện tần số siêu âm ổn áp • Kiểm tra kết nối đầu cáp cao tần máy phát dao động điện tần số siêu âm • Kiểm tra điện áp từ ổn áp trước lắp điện cho nguồn đầu phát siêu âm Kim điện ổn áp phải dải 220 V • Thiết bị УПА-1М khởi động chạy tất yêu cầu thoả mãn 87 4.4.4 Phương pháp thực nghiệm Sự có mặt cặn bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hiệu làm việc trao đổi nhiệt Hệ số dẫn nhiệt qua bề mặt trao đổi nhiệt có lớp cặn bao phủ xác định theo công thức: k = / (1/αc + 1/αв + δcт /λcт + δн /λн) (4.1) Trong đó: αc, αв – hệ số truyền nhiệt chất lỏng ống dẫn chất lỏng; λcт, λн – hệ số dẫn nhiệt vật liệu ống dẫn chất lỏng cặn; δcт, δн – chiều dày ống dẫn chất lỏng lớp cặn Khi độ dày lớp cặn tăng dẫn đến hệ số truyền nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt giảm dẫn đến mức độ chênh lệch chất lỏng vào khỏi trao đổi nhiệt giảm Trên sở này, trường hợp nghiên cứu khảo nghiệm, việc đánh giá hiệu lượng siêu âm chống đóng cặn thực qua thay đổi thông số nhiệt độ muối từ trao đổi nhiệt có tính đến ảnh hưởng thơng số cơng nghệ môi trường Trong nghiên cứu khảo nghiệm thực hiện: • Đo nhiệt độ đầu nước muối vào muối theo khoảng cách thời gian 24 tiếng (tương đương ngày đêm làm việc) lần đo, thiết bị đo Nhiệt kế trao đổi nhiệt • Thu nhập thông số công nghệ khác nhiệt độ môi trường, lưu lượng nồng độ muối qua, nhiệt độ áp suất đầu vào thời điểm đo nhiệt độ • Lấy giá trị trung bình thơng số đo sau ngày đo (01 tuần làm việc) ghi vào bảng phiếu kết nghiên cứu • Để đánh giá tốc độ đóng cặn thực tiễn trao đổi nhiệt, sau 02 tháng khảo nghiệm, thiết bị phát siêu âm dừng 01 tuần sau, giá trị thông số cần ghi lại trước thiết bị siêu âm cho vận hành trở lại • Đánh giá thay đổi nhiệt độ áp suất muối tác dụng sóng siêu âm thời gian 02 tháng thử nghiệm có tính đến ảnh hưởng thông số công nghệ nêu Các giá trị đo dụng cụ thực phép đo: - Nhiệt độ muối ra: nhiệt kế TI-150 kèm trao đổi nhiệt, sai số không lớn 0.1% - Nhiệt độ muối vào: Thiết bị đo nhiệt độ từ xa SF-570 - Áp lực muối vào: áp kế PI-5 lắp đường ống bơm muối, sai số không lớn 0.1% - Nồng độ muối vào: tổ vận hành cung cấp qua kết lấy mẫu ngày - Lưu lượng muối vào: tính tốn sở áp lực muối vào tốc độ bơm bơm muối vào trao đổi nhiệt - Áp lực hơi: áp kế lắp với van đầu vào phân xưởng xút tổ vận hành cung cấp 88 - Nhiệt độ hơi: tính sở áp suất bão hoà tổ vận hành cung cấp 4.4.5 Kết thu nhập từ nghiên cứu khảo nghiệm Trong tất thời gian thực thử nghiệm thiết bị siêu âm hoạt động với chế độ sau: - Thời gian hoạt động: liên tục 24/24 h - Tần số dao động sóng siêu âm: 22 KHz - Tần số xung: 12 Hz Bộ trao đổi nhiệt He-502 hoạt động chế độ vận hành bình thường, thông số vận hành thể bảng 4.1 Các giá trị thông số ghi lại ngày, sau tuần giá trị trung bình tính ghi vào phiếu kết thực nghiệm (bảng 4.1) 89 Bảng 4.1 № T T № T T Dữ liệu