Ультразвуковые установки для борьбы с отложениями накипи
Один из основных теплоносителей, применяемых в технике и коммунальном хозяйстве — вода. Вода является самым лучшим, из известных, универсальных растворителей. Следовательно, любая вода, если только она специальным образом не приготовлена и сохранена, содержит в себе различные соли. Как известно, наличие растворенных солей в воде придает воде свойство, называемое жесткостью. Различают жесткость временную и постоянную. Не будем касаться постоянной жесткости, которую определяют соли, растворимые в воде при любых условиях. Нас интересует временная жесткость, жесткость, обусловленная солями, переходящими при определенных условиях из растворимой — в нерастворимую форму. В частности, это соли кальция Ca, магния Mg и др. Один из способов устранения временной жесткости — нагрев воды до температуры кипения, при этом соли временной жесткости переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Этот осадок называют накипью или твердыми отложениями.
При работе теплообменного оборудования (котлов, теплообменников, испарителей, охладителей и т.п.) на поверхностях нагрева образуются отложения накипи (СаСО3, MgCO3, CaSiO3 , окислы железа и др.). Вследствие этого ухудшается теплопередача — теплопроводность накипи в десятки раз ниже, чем у металла; снижается экономичность и производительность оборудования — при слое накипи в 1 мм пережог топлива составляет 2 ¸ 2,5%, а при 5 мм — до 8 ¸ 10% и т.д. Из-за перегрева металла и коррозии под слоем накипи сокращается срок службы металла труб, происходят аварии металлоконструкций теплообменных агрегатов (свищи, отдулины, разрывы).
Чтобы исключить возможность аварий и продлить срок службы оборудования между профилактиками, необходимо, каким-либо образом исключить возможность образования на теплообменных поверхностях слоя отложений. Существуют физические и химические способы умягчения воды.
Для химического умягчения используемой воды требуются значительные затраты на сооружение и обслуживание химводоподготовки. Умягчение воды с помощью ионообменных материалов или введения комплексонов в открытых системах теплоснабжения, а также при нагреве воды для горячего водоснабжения, как правило, не экономично и экологически вредно[ 1 ]. Кроме того, в большинстве случаев, химические реактивы сами способствуют разрушению металлоконструкций.
Известны безреагентные методы снижения и предотвращения накипеобразования. Наиболее известные из них — магнитная обработка воды, так называемая система «анти-кальций» и ультразвуковые установки очистки и предотвращения отложений.
Магнитная обработка воды основана на прохождение воды через магнитное поле. Предполагается, что магнитное поле изменяет физико-химические свойства воды. В результате этого накипь, либо вообще не должна выпадать, либо отложения накипи должны слабо прикрепляться к стенкам теплообменного оборудования. К сожалению, многолетний опыт применения подобных установок показал низкую эффективность данного метода. В одних случаях получается ожидаемый результат, в других — эффект отсутствует. Результаты применения крайне нестабильны. Чаще встречается отрицательный результат.
В так называемых установках «анти-кальций» через воду, содержащую ионы кальция Ca пропускаются электромагнитные импульсы определенного вида и частоты. Под действием электромагнитных импульсов ионы меняют валентность и растворенные соли кальция переходят в растворимую при нагревании форму. Как следует из названия данного вида установок, их действие распространяется только на «кальциевую» жесткость, что в природных условиях встречается чрезвычайно редко. Обычно накипь — это сложная смесь неорганических солей вместе с органическим осадком. Кроме того, эффект перемены валентности действует ограниченное время, в одном каком то месте вода обрабатывается данной установкой, затем вода проходит по агрегатам, уходит к потребителю и накипь может выпасть в любом, заранее не ожидаемом, месте.
Ультразвуковой метод предотвращения накипеобразования основан на исследованиях, проводившихся в СССР с конца 30-х годов. При воздействии на воду слабых ультразвуковых колебаний образуется множество постоянно смещающихся центров кристаллизации, что затрудняет рост и осаждение кристаллов накипи на теплообменных поверхностях оборудования. Ультразвуковые колебания способствуют интенсивному образованию новых центров кристаллизации в объеме воды и происходит образование шлама в массе жидкости. В результате воздействия ультразвуковых колебаний наблюдается либо прекращение образования отложений, за счет нарушения условий кристаллизации, либо разрыхление образующейся накипи. В слое накипи под воздействием ультразвуковых колебаний образуются микротрещины, которые, накапливаясь, приводят к разрушению имевшихся отложений и к очистке оборудования. Шлам удаляется с током воды или продувкой. Следует учесть, что данный метод физический и действует на все виды солей и органических отложений независимо от их химического состава. Желательно, после теплообменного агрегата, который защищен ультразвуковыми установками, установить устройство, задерживающее взвесь коагулированной накипи, чтобы не засорять потребителей. Для этих целей нами разработан ряд (по расходу воды) инерционно-гравитационных грязевиков, полностью справляющихся с этой задачей и имеющих при этом минимальное гидравлическое сопротивление.
