RU2049302C1

RU2049302C1 - Method of and device for removing scale from heat exchanger tubes

Info

Publication number: RU2049302C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Курец; Э.Н. Таракановский; Г.П. Филатов; В.Г. Пятничук
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: cleaning of heat exchangers. SUBSTANCE: method proposed single pulse power density variation range in working interval within which power intensity is minimal. Method is implemented in device that has insulator 1, current lead 2, high-voltage electrode 3 with lug 4, both provided with axial hole 5 and cleansing ducts 6. Scale 13 is removed from tubes of heat exchangers 12 between lug 4 of high-voltage electrode 3 and steel tube of heat exchanger. In addition, device has flexible current lead 8 fitted in flexible insulating sleeve 7. EFFECT: improved cleaning efficiency, reduced power intensity of process. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к очистке теплообменных аппаратов, в том числе бойлеров, нагревательных камер опреснителей, трубопроводов и т.п. электрическими импульсными разрядами. The invention relates to the cleaning of heat exchangers, including boilers, desalination heating chambers, pipelines, etc. electrical impulse discharges.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемым способу и устройству является способ и устройство очистки фильтрующих трубок от загрязнений [1] Разрушение загрязнений осуществляется электрическими разрядами. Причем электрод выполняется в виде наконечника с промывочными окнами. Однако известное техническое решение не позволяет достичь высоких результатов в разрушении загрязнений типа накипи в теплообменном оборудовании, т. к. эффективность определяется энергией импульса и слабо зависит от соотношения электрической прочности воды и кальциевых отложений, поскольку их электрические прочности при длинах фронта высоковольтного импульса τ 0,1 ˙10^-6 с очень близки.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method and device is a method and device for cleaning filter tubes from pollution [1] The destruction of pollution is carried out by electric discharges. Moreover, the electrode is made in the form of a tip with washing windows. However, the known technical solution does not allow to achieve high results in the destruction of scale type contaminants in heat exchange equipment, because the efficiency is determined by the pulse energy and weakly depends on the ratio of the electric strength of water and calcium deposits, since their electric strengths at the length of the front of the high voltage pulse τ 0, 1 ˙ 10 ^-6 s are very close.

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть реализовано только в трубках сравнительно большого диаметра при минимальной толщине отложений, соизмеримой с длиной рабочего промежутка. Поскольку отложения в трубках теплообменников могут изменяться в широких пределах вплоть до полного перекрытия отверстия, то известное устройство часто не эффективно, а в ряде случаев вообще неприменимо, особенно для типовых трубных пучков бойлеров, имеющих внутренний диаметр менее 20 мм, где реализация каналов в изоляции и отверстий в высоковольтном электроде проблематична. A disadvantage of the known device is that it can be implemented only in tubes of a relatively large diameter with a minimum thickness of deposits, comparable with the length of the working gap. Since deposits in the tubes of heat exchangers can vary over a wide range until the hole is completely blocked, the known device is often not effective, and in some cases not applicable at all, especially for typical tube bundles of boilers having an inner diameter of less than 20 mm, where the channels are insulated and holes in the high voltage electrode is problematic.

Основной технической задачей предложенных способа и устройства является повышение эффективности очистки теплообменных аппаратов электрическими импульсными разрядами. The main technical task of the proposed method and device is to increase the efficiency of cleaning heat exchangers with electric pulse discharges.

Как показали результаты экспериментальных исследований, при использовании предлагаемых способа и реализующего его устройства скорость очистки труб теплообменников внутренним диаметром ≈16 мм составила ≈60 м/ч, что в 1,5-2 раза выше, чем при использовании прототипа. Это подтверждает большую эффективность наших предложений. As shown by the results of experimental studies, when using the proposed method and the device that implements it, the cleaning rate of heat exchanger pipes with an inner diameter of ≈16 mm was ≈60 m / h, which is 1.5-2 times higher than when using the prototype. This confirms the great effectiveness of our proposals.