HE-502 theo thời điểm 7/1 14/1 21/1 28/1/ 4/2/ 11 Các thông số cần thu nhập /200 /2008 /200 2008 2008 /2/ 8 2008 Nhiệt độ muối vào, T0M (0C) 25 20 17 15 13 12 Nhiệt độ muối, T1M( C) 75 75 75 76 76 76 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 Hơi vào: Áp suất POH,(Mpa) 140 140 140 140 140 140 Nhiệt độ T0H ( C) Nhiệt độ môi trường, TM ( C) 25 20 17 15 13 12 Áp suất muối vào, P0M(kg/cm ) 2.50 2.00 2.50 2.20 2.40 2.30 Lưu lượng muối, Q (l/s) 2.5 2.7 2.0 2.3 2.5 2.2 307 312 309 310 308 310 Nồng độ muối, ρ (g/l) Tình trạng hoạt động Bình Bình Bình Bình Bình Bình thường thường thường thường thường thường thiết bị Các thông số cần thu nhập Nhiệt độ muối vào, T0M (0C) Nhiệt độ muối, T1M(0C) Hơi vào: Áp suất POH,(Mpa) Nhiệt độ T0H (0C) Nhiệt độ môi trường, TM (0C) Áp suất muối vào, P0M(kg/cm2) Lưu lượng muối, Q (l/s) Nồng độ muối, ρ (g/l) Tình trạng hoạt động thiết bị Dữ liệu thu nhập HE-502 theo thời điểm 18/2 25/2 3/3 /2008 /2008 /2008 15 20 20 77 77 77 0.8 0.8 0.8 140 140 140 15 19 20 2.5 2.30 2.4 2.3 2.4 2.5 309 307 310 Bình Bình Bình thường thường thường Trên sở liệu bảng 4.1 thu nhập từ He-502, xây dựng đồ thị thay thông số theo theo thời gian 90 25 20 15 10 3/3/2008 2/25/2008 2/18/2008 2/11/2008 2/4/2008 1/28/2008 1/21/2008 1/14/2008 1/7/2008 Nhiệt độ muối vào, oC 30 Ngày nhập liệu Hình 4.5 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình tuần muối vào trao đổi nhiệt theo thời gian 160 140 120 100 80 60 40 20 th án g 14 th án g 21 th án g 28 th án g th án g 11 th án g 18 th án g 25 th án g th án g Nhiệt độ vào, oC Trên hình 4.5 nhận thấy nhiệt độ muối vào thay đổi theo thời gian, nhiệt độ muối vào nhiệt độ mơi trường muối hồ tan bể sau bơm vào trao đôi nhiệt để gia nhiệt Ngày tổng hợp liệu Hình 4.6 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình tuần vào trao đổi nhiệt theo thời gian Nhiệt độ áp suất (hình 4.6) qua hệ thống phân phối có điều khiển tự động nên suốt thời gian khảo nghiệm ổn định Sự ổn định 91 2.5 1.5 0.5 3/3/2008 2/25/2008 2/18/2008 2/11/2008 2/4/2008 1/28/2008 1/21/2008 1/14/2008 1/7/2008 Áp suất muối vào, kg/cm2 thông số có lợi cho khảo nghiệm loại bỏ ảnh hưởng với nhiệt độ muối từ trao đổi nhiệt Ngày nhập liệu Hình 4.7 Sự thay đổi áp suất trung bình tuần muối vào trao đổi nhiệt theo thời gian 2.5 1.5 0.5 3/3/2008 2/25/2008 2/18/2008 2/11/2008 2/4/2008 1/28/2008 1/21/2008 1/14/2008 1/7/2008 Lưu lượng muối vào, l/s Áp suất trung bình tuần muối vào (hình 4.7) thay đổi theo thời điểm tổng hợp liệu nhiên có đặc tính thay đổi ngẫu khơng có quy luật cụ thể Tuy nhiên giá trị áp suất muối dao động dải từ đến 2,5 kg/cm2 toàn thời gian khảo nghiệm Ngày nhập liệu Hình 4.8 Sự thay đổi lưu lượng trung bình tuần muối vào trao đổi nhiệt theo thời gian Sự thay đổi lưu lượng muối (hình 4.8) nguyên tắc phải thay đổi theo áp suất muối nồng