Данный метод является наиболее эффективным и универсальным из безреагентных физических методов, экономичен, экологически чист, безопасен для оборудования и персонала. Может сочетаться с вводом комплексонов и химводоподготовкой воды.
Широкое внедрение УЗ-технологий началось в 50-60-х годах, но только в последние годы удалось разработать аппаратуру, сочетающую высокую эффективность и надежность с умеренной стоимостью. Ниже приведена таблица ультразвуковых импульсных установок выпускаемых нашим предприятием.
генератор и излучатель в едином корпусе
ИЛ — 1МХ генератор и излучатель в отдельных корпусах и соединены кабелем в металлорукаве длиной 6,2 м
ИЛ — 2 генератор выполнен в виде отдельного двухканального приборного блока с двумя излучателями
Ультразвуковая очистка. Вопросы и ответы
1. Что такое «ультразвук»?
2. Что такое «кавитация»?
3. Что такое «дегазация» и зачем она необходима?
4. Что такое ультразвуковая ванна (мойка)?
5. Как наилучшим образом произвести ультразвуковую очистку?
6. Какие преимущества ультразвука по сравнению с традиционными методами очистки?
7. Какие области приминения ультразвуковой очистки?
8. Какие загрязнения удаляются в процессе ультразвуковой очистки?
9. Может ли ультразвуковая очистка повредить очищаемые детали?
10. Что такое «прямая» и «непрямая» очистка?
11. Почему для очистки требуется специальный раствор?
12. Какой раствор для очистки лучше использовать?
13. Какой раствор для очистки не следует использовать?
14. Когда следует менять раствор?
15. Зачем нужно сохранять раствор на уровне индикатора резервуара?
16. Какова продолжительность времени очистки?
17. Какова цель нагревателя устройства?
18. Как узнать, правильно ли работает устройство для создания кавитации?
1. Что такое «ультразвук»?
Под ультразвуком принято понимать звуковые волны, частота которых превышает порог слышимости человека (в диапазоне примерно 16 кГц — 1 гГц). Кроме того, можно генерировать ультразвук с существенно большей энергией, т.е. намного «громче», чем слышимый звук. В ультразвуковой технологии различают использование слабого сигнала (испытание материалов, медицинские материалы, диагностика) и мощного ультразвука как, например, при очистке ультразвуком, ультразвуковой сварке. Применительно к жидким средам ультразвук нашел применение в так называемом эффекте «ультразвуковой кавитации». Этот эффект взят за основу в работе устройств для ультразвуковой очистки.
2. Что такое «кавитация»?
Кавитация — это быстрое образование и разрушение миллионов мельчайших пузырьков (или полостей [cavity] в жидкости. Кавитация производится за счет чередующихся волн высокого и низкого давления, образуемых звуком высокой частоты (ультразвуком). Эти пузырьки вырастают в размере от микроскопического (в фазе низкого давления) до таких размеров (в фазе высокого давления), при которых они сжимаются и разрываются. Процесс Кавитации, объединенный с химическим воздействием активных веществ моющей жидкости приводит к активному очищению поверхности детали от твердых отложений.
3. Что такое «дегазация» и зачем она необходима?
Дегазация — это первоначальное удаление газов, присутствующих в растворе. После удаления всех газов из чистящего раствора кавитация оказывается более эффективной, так как удаление газов обеспечивает вакуум в образуемых пузырьках. Когда волна высокого давления наносит удар по стенке пузырька, последний разрушается, и выделяемая при разрушении энергия производит очищающее воздействие, ломая связь между деталью и ее загрязнителями.
4. Что такое ультразвуковая ванна (мойка)?
