автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Разработка метода очистки теплообменных поверхностей от отложений в элементах ЯЭУ двухкомпонентным потоком вода-углекислый газ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСК^ £ Q Д УНИВЕРСИТЕТ

" 9 w ?1Г0

УДК 621.039 На правах рукописи

Ремизов Юрий Юрьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЧИСТКИ ТЕПЛООБМЕНИЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ЯЭУ ДВУХКОМПОНЕНТНЫМ ПОТОКОМ ВОДА-УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

05.04.11. «Атомное рсакторостросние, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности»

Автореферат диссертация па соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук доцент Замятин С.А.

Н.Новгород 2000 г.

Работа выполнена иа кафедре «Атомные станции н установки» Нижегородского государственного технического университета.

Научный руководитель •

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук доцент Замятин СЛ. доктор технических наук, профессор Сандлер Н.Г. кандидат технических наук Пак П.Н. Нижегородский «Атомэнергопроект» г. Н.Новгород

институт

Защита состоится « 2О » нюня 2000 г. в -/¿р00 часов на заседании диссертационного совета Д 063.85.04. Нижегородского государственного технического университета по адресу : г. Нижний Повгород, ул.Минина, д. 24, корп.5, ауд. 5232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан «_

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

^^^-Дмнтриев С.М.

Подписано в печать 12.05.2000. Формат 60х84*/16. Бумага писчая № 1. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ 343.

Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Снижение экономичности энергетических станций по причине загрязнения теплообменных поверхностей образующимися на них отложениями может быть предотвращено использованием различных методов очистки теплообменных поверхностей от отложений. Существующие на данный момент методы очистки теплообменных поверхностей от отложений не всегда отвечают возрастающим требованиям, предъявляемым к ним, т.е. необходима оптимизация существующих методов, а также поиск, исследование и отработка новых.

Цель работы

Основной целью данной работы является комплексное изучение методов очистки теплообменных поверхностей с последующим анализом их преимуществ и недостатков, и разработка на их основе нового метода очистки теплообменных поверхностей в элементах ЯЭУ от отложений двухкомпонентпым потоком вода+СОг.

Для реализации указанной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

проведение патентного поиска имеющихся систем и методов очистки теплообменных поверхностей от отложений с последующим анализом их преимуществ и недостатков;

аналитическое исследование причин и закономерностей образования отложения, их структуры и свойств;

экспериментальная отработка теоретического обоснования эффективности предлагаемого метода очистки теплообменных поверхностей от отложений двухкомпонентпым потоком вода+СОг •

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Перспективный метод очистки теплообменных поверхностей от отложений двухкомпонентпым потоком вода+СОг.

2. Теоретическое обоснование метода очистки теплообменных поверхностей от отложепии двухкомпонентпым потоком вода+С02.

3. Результаты экспериментальной отработки метода очистки теплообмениых поверхностей от отложений двухкомпонентным потоком вода+С02.

4. Рекомендации по использованию метода очистки теплообмснных поверхностей от отложений двухкомпонентным потоком вода+СОг .

Научная новизна

Научная новизна настоящего исследования заключается в том, что : предложен и теоретически обоснован новый метод очистки теплообмениых поверхностей от отложений двухкомпонентным потоком вода+С02;

на основе экспериментальных данных предложена методика проведения мероприятий по очистке, а также выбрана система ввода газа в раствор.

Личный вклад автора

Все расчетно-теоретическне и экспериментальные исследования результаты которых приведены в настоящей работе выполнены непосредственно автором или при его участии под руководством научного руководителя к.т.н. доцента кафедры «АТС и МИ» НГТУ Замятина С.А.

Практическая ценность

Практическая полезность данной работы заключается в том, что предложен сравнительно простой и эффективный метод очистки теплообмениых поверхностей от отложений, который является экологически безопасным, не требует больших капиталовложений и глубокого переустройства систем, а также может быть использован как отдельно, так и в комплексе с уже имеющимися системами очистки.

Предложенный метод был рекомендован и использован для очистки теплообменников аварийного н планового расхолаживания бассейна выдержки БаАЭС, согласно разработанной в рамках сотрудничества с БаАЭС методике. Его практическая значимость подтверждена актами вышеуказанной организации.

