Способ электромагнитной обработки жидкостей и устройство для его осуществления (варианты)

Способ электромагнитной обработки жидкостей и устройство для его осуществления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предложение относится к способам и устройствам для электромагнитной обработки жидкостей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности в газонефтяной промышленности, теплоэнергетике, и предназначено для электромагнитной обработки жидкостей в аппаратах с теплопередающими поверхностями.

Известно устройство для электромагнитной обработки жидкостей (а.с. SU 1414785, МПК C02F 1/48, опубл. 07.08.88, бюл. №29), включающее высокочастотный индуктор, аксиальный с проходящим внутри него трубопроводом. Внутри трубопровода в области среднего витка индуктора и с ним в одной плоскости имеется перегородка, образующая зазор по ее периметру с внутренней стенкой трубопровода. В зоне зазора напряженность вихревой электрической компоненты поля имеет наибольшую величину.

Известное устройство применяется следующим образом.

Индуктор подключается к высокочастотному генератору, и протекающий через индуктор ток высокой частоты создает внутри него высокочастотное поле. Подаваемая по трубопроводу жидкость протекает через зазор. После прохождения через зазор жидкость приобретает повышенную активность.

Недостатком данного устройства является то, что применяемое устройство является металлоемким и монтаж на трубопровод является достаточно трудоемким.

Известен способ магнитной обработки жидкости, который может использоваться для опосредственного намагничивания жидкости, способ включает индуцирование жидкости в электромагнитном устройстве, (патент RU 2401809, МПК C02F 1/48, опубл. 20.10.2010, бюл. №29).

Недостатком данного способа является то, что требуется достаточно долгое время для получения намагниченной жидкости в емкости в статическом режиме и то, что данный способ намагничивания жидкости не может быть использован для обработки жидкостей, поступающих на оборудование с теплопередающими поверхностями, вследствие прямоточного режима эксплуатации оборудования.

Известно электромагнитное устройство для обработки жидкости. Данное электромагнитное устройство для обработки жидкости может быть использовано для активации воды при поливе растений, в технологических процессах тяжелой и перерабатывающей промышленности (патент RU 2206516, МПК C02F 1/48, опубл. 20.06.2003).

Недостатком данного устройства при его использовании в различных отраслях промышленности при обработке различных жидкостей является то, что для его монтажа необходимо производить остановку оборудования и его врезку в технологическую систему.

Наиболее близким является устройство для электромагнитной обработки жидкости (патент RU 18068, МПК C02F 1/48, опубл. 20.05.2001 г.). Данное устройство включает подключенный к генератору электромагнитных импульсов индуктор, охватывающий трубопровод, на который попарно смонтировано с зазорами друг относительно друга четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода, один конец которого подключен к генератору электромагнитных импульсов, а второй конец электрически изолирован.

К недостаткам данного устройства можно отнести нестабильность получаемых результатов процесса электромагнитной обработки жидкостей, сравнительно небольшой охват зоны воздействия на жидкость, отсутствие контроля за параметрами эксплуатации устройства для электромагнитной обработки жидкости.

Наиболее близким является способ электромагнитной обработки жидкости, описанный в патенте RU 18068, МПК C02F 1/48, опубл. 20.05.2011 г. Способ осуществляют следующим образом.

Подают жидкость через трубопровод и включают генератор электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов. Протекающий через индукторы ток высокой частоты создает внутри него высокочастотное поле. Подаваемая по трубопроводу жидкость протекает через четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода и которые излучают электромагнитные импульсы, воздействуя на растворенные в жидкости соли. На каждый индуктор подают электромагнитные импульсы, имеющие переменную частоту от 0,1 кГц до 30 кГц с напряженностью электрического поля от 10 вольт на метр до 30 вольт на метр, которые воздействуют на жидкость.

Недостатками способа являются недостаточный охват воздействия на жидкость, небольшой диапазон вырабатываемой частоты электромагнитных импульсов, невозможность подбора оптимальной частоты вырабатываемых электромагнитных импульсов для жидкостей различной минерализации.