Ультразвуковая ванна (уз ванна) — это емкость для специальной жидкости, в которой создаются колебания с частотой ультразвукового диапазона (частоты от 18 до 120 КГц.). Она состоит из генератора и излучателя колебаний. Генератор формирует электрические колебания с частотой ультразвукового диапазона и глубокой (до 90%) амплитудной модуляцией (50 — 100 Гц. и более, для ванн больших объемов). Излучатель преобразует электрические колебания в механические (ультразвук), которые передаются через стенку ванны в активную жидкостную среду. Желательным является наличие у ванны нагревательного элемента, разогревающего рабочую жидкость до определенной температуры (около 70 град. С.). Установленный таймер (электронный или механический) позволит мастеру заниматься другими вопросами во время работы ванны.
5. Как наилучшим образом произвести ультразвуковую очистку?
Имеется множество факторов, влияющих на ефективность ультразвуковой очистки. Наиболее важнымы являются: правильный выбор чистящего раствора, его температуры, мощность ультразвука и продолжительность очистки. Кроме этого пр выборе ванны необходимо учитывать размеры деталей и узлов, которые будут подвергаться очистке.
6. Какие преимущества ультразвука по сравнению с традиционными методами очистки?
По сравнению с традиционными методами ультразвуковая очистка позволяет:
• свести к минимуму применение ручного труда
• произвести очистку и обезжиривание без применения органических растворителей
• очищать труднодоступные участки изделий и удалять все виды загрязнений
• сокращать время таких процессов, как экстракция, диспергирование, очистка, химические реакции
• исключать дорогостоящую механическую и химическую очистку теплообменного оборудования.
7. Какие области приминения ультразвуковой очистки?
• Автомобильный сервис – промывка карбюраторов, форсунок, инжекторов, отдельных деталей, узлов и целых блоков.
• Медицина – мойка и полировка оптики, стерилизация и очистка хирургических инструментов, ампул, в стоматологии и фармацевтической промышленности; очистка инструмента многоразового применения, литьевых форм.
• Машиностроение – отмывка и очистка деталей, труб, проволоки и т. д. перед финишной обработкой, перед и после обработки деталей и узлов, перед консервацией и после расконсервации деталей, после сварки, шлифования, полировки, для удаления оксидных пленок, снятия заусенец с деталей;
• Приборостроение – мойка и полировка оптики, деталей точной механики, интегральных схем и печатных плат;
• Ремонт оргтехники – очистка узлов и деталей, промывка принтерных головок.
• Типография – очистка типографских валов.
• Химическая промышленность – перемешивание растворов и жидкостей, ускорение реакций, очистка проволочных фильтров, дегазация жидкостей т. д.
• Электронная промышленность – промывка печатных плат, отмывка кремниевых, кварцевых пластин.
• Производство изделий из полимеров — очистка фильер и т.п.
• Ювелирное производство – отмывка ювелирных изделий в процессе производства и в быту.
8. Какие загрязнения удаляются в процессе ультразвуковой очистки?
Основные виды загрязнений, которые удаляются в процессе ультразвуковой очистки, можно объединить в четыре группы:
— твердые и жидкие пленки – разные масла, жиры, пасты и т.п.;
— твердые осадки – частички металла и абразива, пыль, нагар, водонерастворимые неорганические соединения (накипь, флюсы) и водорастворимые или частично растворимые органические соединения (соли, сахар, крахмал, белок и т.п.);
— продукты коррозии – ржавчина, окалина и т.д.
— предохраняющие, консервирующие и защитные покрытия.
9. Может ли ультразвуковая очистка повредить очищаемые детали?
Очистка ультразвуком считается безопасной для всех видов деталей, хотя в некоторых случаях следует соблюдать известную осторожность. Хотя воздействие тысячекратных микровзрывов в секунду является очень мощным, сам процесс очистки безопасен, так как энергия оказывается локализованной на микроскопическом уровне. Наиболее важное соображение, касающееся безопасности изделий — это выбор раствора для очистки. Потенциально вредное воздействие моющего вещества на очищаемый материал может быть усилено ультразвуком. Поэтому ультразвуковая очистка не рекомендуется для следующих камней: опал, жемчуг, изумруд, танзанит, малахит, бирюза, ляпис, коралл.
10. Что такое «прямая» и «непрямая» очистка?