Поставленная задача решается тем, что очистка теплообменников от накипи осуществляется электрическими импульсными разрядами в жидкости, причем согласно заявляемому способу отношение энергии единичного импульса в длине разрядного промежутка выбираются из соотношения:
6≥

≥ 4

где ω_o энергия единичного импульса, Дж;
η разрядный промежуток, мм.The problem is solved in that the heat exchangers are cleaned of scale by electric pulse discharges in a liquid, and according to the claimed method, the ratio of the energy of a single pulse in the length of the discharge gap is selected from the ratio:
6≥

≥ 4

where ω _{o the} energy of a single pulse, J;
η discharge gap, mm.

Технической задачей предлагаемого устройства является также повышение эффективности очистки труб от накипи за счет уменьшения потерь энергии в предпробивной стадии развития и увеличения надежности изоляции. The technical task of the proposed device is also to increase the efficiency of pipe cleaning from scale by reducing energy losses in the pre-breakdown stage of development and increasing the reliability of insulation.

Для решения поставленной задачи устройство для очистки трубок теплообменников от накипи, содержащее помещенный в изолятор токопровод, который соединен с высоковольтным электродом, снабженным наконечником, выполненным с отверстием, согласно предложенному решению высоковольтный электрод и наконечник выполнены с осевыми отверстиями, а под изолятором в боковой поверхности наконечника высоковольтного электрода сделаны промывочные каналы, соединенные с осевым отверстием электрода. To solve this problem, a device for cleaning the tubes of heat exchangers from scale, containing a conductor placed in the insulator, which is connected to a high-voltage electrode equipped with a tip made with a hole, according to the proposed solution, the high-voltage electrode and the tip are made with axial holes, and under the insulator in the side surface of the tip high-voltage electrode made flushing channels connected to the axial hole of the electrode.

Целесообразно также, чтобы к верхней части изолятора прикреплялась гибкая изоляционная заполненная промывочной жидкостью трубка, через которую пропущен гибкий токопровод. It is also advisable that a flexible insulating tube filled with washing liquid is attached to the upper part of the insulator, through which a flexible conductor is passed.

При реализации предложенный способа и устройства в разрядном промежутке при подаче на него импульса высокого напряжения формируется электрическая искра, траектория которой проходит как в промывочной жидкости, так и в толще накипи, создаются ударные волны, разрушающие накипь, отделяя ее от стенок. Величина энергии импульса определяет величину откола, размер которого не должен превышать возможность его выноса из рабочей зоны. When implementing the proposed method and device in the discharge gap when a high voltage pulse is applied to it, an electric spark is formed, the trajectory of which passes both in the washing liquid and in the bulk of the scale, shock waves are created that destroy the scale, separating it from the walls. The magnitude of the pulse energy determines the magnitude of the spall, the size of which should not exceed the possibility of its removal from the working area.

Использование электрода и наконечника с осевым отверстием, которое соединено под изолятором с боковыми отверстиями в наконечнике позволяет омывать рабочую поверхность инструмента промывочной жидкостью, имеющую большее электрическое сопротивление, чем смесь со шлаком от накипи, что на ≈30% уменьшает потери энергии в предпробивной стадии развития электрического разряда, а это повышает эффективность очистки труб теплообменников. The use of an electrode and a tip with an axial hole, which is connected under the insulator to the side holes in the tip, allows washing the working surface of the tool with washing liquid, which has a greater electrical resistance than the mixture with scale slag, which reduces energy losses by approximately 30% in the pre-breakdown stage of the development of the electric discharge, and this increases the efficiency of cleaning the pipes of the heat exchangers.

Использование гибкой изоляционной заполненной промывочной жидкостью трубки, через которую пропущен гибкий токопровод, позволяет очищать трубы теплообменников, которые за счет температурных перепадов изменяют свою геометрию от прямолинейной. The use of a flexible insulating tube filled with flushing fluid through which a flexible conductor is passed allows cleaning heat exchanger tubes, which, due to temperature changes, change their geometry from straightforward.

