9.3. Диагностика ресурсов работы теплообменного оборудования
Ранее установлено, что отложения, образующиеся с течением времени характеризуются четырьмя основными кривыми: линейная, изгибающаяся, экспоненциальная и пилообразная. Однако опыт эксплуатации оборудования показывает, что в некоторых случаях сечения трубки полностью перекрываются отложениями. Рассмотрим механизм такого процесса загрязнения (рис.9.9).
Рис. 9.9 Схема распределения внутритрубных отложений: 1 – трубка; 2 – отложения
Удельное количество внутритрубных образований можно определить по формуле
,
а внутренний диаметр этих отложений в трубе определяется из выражения
.
Реальный теплообменный аппарат имеет большое количество параллельно включенных трубок. В зависимости от конструкции коллектора (т.е. системы подвода отвода) он характеризуется коэффициентом гидравлической неравномерности:
,
где
;
;
-расход
через трубчатку соответственно: средний,
максимальный и минимальный через
отдельные трубки;
< 1, при G min; > 1, при G max.
Из гидродинамики мы знаем, что падение давления на трубке определяется в основном потерями на трение:
,
где
-
длина трубы.
Подставив
вместо скорости
,
получим
.
(9.1)
Если внутренняя поверхность трубы загрязнена отложениями, то вместо dтр подставим dотл, и из полученного выражения выразим dотл :
.
(9.2)
В полученной формуле, как показывает опыт эксплуатации оборудования коэффициент трения не является величиной постоянной, const.
В течение начального периода эксплуатации происходит снижение сопротивления аппарата. Это объясняется изменением характера трения. Если в начальный момент это взаимодействие воды с шероховатой поверхностью, то в последствии на поверхности формируются тонкий желеобразный коллоидный слой, коэффициент трения по которому ниже.
Инкубационный период, в который наблюдаются эти явления до образования отложений, обычно менее 1% от времени эксплуатации аппарата, поэтому такими явлениями обычно пренебрегают.
В полученной формуле также не является постоянной взаимосвязь между расходом и падением давления G и Р. Она определяется конструкцией гидравлической схемы и положением рабочей точки.
Гидравлические схемы оборудования предполагают следующие режимы эксплуатации:
существует значительный запас по напору насосов, перекрывающий возможный рост гидродинамического сопротивления. В этом случае рост сопротивления может быть скомпенсирован, а отложения стабилизированы на определенной толщине;
запас по напору насосов отсутствует; в этом случае увеличение сопротивления теплообменного аппарата приводит к смещению рабочей точки системы по рабочей характеристике насоса вверх до достижения Рmax и соответствующему значению Gmin.
Приравняв
уравнения (1) и (2) можно получить уравнение
для
:
.
Таким образом, загрязнение в трубке с учетом критерия Миропольского происходит по экспоненциальной зависимости.
В определенный момент времени в одной или нескольких теплообменных трубках гидродинамическое сопротивление за счет уменьшения dотл выходит за пределы рабочей точки системы. В результате в этих трубках происходит срыв циркуляции. После этого в них возникают условия для стремительного нарастания отложений, вплоть до полного перекрытия сечения трубки отложениями.
Анализ полученной зависимости показывает, что ресурс теплообменника значительно увеличивается в следующих случаях:
при увеличении диаметра трубки;
при уменьшении длины трубок.