Апробация работы

Работа прошла апробацию на Нижегородских сессиях молодых ученых в г.Н.Новгород ( 1997-2000г.г.).

I Ivfi lllKilllHH

ochouiilic результаты диссертации изложены и днух научно-ихнических отчетах, диух докладах на научных конференциях, двух статьях II журнале «Ядерная энергетика»' и сборнике научных трудов «Научные исследовании ядерной лнергетнкн 11 технических путах 1'оссии».

Структура и объем диссертации •

Диссертация состоит из »ведения, 5 глав н приложении. Объем работы составляет 208 текстовых страниц, 31 рисунка, 2К таблиц, списка литературы из 80 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖА ИМИ ДИССЕРТАЦИИ

И введении обосновывается актуальность диссертационной работы, место разрабатываемой научной темы в круге вопросов, возникающих нри решении проблем, снизанных • ■ с «илижспиммн на тсплообменнмх поверхностях в элементах Я'ЛУ.

И первой главе приведен аналитический обзор имеющихся систем и методов очистки тсплообменнмх поверхностей от отложений, обоснована актуальность проблемы и сформулированы задачи исследования.

Одним из наиболее широко распространенных методик очистки является химическая очистка внутренних поверхностей ог отложений. Сущность этого метода заключается во взаимодействии химических реагентов с отложениями. Недостатками этого метода являются возможность попадания этих реагентов или нх производных в окружающую среду, потребность в значительных количествах дорогих к дефицитных реагентов, коррозия оборудования, значительный объем усложняющих эксплуатацию работ с токсичными и вредными веществами.

Также широко применяется термическая сушка ври атмосферном давлении и вакуумная термическая сушка. Эти методы дают высокую эффективность при очистке зрубного пучка от илистых отложении. В процессе сутки отложения обезвоживаются, уменьшаются в объеме, разрушаются за счет возникших ванрпженнн н в виде мелких чешуек отслаиваются. Однако, возникающие гсрмоциклические нагрузки Müiyr негативно сказаться на плотности вальцовочных соединений трубок

конденсаторов и на прочностных характеристиках других элементов конденсатора. Для проведения термической сушки необходимо снижение мощности блока, а при продувке горячим воздухом и образовании вакуума -специальное оборудование и системы.

На ряде АЭС и ТЭС применяются механические методы очистки. Это очистка с применением специального оборудования, заключающаяся в прострел ива ни и трубок струёй воды с давлением 30 -40 МПа, и механическая очистка шариками из пластмассы, пенопласта или различных сортов резины, периодически или непрерывно циркулирующими через трубную систему конденсатора. Общим недостатком в применении этих устройств является интенсивный износ материала трубок ( вплоть до отглушения ряда трубок), износ самих шариков, необходимость демонтажа крышек конденсатора , повышенные требования по технике безопасности вследствие создания высоких давлений воды, значительные затраты времени со снижением мощности блока, необходимость применения специальных дорогостоящих устройств, сложных в эксплуатации.

Применяемый также метод очистки потоком вода - воздух достаточно эффективен лишь для илистых, торфяных, глинистых и других слабосцепленных со стенкой отложений, а метод обработки воды магнитным полем теряет свою ценность при отсутствии или недостаточном содержании ферромагнитных примесей. Выполненный анализ применяемых в настоящее время методов очистки теплообменных поверхностей от отложений позволяет сделать следующие заключения:

1. При проектировании и разработке методов очистки не всегда уделяется должное внимание характеру, химическим и физическим свойствам очищаемых отложений, поэтому некоторые методы, хорошо себя зарекомендовавшие в одних условиях, не дают должного эффекта в других .

2. Большинство применяемых методов требуют частичной пли полной остановки (отключения) теплообменного оборудования, что приводит к снижению мощности станции в целом.

3. Необходимость монтажа дополнительного дорогостоящего оборудования, с помощью которого реализуются некоторые методы, ведет к

увеличению капиталовложений и росту себестоимости производимой энергии.

4. Часть методов подразумевают использование дорогих, агрессивных реагентов, представляющих опасность для окружающей среды и требующих специальных условий хранения н утилизации.