На фиг. 1 представлена конструкция предложенного устройства для очистки труб теплообменников; на фиг.2 внешний вид всей установки; на фиг.3 зависимости производительности и энергоемкости процесса очистки труб теплообменников от градиента энергии в единичном импульсе. In FIG. 1 shows the design of the proposed device for cleaning pipes of heat exchangers; figure 2 the appearance of the entire installation; figure 3, the dependence of productivity and energy intensity of the cleaning process of the pipes of the heat exchangers from the energy gradient in a single pulse.

Устройство, выполненное по п. 2 формулы изобретения (фиг.1), содержит изолятор 1, через который пропущены токоподвод 2 и подсоединенный к нему высоковольтный электрод 3, который снабжен наконечником 4. Высоковольтный электрод 3 и наконечник 4 выполнены с осевыми отверстиями 5, а наконечник 4 с промывочными каналами 6, соединенными с его осевым отверстием 5. The device made according to claim 2 of the claims (FIG. 1) comprises an insulator 1 through which a current lead 2 and a high voltage electrode 3 connected to it are provided, which is equipped with a tip 4. The high voltage electrode 3 and the tip 4 are made with axial holes 5, and tip 4 with flushing channels 6 connected to its axial hole 5.

Устройство, выполненное по п.3, дополнительно содержит гибкую изоляционную трубку 7, заполненную промывочной жидкостью, и пропущенный через эту трубку гибкий токопровод 8, к которому через муфту 9 присоединен источник импульсов высокого напряжения 10, шланг 11 для подачи в устройство промывочной жидкости. The device according to claim 3 further comprises a flexible insulating tube 7 filled with flushing fluid and a flexible conductor 8 passed through this tube, to which a high voltage pulse source 10, a hose 11 for supplying flushing fluid to the device, are connected through a sleeve 9.

Способ очистки трубок теплообменников и работа устройства осуществляется следующим образом. The method of cleaning the tubes of heat exchangers and the operation of the device is as follows.

В трубку теплообменника 12 вводится разрушающий накипь 13 конец устройства и устанавливается на поверхности этой накипи. В гибкую изоляционную трубку 7 подается вода, которая через осевое отверстие 6 высоковольтного электрода 3 и осевое отверстие 5 наконечника 4, а также через боковые промывочные каналы 6 заполняет рабочую зону. Включается источник импульсов 10, и высоковольтные импульсы (их параметры см. на графике и ниже) подаются через гибкий токопровод 8, высоковольтный электрод 2 на наконечник 4. Происходит электрический импульсный пробой рабочего промежутка r (фиг.1) между наконечником 4 и стенкой трубки теплообменника 12, причем канал разряда может формироваться как в накипи 13, так и на ее поверхности, осуществляя разрушение последней. Образовавшийся шлам удаляется в пространство между изолятором 1 и стенкой трубки 12 или в свободное от накипи сечение этой трубки. Непрерывная подача воды, которая омывает поверхность наконечника 4, обеспечивает минимальные потери с предпробивной стадии развития разряда. Использование гибкой изоляционной трубки 7 и гибкого токопровода 8 позволяет очищать трубки, конфигурация которых отличается от прямолинейной, ликвидируя зависания рабочего органа, которые характерны для жестких систем. The destructive scale end 13 of the device is introduced into the tube of the heat exchanger 12 and mounted on the surface of this scale. Water is supplied to the flexible insulating tube 7, which fills the working area through the axial hole 6 of the high-voltage electrode 3 and the axial hole 5 of the tip 4, as well as through the side washing channels 6. The pulse source 10 is turned on, and high-voltage pulses (their parameters are shown in the graph and below) are fed through a flexible conductor 8, a high-voltage electrode 2 to the tip 4. An electric pulse breakdown of the working gap r (Fig. 1) occurs between the tip 4 and the wall of the heat exchanger tube 12, and the discharge channel can be formed both in scale 13 and on its surface, carrying out the destruction of the latter. The resulting sludge is removed into the space between the insulator 1 and the wall of the tube 12 or into a section free of scale from this tube. A continuous supply of water, which washes the surface of the tip 4, ensures minimal losses from the pre-breakdown stage of the development of the discharge. Using a flexible insulating tube 7 and a flexible current lead 8 allows you to clean the tube, the configuration of which differs from the straight, eliminating the hanging of the working body, which are characteristic of rigid systems.