độ muối ổn định, nhiên nồng độ muối thay đổi nên thay đổi lưu lượng muối phụ thuộc vào nồng độ muối 92 3/3/2008 2/25/2008 2/18/2008 2/11/2008 2/4/2008 1/28/2008 1/21/2008 1/14/2008 1/7/2008 Nồng độ muối, g/l 313 312 311 310 309 308 307 306 305 304 Ngày nhập liệu Hình 4.9 Sự thay đổi nồng độ trung bình tuần muối vào trao đổi nhiệt theo thời gian Nhiệt độ muối trung bình tuần vào trao đổi nhiệt (hình 4.9) thay đổi theo thời điểm tổng hợp liệu nhiệt độ môi trường thời điểm đo, nguyên nhân muối trước vào trao đổi nhiệt hoà tan bể thời gian lằm bể chứa lâu nên bơm vào trao đổi nhiệt hấp thụ nhiệt độ môi trường 77.5 Nhiet đo muoi ra, oC 77 76.5 76 75.5 75 74.5 1/ 7/ 20 08 1/ 14 /2 00 1/ 21 /2 00 1/ 28 /2 00 2/ 4/ 20 08 2/ 11 /2 00 2/ 18 /2 00 2/ 25 /2 00 3/ 3/ 20 08 74 Thoi điem tong hop du lieu Hình 4.10 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình tuần muối từ trao đổi nhiệt He-502 theo thời gian Nhiệt độ muối (hình 4.10) thay đổi theo thời điểm tổng hợp liệu có khuynh hướng tăng dần theo thời gian Kể từ thời điểm bắt đầu thực 93 khảo nghiệm đến ngày cuối nhiệt độ muối tăng 20C.Qua thông tin mà nhà máy Hoá chất cung cấp, nhiệt độ muối có trao đổi nhiệt đưa vào vận hành trước thời điểm lắp đầu phát siêu âm nhiệt độ thường xuyên mức 75oC Nhận xét đánh giá kết lượng siêu âm chống đóng cặn He-502 Trên sở kết nghiên cứu khảo nghiệm hiệu chống đóng cặn lượng siêu âm trao đổi nhiệt He-502 đưa nhận xét sau: - Kể từ thời điểm bắt đầu thực nghiệm ngày 4/1/2008 thiết bị siêu âm УПА-1М trao đổi nhiệt He-502 làm việc bình thường Khơng thấy dấu hiệu có ảnh hưởng xấu đến trao đổi nhiệt thiết bị xung quanh - Trong thời gian thử nghiệm nhiệt độ áp suất vào hoàn toàn ổn định - Lưu lượng nồng độ muối vào có khác thời điểm đo, thông số lúc đầu có ảnh hưởng đến nhiệt độ muối ra, nhiên sau thời gian thử nghiệm dài kết luận ảnh hưởng chúng khơng đáng kể khơng có quy luật cụ thể - Mặc dù nhiệt độ muối vào thay đổi theo nhiệt độ môi trường chênh lệch giá trị theo thời điểm đáng kể, nhiên nhiệt độ muối dấu hiệu thay đổi theo nhiệt độ muối vào - Mặc dù thông số công nghệ khác thay đổi ngẫu, kể từ ngày 4/1/2008 đến 3/3/2008 nhiệt độ muối từ trao đổi nhiệt tăng nên 2OC từ 75oC đến 77oC - Theo kết nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kết nghiên cứu thực nghiệm, gia tăng nhiệt độ muối từ trao đổi nhiệt tác dụng lượng sóng siêu việc phá cặn cũ có ống trao đổi nhiệt làm cho bề mặt ống trao đổi nhiệt dẫn đến trình trao đổi nhiệt dễ - Từ ngày 3/3 đến 10/3 đầu phát siêu âm dừng làm việc Kết cho thấy sau tuần khơng có tác động lượng siêu âm nhiệt độ muối He-502 lại trở lại 750C, điều khơng chứng minh cho tác động lượng siêu âm việc chống đóng cặn mà cịn khẳng định tốc độ đóng cặn trao đổi nhiệt lớn - Kết khảo nghiệm tiếp tục ghi lại, đến nhiệt độ muối không tăng mà ổn định