5. Затруднено комбинированное использование некоторых методов ввиду существенного отличия, применяемого при очистке оборудования тем или иным методом, что не позволяет повысить эффективность очистки.

6. Большинство методов оказывают негативное воздействие на материалы теплообмеиных поверхностей (механическое стирание, химическая коррозия, термоциклические напряжения), что приводит к снижению ресурса работы теплообменного оборудования.

Другими словами, существует необходимость в разработке новых, перспективных методов очистки теплообменных поверхностей с учетом химических и физических свойств конкретных отложений, которые должны обеспечиваться минимальными затратами, должны быть по возможности экологически чистыми, не должны уменьшать ресурс работы оборудования. Проведение мероприятий по очистке теплообменного оборудования не должно приводить к остановке энергоблоков или к снижению их мощности.

Во второй главе дастся описание характерных особенностей природных вод, основные характеристики воды, применяемой для охлаждения теплообменного оборудования. Представлены полученные в результате аналитического исследования закономерности поведение растворенных солей в охлаждающей воде, а также условия образования, виды, классификация и физические свойства образованных накипных отложений.

Температурные условия и режим работы системы охлаждения могут вызвать выпадение растворенных в охлаждающей воде солей. Выпадающие из раствора Соли частично оседают на охлаждаемых поверхностях, образуя накипь, а частично увлекаются потоком воды и оседают по всему тракту, омываемому водой.

Естественная вода содержит различные практически полностью ионизированные соли, которые в зависимости от их поведения в системе охлаждения можно разбить на четыре категории:

а) Бикарбонат кальция Са(НСОз)2 , который при небольшом нагревании воды и потере ею углекислоты легко разлагается и превращается в малорастворимый углекислый кальций СаСОз .

б) Бикарбонат магния Mg(HCOi)2, который ведет себя в основном аналогично Са(НСОз)2, но в зависимости ог физико-химических условий может превратиться либо в малорастворимую гидроокись магния Мц(ОН)2, либо в более растворимый углекислый магний 1У^СОз.

в) Гипс Са804*2Н20 имеет максимальную растворимость в воде при 40-50°С,т.е. как раз в рабочей области температур охлаждающей воды. Растворимость гипса в дистиллированной воде достигает 2,65 г/л при 50°С и резко снижается прн дальнейшем повышении температуры. Наличие солей, не имеющих одноименных ионов с гипсом, сильно повышает его растворимость.

При охлаждении конденсаторов паровых турбин охлаждающая вода не имеет высокой температуры, поэтому предел растворимости гипса здесь не достигается и гипс не выпадает в виде накипи.

г) Остальные соли, содержащиеся в воде, не выпадающие в осадок вследствие их весьма высокой растворимости, влияют на процессы образования пакипи лишь косвенно, изменяя растворимость карбонатов и гипса. Наличие в накипи, иногда в весьма больших количествах, БЮг, Ре 2Оз, А1 2О3 объясняется тем, что в процессе образования и роста слоя накипи происходит "захватывание" (путем абсорбции, цементирования и т.д.) органических веществ, ржавчины, глинистой мути и песка. Эти вещества сами по себе являясь взвесью, могут осесть в застойных местах системы охлаждения и образовать легко подвижные наносы; сцементированные же накипью они образуют крупные агломераты, сужающие живое сечение охлаждаемой детали, и нарушают этим движение воды и процесс охлаждения.

Таким образом, отлагающаяся на стспках конденсаторных груб накипь состоит в основном из карбоната кальция. Он образуется вследствие распада содержащихся в охлаждающей воде бикарбонатных ионов:

В прямоточных системах распад бикарбонатов вызывается нагреванием воды, а в оборотных системах, кроме того, и потерей растворенной в воде углекислоты при разбрызгивании воды на градирнях или в брызгательных бассейнах. Увеличение концентрации в воде карбонатных ионов (СО}2') при наличии в воде катионов кальция приводит к образованию осадка СаСОз обладающего способностью кристаллизоваться и давать плотные отложения по всему водному тракту.

В общем случае, при распределении примесей, вблизи стенки выделяются некоторые закономерности - 40-90% всех отложений в основном составляют пористые отложения карбоната кальция (СаСОз), то есть наиболее опасные малотеплопроводные накипи. Таким образом, основным объектом, на который направлены разрушающие способности проектируемого метода очистки, должна быть пористая кальциевая накипь.