Прямая очистка имеет место, когда детали очищаются в чистящем растворе, который заполняет мойку, обычно изнутри перфорированного поддона или сетчатой корзины (садка). Ограничения по прямой очистке таковы, что должен выбираться такой раствор, который не повредил бы ультразвуковую мойку. Непрямая очистка означает размещение очищаемых деталей во внутреннем неперфорированном поддоне или пробирке, обычно содержащем раствор, которым пользователь не желает напрямую заполнять ультразвуковой резервуар. При выборе непрямой очистки убедитесь, что уровень воды внутри резервуара постоянно поддерживается на уровне заполнения (примерно 30мм от верхнего края резервуара).
11. Почему для очистки требуется специальный раствор?
Грязь пристает к изделиям… если бы этого не было, она просто отпадала бы от них! Назначение раствора — это взломать связь между изделиями и частицами-загрязнителями. Вода сама по себе не обладает очищающими свойствами. Изначальная цель действия ультразвука (кавитация) — помочь раствору проделать эту работу. Раствор для ультразвуковой очистки содержит различные ингредиенты, призванные оптимизировать процесс ультразвуковой очистки. Например, возрастание уровней кавитации возникает как результат снижения поверхностного натяжения жидкости. Раствор для ультразвуковой очистки включает в себя эффективный смачивающий агент или поверхностно-активное вещество.
12. Какой раствор для очистки лучше использовать?
Современные растворы для очистки составляются из множества разнообразных моющих веществ, увлажняющих агентов и других реактивных компонентов. Имеется большое разнообразие отличных формул, разработанных для специальных применений. Правильный выбор очень важен для обеспечения необходимой чистящей активности и для предотвращения нежелательной реакции с обрабатываемой деталью.
13. Какой раствор для очистки не следует использовать?
Категорически запрещается применять горючие вещества либо растворы с низкой температурой вспышки. Энергия, высвобождаемая при кавитации, преобразуется в тепло и кинетическую энергию, генерируя высокотемпературные градиенты в растворе, и могут тем самым создать опасные условия при работе с воспламеняющимися жидкостями. Кислот, отбеливателей и побочных продуктов отбеливания следует по возможности избегать, хотя они могут применяться при непрямой очистке в соответствующем контейнере для непрямой очистки (например, в стеклянной пробирке) и с соблюдением необходимых мер предосторожности. Кислота и отбеливатели могут повредить резервуары из нержавеющей стали и/или создать опасные условия.
14. Когда следует менять раствор?
Раствор для очистки должен заменяться на свежий, если эффективность раствора заметно снизилась или если раствор стал визуально грязным. Свежая партия раствора для каждого сеанса очистки необязательна.
15. Зачем нужно сохранять раствор на уровне индикатора резервуара?
Уровень раствора всегда должен поддерживаться на уровне индикатора в резервуаре при вставленных поддонах или пробирках. Система ультразвуковой очистки — это «настраиваемая» система. Неверно установленные уровни раствора изменяют характеристики среды, могут воздействовать на частоту системы, снижать эффективность и в принципе повредить мойку. Поддержание нужного уровня раствора обеспечивает оптимальную циркуляцию раствора вокруг деталей и защищает нагреватели и передатчики от напряжений и перегрева.
16. Какова продолжительность времени очистки?
Продолжительность очистки может варьироваться, в зависимости от таких факторов, как загрязнение, раствор, степень нужной очистки. Хорошо видимое глазу удаление грязи начинается сразу же после начала ультразвуковой очистки. Регулирование продолжительности очистки — самый легкий (и наиболее часто неправильно применяемый) способ компенсации переменных процесса. Хотя продолжительность цикла нового применения может быть приблизительно определена опытным пользвователем, она должна тем не менее подтверждаться фактическим использованием с выбранным раствором и реальными загрязненными деталями.
17. Какова цель нагревателя устройства?
Первичной целью нагревателя устройства является поддержание температуры раствора между циклами очистки. Огромная энергия, высвобождаемая кавитацией, генерирует тепло для очистки.
18. Как узнать, правильно ли работает устройство для создания кавитации?
Плохое качество очистки в большинстве случаев возникает из-за неправильного контроля над одной или несколькими переменными процесса: выбор неправильного моющего раствора, недостаток тепла, недостаток времени для удаления того или иного вида загрязнения. Если вы подозреваете, что ваша ультразвуковая мойка не создает нужную кавитацию, имеется два простых теста, которые вы можете выполнить: «тест на предметном стекле микроскопа» и «тест на фольге».
Размещено компанией ООО «Квинтал» [24.09.2008]