nhiệt độ nhiệt độ thiết kế (800C) có nghĩa cặn cũ hết cặn không hình thành trở lại Tuy nhiên trao đổi nhiệt gia nhiệt cho muối thành phần cặn tốc độ đóng cặn nhanh nên gia tăng nhiệt độ theo kết khảo nghiệm dùng để đánh giá hiệu lượng siêu âm cho chống đóng cặn - Kết nghiên cứu cho thấy hiệu lượng siêu âm cho việc chống đóng cặn khơng cặn từ nước cứng mà cịn cặn từ hố 4.5 94 chất Hiệu chống đóng cặn từ hố chất lượng siêu âm kết nghiên cứu lần thực hiện, mở thêm môi trường ứng dụng lượng siêu âm cần nghiên cứu phát triển - Với hiệu lượng siêu âm việc chống đóng cặn trao đổi nhiệt bước đầu xác định việc chọn công suất số luợng đầu phát theo diện tích trao đổi nhiệt hợp lý nên việc hồn thiện thiết kế khơng cần thiết phải thực 95 KẾT LUẬN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI Hồn thành việc phân tích xác định chất nguyên nhân hình thành nên cáu cặn thiết bị nhiệt hệ thống đường ống Hồn thành việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng cáu cặn đến thiết bị nhiệt hệ thống đường ống, xác định cần thiết việc chống đóng cặn cho thiết bị Hoàn thành việc phân tích, đánh giá so sánh phương pháp tảy rửa chống đóng cặn cho thiết nhiệt hệ thống đường ống có Từ đó, xác định lợi công nghệ dùng lượng siêu âm hiệu cao tảy rửa chống đóng cặn cho thiết bị nhiệt hệ thống đường ống Thực nghiên cứu chất tác động sóng siêu âm đến việc chống đóng cặn môi trường làm việc thiết bị trao đổi nhiệt Thực việc phân tích, đánh giá so sánh thiết bị dùng lượng siêu âm cho chống đóng cặn có thị trường Thực phân tích, đánh giá xác định vị trí cần lắp đầu phát siêu âm cho chống đóng cặn thiết bị trao đổi nhiệt khác Dựa nghiên cứu nhà khoa học Quốc tế, tổng hợp hệ thống hoá sở lý thuyết để tính tốn thiết kế đầu phát dao động siêu âm học sử dụng chống đóng cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt Tính toán thiết kế đầu phát dao động siêu âm học, so sánh kết tính tốn thiết kế đầu phát với đầu phát siêu âm dùng cho chống đóng cặn sản xuất Liên bang Nga Thực khảo sát để xác định thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp phục vụ cho khảo nghiệm hiệu cơng nghệ dùng lượng siêu âm cho chống đóng cặn 10 Lập kế hoạch, phương pháp thực khảo nghiệm hiệu công nghệ sử dụng lượng chống đóng cặn trao đổi nhiệt He502 Nhà máy Hố chất Tổng Cơng ty Giấy Việt Nam 11 Hoàn thành khảo nghiệm hiệu tác động lượng siêu âm chống đóng cặn trao đổi nhiệt Trên sở kết nghiên cứu ứng dụng, bước đầu đánh giá hiệu tác dụng lượng siêu âm cho chống đóng cặn thiết bị trao đổi nhiệt 12 Kết nghiên cứu đề tài chứng minh hiệu ứng dụng luợng siêu âm cho chống đóng cặn thiết bị trao đổi nhiệt tất nơi mà môi chất trao đổi nhiệt nước cứng hoá chất muối lỏng 13 Trong trao đổi nhiệt phục vụ nghiên cứu khảo nghiệm loại trao đổi nhiệt kiểu ống chùm nên việc nghiên cứu hiệu lượng siêu âm hệ thống