В третьей главе представлен метод очистки теплообмеиных поверхностей энергетического оборудования двухкомпонентным потоком «вода - С02». Дано описание применения данного метода для очистки объемного и проточного теплообменного оборудования. Представлено аналитическое обоснование метода, проведен анализ процессов разрушения отложений, а также анализ исследования процесса удаления продуктов разрушения отложений двухкомпонентным потоком «вода - С02» и рассмотрен химический аспект' разрушения отложений.

Сущность предложенного метода очистки внутренних поверхностей трубок теплообмеиных аппаратов от отложений примесей заключается в нодаче относительно малых (10-13% объемных на входе в канал) количеств газа (углекислый газ,С02) в охлаждающую воду через специальные устройства. Поступающий в трубную систему конденсатора двухкомпонентный поток вызывает появление дополнительных тангенциальных и нормальных напряжений в пристенной области и в самих отложениях , вызывая их разрушение. Дисперсные частицы, разрушающихся отложений уносятся пузырьками газа и потоком воды.

В гетерогенных средах (по сравнению с гомогенными) усложняются уравнения, описывающие относительное движение фаз, т.к. это движение определяется не процессами диффузионного характера, а процессами взаимодействия фаз как макроскопических систем. Эти процессы описываются с учетом сил межфазного взаимодействия Ку. В общем случае сила взаимодействия между фазами может быть представлена в виде суммы четырех составляющих: силы Стокса определяющей действия сил вязкости на межфазной границе; силы, определяющей влияние присоединенной массы при скольжении дисперсной фазы относительно непрерывной среды Р,ут ; силы Архимеда ГАК , определяющей

г

гравитационные поля давления в несущей среде; сила Магнуса Р у , вызываемой градиентом скорости в поперечном направлении, т.е.

В двухкомпонентных газожидкостных потоках при малых газосодержаниях возникают значительные по сравнению с однокомпонентным потоком, пульсирующие нормальные и касательные напряжения. Которые обусловлены:

1) Работой сил поверхностного напряжения при движении газового пузыря в случае не смачивания жидкостью стенки в зоне контакта пузырь-стенка; Жидкость не смачивает стенку в районе контакта газового пузыря. При движении пузырька газа под действием динамического напора потока по поверхности в лобовой части пузырька происходит осушение поверхности пузырька и при этом происходит локальное освобождение энергии. В кормовой части пузырька происходит заполнение, затекание, на что также затрачивается энергия, так как над пузырем при его движении совершается работа. При этом на твердой стенке канала в зоне контакта 3-х сред (жидкости, газа и материала стенки) возникают локальные касательные напряжения, ширина зоны действия которых имеет порядок молекулярных размеров или размеров твердых частиц, образующих поверхность канала.

2) Проскальзыванием пузырей относительно несущего потока вследствие изменения проходного сечения жидкости. В момент прохождения

пузырем фиксированною поперечпого сечении канала Б , его площадь, занятая второй компонентой , становится 8) , и при разности скоростей жидкости и пузыря в пом сечении согласно уравнению Бернулли происходит изменение давления ,величину которого можно оценить (пренебрегая возможным ускорением).

3) Осцилляцией (пульсацией объема) газовых пузырен в потоке. Пузырь рассматривается как резонансная колебательная система, и колебания давления в нем н в окружающей его жидкости будут существенно больше, чем колебания давления в однофазном потоке. Коэффициент усиления колебаний давления равен добротности пузыря как колебательной системы. В маловязкой жидкости (вода) добротность может быть 102-10* при резонансной частоте около 101 Гц для пузыря диаметром порядка 3 мм.

4) Локальным градиентом скорости в зазоре между смоченной стенкой и пузырем. В этом случае движение пузыря можно рассматривать как движение твердого тела без скольжения на границе раздела. В горизонтальном канале пузырь движется вдоль верхней образующей трубы, прижимаясь к ней за счет сил Архимеда, и частично за счет гидродинамических сил. Проведенные оценочные расчеты для этого случая показали, что уравнение профиля скорости в зазоре менеду стенкой и

1 ¿Р , К

--у(у-п) + —у

пузырем имеет вид \= 2/л с!х И , а касательные напряжения,

Уп

возникающие в этом зазоре, могут быть оценены по формуле Т=//—г.

