ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ТРУБОПРОВОДОВ
Под гидродинамической кавитацией понимают явление разрыва сплошности в потоке жидкости, вызванное местным скачкообразным понижением давления практически до давления насыщенных паров.
Процесс кавитации включает в себя появление и лавинообразный рост пузырьков пара и содержащихся в жидкости микропузырьков газа размером порядка 10-2 мм, так называемых “ядер” или “зародышей” кавитации при обычной температуре окружающей среды. Выделяют первую, или начальную стадию кавитации – “пузырьковую” и, вторую – развитую.
Схлопывание кавитационных пузырьков обычно не бывает симметричным и сопровождается образованием кумулятивной микроструйки, направленной в сторону фронта, т. е. спровоцировавшего схлопывание препятствия в виде поверхности или ударной волны. Длина кумулятивной струйки равна диаметру образовавшего ее пузырька. Она то и производит основной разрушительный эффект.
Указанные и некоторые другие особенности рассматриваемого физэффекта позволяют в высокой степени регулировать воздействие созданного на основе кавитации инструмента на объект (материал). Например разрушать (диспергировать) твердые, имеющие неоднородный состав (хрупкие) отложения, не разрушая при этом поверхности трубопроводов и в минимальной степени воздействуя на их конструкцию.
Существует практический опыт эффективной очистки от отложений даже ветхих труб, что конечно же исключено при применении любого другого (гидравлического, механического, химического) известного способа. Заказчиками из числа технических руководителей энергетических предприятий отмечался такой важный момент, как сохранение оксидной пленки на внутренней поверхности теплообменников после полной очистки их от твердых отложений.
Рис. 2
Для труб большого диаметра
В числе прочих систем предприятием создана установка для гидродинамической (кавитационной) очистки трубопроводов больших диаметров и протяженности. Две водяные насосные установки высокого давления В1, В2 (2х75 кВт, 2х50 л/мин, 63 МПа) обеспечивают работу гидроструйного устройства, гидравлическая станция состоящая также из двух насосных установок А1, А2 (2х45 кВт) предназначены для питания привода специального механического устройства (траверсы) или других в зависимости от задач.
Насосная станция выгодно отличается от возможных аналогов тем, что в системе уплотнения плунжеров изготовителем применен новый материал – снижена масса клапанов, уменьшены клапанные утечки. Станция является универсальным силовым устройством, позволяющим осуществлять работу с широкой гаммой гидравлических и гидроструйных инструментов и машин, как ручных, так и тяжелых:
манипуляторы, ножницы, молотки, перфораторы, подъемные и самодвижущиеся устройства, многие другие.
При отсутствии необходимости большого расхода установка позволяет работать одновременно двумя системами очистки.
Траверса предназначена для регулируемой точной и равномерной возвратно-поступательной подачи «удочки» и кавитационной головки в трубу теплообменника. Также устройство оборудовано фартуком для предотвращения разлета струй возвращаемой использованной жидкости, организации сбора пульпы и обеспечения влагозащиты аппаратуры.
Определяющими технологический эффект факторами в нашем случае являются комплексный подход, большая глубина регулирования (от 1% до 100% мощности). В зависимости от состояния и характеристик объекта подбирается наиболее эффективная группа технических приемов и оснасток (соответственно). Так для перспективной работы по очистке уникальной теплообменной аппаратуры «Геотерма» (титановые трубки с толщиной стенки 0,5 мм, длиной 12 п. м.) создана специальная оснастка (точно настраиваемая траверса с гидравлическим приводом). Работу на трубопроводах 300, 400 мм планируется выполнять с применением гибких механических разрушителей на вращающейся головке, поэтапно, с возвратом головки через каждые 20 м.
Технология включает механизированные приспособления, призванные увеличить равномерность и точность воздействия на объект, в какой-то степени облегчить ручной труд. Что в конечном счете повышает качество работ.
Содержащая шламы пульпа, как правило, отводится в промежуточную емкость, и далее, после отбора воды в направляется на утилизацию (вывозится в оборотном контейнере).
Контроль результатов как правило достаточно осуществлять визуально (на просвет) или с использованием стандартных инструментов. После окончания работ в трубах не должно присутствовать отложений, окалины, поверхность гладкая, блик равномерный. Ряд объектов требует проведения опрессовки в качестве контрольного мероприятия.
Основным инструментом для производства работ являются гидрокавитационные головки различных конструкций (оконечники, форсунки, переходные устройства):
Общим для всех таких устройств являются (упрощенно):
- в кавитаторе головки подаваемая с высокой скоростью под давлением рабочая жидкость преобразуется в двухфазный поток. Процесс происходит еще внутри устройства;
- на следующем этапе форсунками специальных профилей создаются кумулятивные струи с заданными характеристиками;
- настройкой режимов формируется рабочая область, где и происходит основная работа по удалению (диспергации) объекта отложений. Например, правильной настройкой режима и благодаря большим различиям физических свойств титана и фосфогипса (в первую очередь значения сигмы на разрыв) можно добиться того, что один материал (гипс) будет легко отделяться от второго, разрушаться и, соответственно удаляться с пульпой, металл же избежит даже минимального разрушающего воздействия.
1. Базовая (простая) кавитирующая головка с прямонаправленным соплом круглой или щелевидной формы. Предназначена для очистки несложных проходных и полностью забитых трубопроводов, может использоваться для очистки наружных поверхностей небольшой площади.
2. Кавитационная головка проходная. Отличается наличием нескольких разнонаправленных, смещенных под разными углами к оси форсунок. Обеспечивает активный отвод шлама, и, при использовании с свободно вращающимися оконечниками, крутящий момент.
3. Головка с сложным профилем поверхности. Обеспечивает вихревое движение струй в пограничном слое. Добавляется шлифующее воздействие водно-шлаковой смеси на внутреннюю поверхность объекта.
4. Ультразвуковой оконечник на прорезной пружине. В комплексе с головкой создает и передает на активную часть колебательное движение с рассчитанной амплитудой.
5. Вращающийся оконечник. Необходим при создании в рабочей зоне «лидирующего канала».
6. Вращающийся оконечник с собственными специальными форсунками. Назначение то же.
7. Вращающийся оконечник подпружиненный по продольной оси. Передает периодическое возвратно-поступательное движение на рабочий орган.
8. Оголовок с элементами проходки. Отличается наличием на рабочей поверхности металлических элементов, закрепленных в обоймах с некоторой степенью свободы (шарики). Вращение обеспечивается также гидродинамическим способом, добавляется эффект раздвигания поверхностей и предварительного разрушения удаляемых отложений.
9. Вращающаяся головка с механическими разрушителями (в основном для больших диаметров).
Применяемые на практике рабочие устройства не ограничиваются перечисленными здесь типами. Правильным их подбором, а также подбором видов (профилей, материалов изготовления) форсунок, регулированием режимов (давления, расхода) и достигается оптимально необходимая степень воздействия на объект.
Основные порталы (построено редакторами)