Техническими задачами предложения являются:

- повышение эффективности электромагнитной обработки жидкостей за счет воздействия на обрабатываемые жидкости на входе и выходе из аппарата для предотвращения образования накипи (отложения твердых осадков) на теплопередающих поверхностях, с которыми контактируют жидкости, повышение качества обрабатываемой жидкости за счет регулирования диапазона частот электромагнитных импульсов, обеспечение эффективного растворения имеющихся на теплопередающих поверхностях до использования заявленного предложения твердых осадков и микробиологических биообрастаний за счет увеличения охвата зоны электромагнитного воздействия на жидкость;

- эффективное препятствие коррозии внутренних рабочих поверхностей;

- снижение расхода реагентов на подпиточную воду, расходов на энергоресурсы, расходов, связанных с обслуживанием и эксплуатацией аппаратов с теплопередающими поверхностями, снижение трудозатрат.

Поставленные технические задачи решаются способом электромагнитной обработки жидкостей, включающим подачу жидкости через трубопровод, включение генератора электромагнитных импульсов, к выходам которого подключено четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода провода, воздействие на жидкость электромагнитным полем.

Новым является то, что перед подачей жидкости в трубопровод производят отбор проб, воздействуют на жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц с учетом подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей, после электромагнитного воздействия на жидкость производят повторный отбор проб, корректируют диапазон частот.

Поставленные технические задачи решаются устройством для электромагнитной обработки жидкости, включающим генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора.

Новым является то, что устройство снабжено дополнительным генератором электромагнитных импульсов, четыре пары индукторов с обмотками разделены на две равные группы, одна из которых размещена на входном, а другая - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам дополнительного генератора.

Поставленные технические задачи также решаются устройством для электромагнитной обработки жидкостей, включающим генератор электромагнитных импульсов с выходами, четыре пары индукторов с обмотками на трубопроводах, одни концы обмоток которых подключены к соответствующим выходам генератора.

Новым является то, что устройство дополнительно снабжено двумя генераторами электромагнитных импульсов и двумя дополнительными парами индукторов, пары индукторов разделены на две равные группы, одна группа индукторов и одна дополнительная пара индукторов размещены на входном, а вторая группа индукторов и вторая дополнительная пара индукторов - на выходном трубопроводах, при этом одни концы обмоток обеих групп индукторов подключены к соответствующим выходам исходного генератора, а противоположные концы обмоток обеих групп индукторов - к соответствующим выходам второго генератора, одни концы двух дополнительных пар индукторов на входном и выходном трубопроводах подключены к соответствующим выходам третьего генератора, а противоположные концы двух дополнительных пар индукторов электрически изолированы на соответствующих трубопроводах.

На фиг.1 изображена схема устройства для электромагнитной обработки жидкостей по первому варианту, где

1 - исходный генератор;

2 - дополнительный генератор;

3 - входной трубопровод аппарата;

4 - выходной трубопровод аппарата;

5 - аппарат с теплопередающей поверхностью;

6 - общий подающий трубопровод;

7 - общий обратный трубопровод;

8 - градирня;

9 - задвижки;

g₁, g₂, g₃, g₄ - выходы генератора 1;

g 1 1 , g 2 1 , g 3 1 , g 4 1 - выходы дополнительного генератора 2;

I₁, I₂, I₃, I₄ - группа индукторов на входном трубопроводе;

I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 - группа индукторов на выходном трубопроводе;

а₁, а₂, а₃, а₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к генератору 1;

a 1 1 , a 2 1 , a 3 1 , a 4 1 - концы индукторов I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 , подсоединенные к генератору 1;

b₁, b₂, b₃, b₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

b 1 1 , b 2 1 , b 3 1 , b 4 1 - концы индукторов I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 , подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2.