И

Используемый в данном методе углекислый газ обладает высокой растворимостью (зависящей от давления и температуры). Таким образом, охлаждающая вода содержит не только газообразный , но и растворенный (до предельно возможной концентрации) углекислый газ. Попадая в канал, раствор проникает в поры отложений и, оказываясь в локальных застойных зонах, нагревается, что приводит к выделению из раствора СОг (образование газовой фазы) и возникновению дополнительных расклинивающих напряжений. Взаимодействие пересыщенного раствора с кристаллами отложений на стенках приводит к выделению газа из раствора на границе

раздела фаз, т.е. на поверхности стенок процесс выделения газа из раствора значительно интенсифицируется, а срыв образовавшихся пузырьков потоком дает, таким образом, дополнительные но сравнению с методом вода-воздух тангенциальные напряжения. Произведенная оценка величин дополнительных напряжений, возникающих за счет этих процессов, показала, что по сравнению с однофазным потоком в двухфазном потоке вода углекислый газ возникают дополнительные касательные и нормальные пульсационные напряжения, величина которых больше. Этих дополнительных напряжений достаточно для разрушения пористых слабо сцепленных со стенкой отложений. Разрушение прочно сцепленных со стенкой кристаллических отложений под действием напряжений должно носить характер усталостных разрушений.

Еще одной отличительной особенностью является то, что присутствие в воде большого (больше концентрации равновесного насыщения) количества растворенного С02 приводит к смещению карбонатного равновесия и , как следствие, переходу карбонатов в хорошо растворимые бикарбонаты, т.е. взаимодействие нерастворимого карбоната кальция СаС02 с растворенным в воде С02 приведет к образованию растворимого бикарбоната Са(НС03)2. СаСОэ +С02+Н20=Са(НС03Ь

На основе результатов проведенного анализа сил и напряжений, возникающих в пристенной области при движении пузырька, анализа процессов разрушения отложений, исследования процессов удаления продукюв разрушения отложений и анализа химического аспекта разрушения отложений, можно сделать вывод, что предложенный метод очистки от отложений теплообменных поверхностей двухкомпонентным потоком «вода-ССЬ», позволяет не только эффективно разрушать отложения, но и обеспечивает интенсивное удаление продуктов разрушения из рабочей зоны.

В четвертой главе дается описание экспериментальной установки и основных её узлов, методика проведения экспериментов и обработки полученных данных.

Испытания проводились на универсальном стенде (Рис.1.), в состав которого входят:

камера смешения (3), представляющая собой емкость цилиндрической формы, объемом 56л, по бокам которой на расстоянии 300 мм от верхней крышки имеются три прозрачных окна Г) 100мм; при проведении экспериментов с проточными рабочими участками камера смешения заполнялась керамическими втулками с целью создания оптимальных условий для растворения газа в воде,

-экспериментальный участок(4), представляющий собой стеклянную или металлическую (сталь ОХ18ШОТ или медь) трубку 16x1, подключаемую к основной циркуляционной линии с помощью разъемов 6 и 7. 11а входе в экспериментальный участок н выходе установлены манометры, термометры и акустические датчики объемного газосодержания,

- подогревательный бак(11) - ёмкость прямоугольной формы, объемом 50 л, внутри которой помещаются рабочие участки. Бак оснащен электрическим

подогревателем и температурным датчиком, позволяющим в автоматическом режиме поддерживать температуру воды в баке в пределах 10-100°С,

- сливной бак (5), представляющий собой емкость прямоугольной формы объемом 200л,

- основная циркуляционная линия, состоящая из камеры смешения (3), экспериментального участка (4), сливного бака (5), подпорного бака (1) и насоса (2), оснащенная расходомером (10), а также сбросной линией, позволяющей резко снизить давление в камере смешения,

- газовая линия, состоящая из газового баллона (8) с жидкой углекислотой объемом 60л, редуктора, двух манометров и газового расходомера (9),

- подпорный бак(1), представляющий собой емкость объемом 50 литров.