На фиг. 3 показано изменение удельной производительности очистки поверхности труб теплообменников от накипи на единичный импульс (I) и удельная энергоемкость процесса (II) от плотности энергии единичного импульса в рабочем промежутка. Из представленных зависимостей следует, что с увеличением плотности энергии единичного импульса на единицу длин рабочего промежутка производительность процесса увеличивается, причем при плотности энергии более 6 Дж/мм имеется тенденция к насыщению. Это связано с тем, что при малых значениях плотности энергии в рабочем промежутке энергии единичного импульса не достаточно для откола накипи, а при большой плотности энергии в рабочем промежутке происходит не только откол накипи, но и интенсивное его переизмельчение. В результате этого зависимость энергоемкости процесса имеет явно выраженный оптимум, который находится в диапазоне:
6≥

≥ 4

В этом диапазоне энергии единичного импульса достаточно для откола накипи от стенок трубки теплообменника и не происходит его дополнительное переизмельчение.In FIG. Figure 3 shows the change in the specific productivity of cleaning the surface of the tubes of heat exchangers from scale per unit impulse (I) and the specific energy consumption of the process (II) from the energy density of a single impulse in the working interval. From the presented dependences it follows that with an increase in the energy density of a single pulse per unit length of the working interval, the productivity of the process increases, and with an energy density of more than 6 J / mm, there is a tendency to saturation. This is due to the fact that, at low values of the energy density in the working interval, the energy of a single pulse is not enough to break off the scale, and at a high energy density in the working interval, not only the scale breaks off, but also its intensive grinding. As a result of this, the dependence of the energy intensity of the process has a pronounced optimum, which is in the range:
6≥

≥ 4

In this energy range, a single pulse is sufficient to break away scale from the walls of the heat exchanger tube and does not undergo additional grinding.

Следовательно, наибольшая эффективность очистки трубок теплообменников от накипи при использовании электрических импульсных разрядов достигается при плотностях энергии в рабочем промежутке от 6 до 4 Дж/мм. Использование промывочных каналов, через которые происходило омывание разрушаемой зоны промывочной жидкостью, что уменьшает потери энергии в предпробивной стадии разряда, позволяет снизить энергию единичного импульса с ≈60 Дж до 40 Дж при одинаковой производительности процесса. Уменьшение энергии единичного импульса позволяет также повысить надежность устройства в связи с уменьшением уровня напряжения и ударных нагрузок на изолятор. Therefore, the greatest efficiency of cleaning the tubes of heat exchangers from scale when using electric pulse discharges is achieved at energy densities in the working interval from 6 to 4 J / mm. The use of washing channels through which the destruction zone was washed with washing liquid, which reduces the energy loss in the pre-breakdown stage of the discharge, makes it possible to reduce the energy of a single pulse from ≈60 J to 40 J with the same process performance. Reducing the energy of a single pulse can also improve the reliability of the device in connection with a decrease in the level of voltage and shock loads on the insulator.

Claims

1. A method of cleaning the heat exchanger tubes from scale by electric pulse discharges in a liquid created by electrodes installed to form a discharge gap, characterized in that the ratio of the energy W _{0 of a} single pulse to the length R of the discharge gap is selected within 6 ≥ W _o / r ≥ 4 J / mm
2. A device for cleaning the tubes of heat exchangers from scale, containing the conductors placed in the insulator, which is connected to a high-voltage electrode equipped with a tip made with an opening, characterized in that the high-voltage electrode is made with an axial hole, while the tip opening is made along the axis of the latter, and under the insulator in the lateral surface of the tip flushing channels are made, connected to the axial hole.

3. The device according to claim 2, characterized in that the insulator body on the opposite side from the tip of the device is equipped with a flexible tube for flushing liquid made of insulating material fixed to it, while part of the current lead is made flexible and passed through the tube.