На фиг.2 изображена схема с двумя дополнительными генераторами в устройстве по второму варианту, где

1 - исходный генератор;

2, 2¹ - дополнительные генераторы;

3 - входной трубопровод аппарата;

4 - выходной трубопровод аппарата;

5 - аппарат с теплопередающими поверхностями;

6 - общий подающий трубопровод;

7 - общий обратный трубопровод;

8 - градирня;

9 - задвижки;

g₁, g₂, g₃, g₄ - выходы генератора 1;

g 1 1 , g 2 1 , g 3 1 , g 4 1 - выходы дополнительного (второго) генератора 2;

g 1 2 , g 2 2 , g 3 2 , g 4 2 - выходы дополнительного (третьего) генератора 2¹;

I₁, I₂, I₃, I₄ - группа индукторов на входном трубопроводе;

I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 - группа индукторов на выходном трубопроводе;

I 1 2 , I 2 2 - дополнительная пара индукторов на входном трубопроводе, где оба конца каждого индуктора подключены к выходам g 1 2 , g 2 2 дополнительного генератора 2¹;

I 3 2 , I 4 2 - дополнительная пара индукторов на выходном трубопроводе, где оба конца каждого индуктора подключены к выходам g 3 2 , g 4 2 дополнительного генератора 2¹;

а₁, а₂, а₃, а₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к генератору 1;

a 1 1 , a 2 1 , a 3 1 , a 4 1 - концы индукторов I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 , подсоединенные к генератору 1;

b₁, b₂, b₃, b₄ - концы индукторов I₁, I₂, I₃, I₄, подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

b 1 1 , b 2 1 , b 3 1 , b 4 1 - концы индукторов I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 , подсоединенные к выходам дополнительного генератора 2;

c₁, c₂, c₃, c₄ - концы индукторов I 1 2 , I 2 2 , I 3 2 , I 4 2 соответственно;

c 1 1 , c 2 1 , c 3 1 , c 4 1 - противоположные концы индукторов I 1 2 , I 2 2 , I 3 2 , I 4 2 соответственно.

Механизм электромагнитного воздействия на жидкости объясняется с вступлением генерируемых частот электромагнитных излучений с собственной частотой колебательной системы обрабатываемой жидкости, что обуславливает физический безреагентный характер воздействия на жидкость. Электромагнитному воздействию могут подвергаться различные жидкости, содержащие в своем составе растворенные соли, которые при определенных условиях могут осаждаться на теплопередающих поверхностях с образованием отложений твердых осадков.

Наиболее распространенными жидкостями, содержащими в своем составе различные растворенные соли, являются пресная вода, морская вода, пластовая вода (попутный продукт при добыче нефти). Вода находит наиболее широкое применение в газонефтяной промышленности, теплоэнергетике, металлургической промышленности. При накладывании частот электромагнитных излучений с собственной колебательной частотой воды происходит разбиение кластеров молекул воды (объемное соединение молекул воды) и перестройка структуры воды. Ионы различных солей, растворенных в воде, заключены в гидратную оболочку, при прохождении через индукторы высвобожденные из гидратной оболочки разноименно заряженные ионы солей притягиваются в объеме воды и выпадают в виде шлама (агломерация частиц в объеме), который уносится потоком воды. Важной особенностью является выпадение шлама в виде частиц арагонита (кристаллическая модификация карбоната кальция), имеющего идентичную химическую формулу, как и у кальцита. Арагонит образует игольчатые кристаллы, что обуславливает гораздо меньшую способность частиц солей к адгезии на теплопередающей поверхности, чем у частиц кальцита. Преобразованные в хрупкие кристаллы соли легко смываются с теплопередающей поверхности и уносятся потоком воды. Таким образом, центры кристаллизации формируются не на теплопередающей поверхности, а в объеме воды, что обеспечивает безнакипной режим эксплуатации различных видов оборудования с теплопередающими поверхностями. Например, поступающая пресная вода в режиме оборотного водоснабжения на теплообменный аппарат является более жесткой, чем подготовленная водопроводная вода, являющаяся источником питания для котельных агрегатов и теплообменного оборудования. Кроме того, подаваемая оборотная вода на теплообменный аппарат в условиях системы оборотного водоснабжения и подпиткой с водозабора реки, имеет различную общую минерализацию, а следовательно и различное содержание растворенных в воде солей. В соответствии с этим необходимо отметить, что предлагаемый способ и устройство для электромагнитной обработки жидкостей обеспечивают безнакипной режим эксплуатации аппаратов с теплопередающими поверхностями (далее аппараты) в течение продолжительного времени. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает предотвращение отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях и разрушение уже существующих отложений твердых осадков на теплопередающих поверхностях эксплуатируемых аппаратов на объектах различных отраслей промышленности, снижение скорости коррозии, например, оборотной воды в 2-3 раза, предотвращение и разрушение уже существующих микробиологических обрастаний в аппаратах.