В данном экспериментальном стенде применена разомкнутая схема циркуляции. Из подпорного бака вода поступала на напор насоса. С напора насоса вода подается в камеру смешения, где насыщается углекислым газом, подаваемым из баллона, откуда направляется на экспериментальный

1-подпорный бак, 2-насос, 3-камера смешения, 4-экспериментальный участок, 5-слпвной бак, 6,7-разъемы, 8-баллон с С02, 9,10-расходомеры, 11-подогревательный бак,12-акустический датчик.

участок, который находится и обогреваемом баке; затем идет в елнвнон бак, откуда поступает на слив.

В экспериментах применяется водопроводная вода с солесодсржаннем 380-420 мг/л. Расход воды регулируется вентилями В( и В6. Расход газа регулируется вентилями Г( и Г2. Количество подаваемого в рабочую среду газа учитывается счетчиком С|, расход воды счетчиком воды СГВ 10 (С2). Концентрация С02 в воде рассчитывается как равновесная по температуре воды и давлению в камере смешения.

Целью эксперимента являлась отработка статического метода очистки теплообменного оборудования.

Для проведения эксперимента была использована часть вышеописанного экспериментального стенда, в частности, камера смешения, сбросная и газовая линии. 'Заполнение камеры смешения водой (с солссодержаннем 380-420 мг/л) осуществлялось из водопровода. Концентрация С02 в жидкости принималась равновесной и рассчитывалась по температуре и давлению в камере смешения. Ввод газа в жидкость осуществлялся посредством спирального змеевика имеющего отверстия через каждые 7 мм по длине. Диаметр змеевика 8 мм, длина 0,86 м. Подача газа осуществлялась под слой жидкости под давлением.

Эксперимент проводился следующим образом. Испытуемый образец (пластина 5x100x1) со сформированными на ней отложениями помещалась в камеру смешения в подвешенном состоянии напротив прозрачных окон. Камера заполнялась водой и герметизировалась, после чего в камеру начинал подаваться углекислый газ. По мере выравнивания давления в камере смешения и в газоном линии подача газа прекращалась. После этого при закрытых вентилях В1, ВЗ, В5, В2, ГЗ открывалась сбросная линия и камера смешения сообщалась с атмосферой. Наблюдаемый процесс выхода газа из раствора и разрушения отложений на испытуемой пластине фиксировался фото- и видеоаппаратурой. Давление в камере определялось с помощью манометра М1. Эксперименты проводились при давлениях в камере смешения 1-5 кгс/см2 избыточных. Время выдержки варьировалось от 5 мин до 1ч 20 мин.

В эксперименте было задействовано 18 образцов с выращенными на них отложениями, которые были взвешены и подвергнуты очистке при различных параметрах. Последующее взвешивание образцов позволило получить количественную характеристику эффективности очистки как процент удаленных отложений.

(М3-М2)/(МГМ2)*100=К, где

М1 - масса образца с выращенными на

нем отложениями до очистки, г;

М2 -масса образца до формирования на нем отложений, г ; Мд-масса образца с выращенными на нем отложениями после очистки, г; К - коэффициент уноса, %;

Опыты проводились при следующих параметрах: давление 1-5 кгс/см2, время выдержки 5 мин -1ч 20 мин. Результаты экспериментов обобщены н представлены виде графиков (Рис2).

Фотографии, сделанные в процессе эксперимента, иллюстрируют интенсивность выхода газа из раствора по мере роста Р и 1 вь|д(.ржки, а также эффективность очистки.(Рис.З)

На основе этих наблюдений было отмечено:

Разрушение отложений наблюдалось даже при слабой интенсивности процесса выхода газа.

Зафиксировано увеличение эффективности очистки в зависимости от увеличения интенсивности выхода газа из раствора.

Заметный эффект выхода газа из раствора после сообщения камеры с атмосферой, стал наблюдаться при давлении в камере смешения более 2 кгс/см2 и времени выдержки более 35 мин.

Зафиксировано падение давления на 3-10% от начального в камере смешения после прекращения подачи газа, что объясняется переходом газа из газовой подушки в растворенное состояние.

Интенсивность выхода газа из раствора повышалась с увеличением давления и времени выдержки от 5 до 50 мин.

Увеличение времени выдержки более 50 мин не повлекло заметной интенсификации процесса выхода газа.