đường ống không cần thiết phải thực riêng 14 Hiệu tác động lượng siêu âm phần nghiên cứu khảo nghiệm chứng tỏ thông số lựa chọn đầu phát theo trao đổi nhiệt, phương pháp lựa chọn điểm lắp quy trình lắp đặt thiết bị siêu âm chế độ vận hành phù hợp Vì để ứng dụng thực tế cho 96 trao đổi nhiệt khác tất phương pháp quy trình áp dụng tương tự 15 Với kết nghiên cứu đề tài, đề nghị nhà sản xuất nên áp dụng rộng rãi công nghệ siêu âm cho chống đóng cặn thiết bị trao đổi nhiệt mà mơi chất nước cứng hố chất Mọi chi tiết công nghệ phương pháp lựa chọn thiết bị siêu âm, quy trình lắp đặt vận hành thiết bị tìm thấy tài liệu 97 Tài liệu tham khảo Теумин И.Н Ультразвуковые колебательные системы - М Машгиз, 1959 г Развитие теории и практики ультразвуковой технологии в машиностроении Сборник докладов М., 1965 г Донской А.В., Келлер О.К., Кратыш Г.С Ультразвуковые электротехнические установки -М.: Энергия, 1976 г Холопов Ю.В Зинченко А.Г Савиных А.А Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов Ленинград, ЛДНТП, 1988 г Новые разработки в области ультразвуковой техники и технологии в машиностроении Тезисы докладов НТ Конференция, Москва, 1989 г Новое ультразвуковое технологическое оборудование и аппаратура, опыт их применения в промышленности Тезисы докладов М., 1991 г Волков С.С Сварка пластмасс ультразвуком -М., Химия, 1992 г.-264 с Ультразвуковая техника и технология Тезисы докладов Международной научно-технической конференции Минск, 1995 г Волков С.С Сварка и склеивание полимерных материалов М., "Химия", 2001 г., 374 с 10 Холопов Ю.В "Ультразвук в технологию машиностроения!", г СПетербург, каталог "Техноресурсы Мира", 2003 г 11 Хмелев В.Н., Попова О.В "Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве" Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 1997 12 Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н "Размерная обработка хрупких и твердых материалов" Барнаул: АлтГТУ, 1999 В.Н "Применение ультразвука в химической 13 Хмелев промышленности" курс лекций из шести частей.(Часть 1, часть 2, часть 3, часть 4, часть 5, часть 6.) 14 Huỳnh Thu “Giáo trình kỹ thuật siêu âm” Xuất năm 2000 15 Nguyễn Đăng Tạc “Siêu âm ứng dụng” Xuất năm 2001 16 Hồng Quang Vinh “Máy dị khuyết tật vạn năng” 17 Nguyễn Nghi “Máy dò cá” 18 Robert S Carrow “ Fundamentals and applications of ultrasound”, McGraw Hill, USA Xuất năm 2003 19 Thiết bị xử lý nước cứng Tạp chí “Mơi trường phát triển bền vững” sơ 14/2006/Công nghệ môi trường 20 Công nghệ làm mềm nước cứng, tạo nước cho vùng nhiễm đá vôi Tạp chí “Mơi trường phát triển bền vững” sơ 19/2007/Công nghệ môi trường 98 21 Nghiên cứu công nghệ xử lý nước sinh hoạt có độ cứng cao Cơng ty than Núi Hồng Tạp chí “Thơng tin cơng nghệ mỏ” số 9/2004, tác giả Bùi Thanh Hoàng 22 Các công nghệ tiên tiến xử lý nước cứng http//www.xulynuoc.net 99