Способ электромагнитной обработки жидкостей осуществляют следующим образом.

Производят отбор проб (с определением физико-химического состава, например, содержания солей) обрабатываемой жидкости. Жидкость с градирни 8 (см. фиг.1) подают по общему подающему трубопроводу 6 на аппарат с теплопередающими поверхностями 5 через входной трубопровод аппарата 3, на который наматывают индукторы, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2, снабженным световыми индикаторами, мигание которых свидетельствует о штатной работе устройства для электромагнитной обработки жидкостей. Далее жидкость проходит через теплопередающие поверхности аппарата 5 и уже нагретая проходит через выходной трубопровод 4 аппарата, на который также намотаны индукторы, концы которых подключены к двум генераторам 1, 2. Воздействуют на обрабатываемую жидкость в диапазоне частот 0,2-100 кГц. На выходе из аппарата производят повторный отбор проб (оценивают изменение физико-химического состава). Нагретая жидкость с аппарата поступает в общий обратный трубопровод 7 и далее возвращается в градирню 8 на охлаждение.

На входном, выходном трубопроводах 3, 4 аппарата 5 с теплопередающими поверхностями попарно монтируют с зазорами друг относительно друга четное количество (четыре пары) индукторов (I₁, I₂, I₃, I₄ и I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 ) (фиг.1). Каждый индуктор выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода, оба конца которого подключены к двум генераторам. В каждой паре индукторов витки одного излучателя навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки. Генераторы 1, 2 создают электромагнитные импульсы переменной частоты. Индукторы внутри трубы формируют магнитное поле со спектром излучаемых частот в диапазоне 0,2-100 кГц и амплитуду напряжения импульсов от 200 до 700 В с учетом оптимального подбора диапазона частот для конкретного типа жидкостей (в зависимости от физико-химических параметров обрабатываемой жидкости, например, содержания солей и/или размеров частиц солей выпавших в объеме жидкости). Способ электромагнитной обработки жидкостей можно осуществлять в широком диапазоне содержания солей жесткости (от 0,001 до 30000 мг/дм³).

Диапазон частот корректируют в зависимости от физико-химического состава при отборе проб. Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе больше, чем на входе, значит, в процессе электромагнитной обработки происходит разрушение существующей накипи на теплопередающих поверхностях и выпадение солей жесткости в объеме воды. Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе равно содержанию солей жесткости на входе, значит, в процессе электромагнитной обработки происходит выпадение всех солей жесткости в объеме жидкости. При равенстве содержания солей жесткости на входе и выходе из аппарата с теплопередающими поверхностями или при большем содержании солей жесткости в жидкости на выходе, чем на входе в аппарат с теплопередающими поверхностями, корректировку диапазона частот электромагнитных импульсов не производят.

Если, при прохождении жидкости через аппарат с теплопередающими поверхностями содержание солей жесткости на выходе меньше, чем на входе, значит, происходит процесс отложений солей жесткости (твердые отложения) на теплопередающих поверхностях аппарата. В этом случае производят корректировку диапазона частот электромагнитных импульсов, вырабатываемых устройством для электромагнитной обработки жидкостей.

Корректировку диапазона вырабатываемых частот также производят по размеру частиц солей (по гранулометрическому составу), выпавших в объеме обрабатываемой жидкости. Наиболее оптимальной частоте соответствует наименьший размер частиц, выпавших в объеме обрабатываемой воды.

Это приводит к изменению энергетического состояния молекулы воды и созданию условий для кристаллизации растворенных солей с образованием в массе жидкости взвешенных микрокристаллов, обладающих свойством не прикипать, не прилипать, не осаждаться на дно и находиться в объеме жидкости. При помощи постоянно корректируемого диапазона частот способ обеспечивает постоянный электромагнитный резонанс, электромагнитное поле отталкивает одноименно заряженные катионы солей от поверхности трубопровода к центру массы воды, а ионы к стенкам нагрева, что способствует постепенному разрушению ранее образованных отложений твердых осадков. Оптимальное воздействие на воду также обеспечивается подобранной частотой вырабатываемых импульсов от 0,2 до 100 кГц, что отображается на наименьших среднеарифметических размерах частиц, образующихся в объеме воды после электромагнитной обработки и характеризующие качество обработки жидкостей.