По результатам экспериментов сделаны следующие выводы:

Зафиксировано значение коэффициента уноса, равное 73,6% при Р=0,5 Мпа и времени выдержки 50 мин.

Увеличение коэффициента эффективности очистки до 74,3% с увеличением времени выдержки до 70 мни объясняется влиянием химического аспекта разрушения отложений.

Динамнка изменения кривых эффективности очистки от времени выдержки позволяет сделать вывод, что дальнейшее увеличение времени выдержки не повлечет значительного увеличения эффективности очистки. Поэтому более

целесообразно провести два цикла очистки с временем выдержки 50 мин, чем увеличивать время выдержки одного цикла до 100 мни.

Эксперимент по отработке динамического метода очистки теплообменного оборудования проводился в два этапа. Целыо первою этапа являлось определение способа ввода углекислого газа, дающего наибольший процент растворения углекислого газа в воде. Эксперименты проводились на описаппом в начале главы IV стенде. Опыты производились следующим образом. На стенд устанавливались камеры смешения с различными способами ввода углекислого газа в жидкость. При открытых вентилях В1, В2, В4, В5 производился запуск насоса. После стабилизации режима течения путем открытия вентилей ГЗ, Г1, Г2 осуществлялась подача газа в камеру смешения и производилось измерение газосодержаиия па входе в прозрачный канал. Измерение газосодержання осуществлялось при помощи акустического зонда, подлюченного к ЭВМ, согласно методике, изложенной в работе /66/. Было проведено три серии экспериментов с тремя различными камерами смешения. На основе полученных результатов этих экспериментов были построены графики (рис 4.) и сделаны следующие выводы:

Способы ввода газа посредством спнральиого змеевика н пористого распределителя не дали должного эффекта по сравнению с камерой смешения засыпного типа.

Использование камеры смешении засыпного типа позволило добиться 54%-ного растворения углекислого газа в воде. В дальнейшем для

0,5 Мпа 0,4М Па 0,ЗМПа 0,2М Па

время выдержки, мин.

Рис.2. Эффективность очистки статическим методом.

со

растворения углекислого газа в воле была использована камера смешения засыпного типа.

Целью второго этапа являлось определение оптимального режима очистки тенлообменных трубок от отложений. Был использован тот же экспериментальный стенд с камерон смешения третьего типа.

Эксперименты производились следующим образом. С помощью разъемов 1 и 2 рабочий участок, представляющий собой металлическую трубу Б 12 мм длиной 800 мм (со сформированными внутри нее отложениями) подключался к основной циркуляционной линии. С помощью насоса и байпасной ветки устанавливался необходимый расход воды по основной циркуляционной линии. Расход газа устанавливался с помощью редуктора. После стабилизации режима течения снимались показания с манометров, расходомеров и датчиков объемного газосодержания. Через 40 мин после начала промывки участок демонтировался и взвешивался. В экспериментах было использовано 22 образца.. По результатам построены графики эффективности очистки в зависимости от объемного газосодержания (рис 5.).

Все кривые, иллюстрирующие эффективность уноса примесей от газосодержания имеют ярко выраженный максимум в диапазоне х=10-13%. Снижение коэффициента уноса при объемном газосодсржании х> 13% объясняется переходом пузырькового режима движения в снарядный и уменьшение динамического воздействия потока на отложения. Повышение коэффициента уноса с ростом давлении объясняется увеличением воздействия растворенного газа на отложения.

По результатам эксперимента были сделаны следующие выводы:

Процесс очистки может быть реализован при малых значениях давления и малых количествах растворенного газа.

Увеличение давления и увеличение количества растворенного газа ведет к увеличению эффективности процесса очистки.

Заметен также рост эффективности очистки при увеличении величины объемного газосодержания, однако харакгер кривой эффективности в зависимости от газосодержания, позволяет сделать вывод,

0,6

давление, МПа

[ ♦ вводгаза через штуцер

□ ввод газа через пористый распределитель д камера смеш Засыпного типа -"Полиномиальный (камера смеш Засыпного типа) — Полиномиальный (ввод газа через пористый распределитель)

"—Полиномиальный (вводгаза через штуцер) __ _____________ ___

Рис -^Эффективность растворения С02 в воде с помощью камер смешения различного типа.

♦ 0,2МПа □ О.ЗМПа Д 0,4МПа X 0,5МПа

■""•Полиномиальный (0,4МПа) "^Полиномиальный (О.ЗМПа) -"Полиномиальный (0,2МПа) —1"Полиномиальный (0,5МПа)

газосодержание, % Рис. 5. Эффективность очистки динамическим методом.

см «VI

что дальнейший рост газасодержання не повлечет резкого увеличения эффективности очистки.

Оптимальное значение объемного газосодержания 10-13%.

Зафиксировано значение коэффициента очистки, равное 46%.

В пятой главе произведён анализ влияния водно-химического режима охлаждающей и охлаждаемой сред, конструктивных особенностей теплообменников и режимов их работы на коррозионные повреждения конструкционных материалов теплообменников расхолаживания бассейна выдержки, теплообменников аварийного и планового расхолаживания 1,2,3,4 блоков Балаковской АЭС (БаАЭС).

Рассмотрены основные факторы, влияющие на коррозионную стойкость материалов теплообменников, проанализирована эффективность применённых на БаАЭС способов уменьшения коррозионных повреждений конструкционных материалов теплообменников и предложен новый метод очистки теплообменного оборудования от отложений двухкомпонентным потоком вода-углекислый газ.

В заключении сделаны выводы по основным результатам проведенной работы.

Основные результаты работы

1. Предложенный в данной работе метод очистки теплообменных поверхностей от отложений двухкомпонентным потоком вода+С02, обладающий двойным действием (гидродинамическим и химическим) является эффективным, экологичным, не требующим дополнительного дорогостоящего оборудования, не оказывающим негативного воздействия на материал теплообменной поверхности.

2. Эффективность предложенного метода теоретически обоснована, произведенная в работе оценка дополнительных нормальных и касательных напряжений показала, что их величина выше, чем в однофазном потоке и их величина достаточна для разрушения пористой кальциевой накипи, составляющей 40-90% отложений.

3. Проведенные в рамках работы эксперименты также подтверждают эффективность метода.

4. Зафиксированы значения коэффициентов очистки :

/

С--

динамический метод 46%, статический метод 74%,.

5. Оптимальное значение газосодержания для динамического метода очистки 10-13%.

6. Оптимальное время выдержки для статического метода очистки 50

мин.

Основные положения диссертационной работы изложены в научно-технических отчетах и следующих публикациях:

1. «Анализ сил и напряжений в пристенной области при движении двухфазного потока». Безносов A.B., Замятин С.А., Ремизов IO.IO. Ядерная энергетика,1998г., №4, стр.60-63.

2. «О разработке документации но применению способов уменьшения коррозионных повреждений теплообменного оборудования реакторных отделений 1,2,3,4 блоков Балаковской АЭС. Безносов A.B., Замятин С.А., Ремизов Ю.Ю./Отчет НГТУ, Инв.№ 029800055775,1998г.

3. «Исследование методов очистки от отложений теплообменной поверхности конденсаторов паровых турбин.» Ремизов Ю.Ю. Сборник тезисов докладов Третьей Нижегородской сессии молодых ученых, 1998 г, стр.88-89.

4. Перспективные методы очистки теплообменных поверхностей от отложений. Замятин С.А., Ремизов Ю.ККШаучные исследования в области ядерной энергетики в технических вузах России.// Под.ред в.Д. Кузнецова. -М.: Издательство МЭИ, 1999. - с.171-173.

5. Четвертая Нижегородская сессия молодых ученых. Сборник тезисов докладов. Н.Новгород, 1999. - «Использование двухкомпонентного потока вода - СО2 для очистки от отложений теплообменников аварийного и планового расхолаживания A3 реактора ВВЭР -1000 и теплообменников системы расхолаживания бассейна выдержки БаАЭС». Ремизов Ю.Ю., с.124-125.

6. «О разработке документации по применению способов уменьшения коррозионных повреждений теплообменного оборудования реакторных отделений 1,2,3,4 блоков Балаковской АЭС. Безносов A.B., Замятин С.А., Ремизов Ю.Ю./Отчет НГТУ, Инв.№ 02990005855, 1999г.