Применительно к предлагаемому изобретению необходимо выделить то, что в нем для увеличения зоны охвата электромагнитного воздействия на жидкость, подаваемую на аппарат (фиг.1), электромагнитному воздействию подвергается не только поступающая жидкость на аппарат, но и отводящаяся жидкость с аппарата, путем установки четырех пар индукторов (8 индукторов) I₁, I₂, I₃, I₄, I 1 1 , I 2 1 , I 3 1 , I 4 1 на входном и выходном трубопроводах аппарата (индукторы разделены на 2 равные группы, по 4 индуктора на входном и выходном трубопроводах). Два индуктора образуют одну пару индукторов.

Одни концы каждого индуктора (а₁, а₂, а₃, а₄) и ( a 1 1 , a 2 1 , a 3 1 , a 4 1 ) подсоединены к выходам генератора 1 (g₁, g₂, g₃, g₄), а противоположные концы каждого индуктора (b₁, b₂, b₃, b₄) и ( b 1 1 , b 2 1 , b 3 1 , b 4 1 ) к выходам дополнительного генератора 2 ( g 1 1 , g 2 1 , g 3 1 , g 4 1 ). В каждой паре индукторов один электрически изолированный провод индуктора намотан на входном, выходном трубопроводах по часовой стрелке, а другой электрически изолированный провод индуктора на входном, выходном трубопроводах против часовой стрелки.

В устройстве по первому варианту с одним дополнительным генератором 2 используют 4 пары индукторов.

В устройстве по второму варианту добавляется два дополнительных генератора и две дополнительные пары индукторов, по одной паре индукторов ( I 1 2 , I 2 2 ) на входной 3 и паре индукторов ( I 3 2 , I 4 2 ) на выходной 4 трубопроводы аппарата (фиг.2) с теплопередающими поверхностями 5. Одни концы (c₁, c₂, c₃, c₄) двух дополнительных пар индукторов I 1 2 , I 2 2 , I 3 2 , I 4 2 подключены к выходам ( g 1 2 , g 2 2 , g 3 2 , g 4 2 ) дополнительного (третьего) генератора 2¹, противоположные концы ( c 1 1 , c 2 1 , c 3 1 , c 4 1 ) двух дополнительных пар индукторов I 1 2 , I 2 2 , I 3 2 , I 4 2 электрически заизолированы на входном и выходном трубопроводах соответственно. Противоположные концы ( c 1 1 , c 2 1 ) индукторов ( I 1 2 , I 2 2 ) - на входном трубопроводе 3 и противоположные концы ( c 3 1 , c 4 1 ) индукторов ( I 3 2 , I 4 2 ) - на выходном трубопроводе 4.

В устройстве по второму варианту с двумя дополнительными генераторами 2 и 2¹ (см. фиг.2) 6 пар индукторов. В свою очередь, количество генераторов в устройстве зависит от геометрических размеров трубопроводов, физико-химических параметров жидкостей, которая по ним протекает с учетом экономической целесообразности. Т.е. в устройстве может быть один дополнительный генератор (по первому варианту) и два дополнительных генератора (по второму варианту) для электромагнитной обработки жидкостей.

Таким образом, формируется система, состоящая из симметрично пересекающихся между собой проводов индукторов, увеличивающая охват зоны электромагнитного воздействия на жидкость.

В процессе такого комплексного воздействия на жидкость происходит более глубокое электромагнитное воздействие на жидкость, что отображается на среднеарифметических размерах частицах твердых осадков, отложенных на теплопередающих поверхностях. Преимуществом предлагаемого устройства для электромагнитной обработки жидкостей по сравнению с прототипом является увеличение охвата зоны электромагнитного воздействия на различные жидкости за счет монтажа пар индукторов на вход