Способ очистки внутренней поверхности трубопровода
Изобретение относится к технологиям, применяемым для очистки внутренних поверхностей безнапорных и напорных трубопроводных систем водоснабжения и канализации, различных емкостных и других гидротехнических сооружений от различных типов твердых отложений. В способе, по которому в жидкости, находящейся в трубопроводе, подачей импульсов сжатого воздуха генерируются не менее двух ударных волн для циклического воздействия на каждый участок отложения, в каждый цикл очистки генерируется запирающая и разрушающая волны, при этом запирающая ударная волна от источника генерации, расположенного ближе к выходу очищаемого участка трубопровода по ходу движения жидкости, распространяется под углом α, выбираемым из соотношенияк вектору скорости переноса жидкости, а разрушающая ударная волна от источника генерации, отстоящего от источника генерации запирающей волны на расстоянии L, назначаемом из соотношения где D - диаметр или другой характерный размер поперечного сечения, и откладываемого вдоль оси очищаемого участка в направлении, противоположном вектору скорости движения жидкости, распространяется под углом
к вектору скорости движения жидкости, а сдвиг δt по времени начала генерации разрушающей волны относительно запирающей определяется из соотношения
Способ обеспечивает временное запирание зоны очистки, снижение скорости перемещение жидкости в этот момент и тем самым повышение силового воздействия на отложения в зоне очистки и эффективность очистки в целом.
Изобретение относится к технологиям, применяемым для очистки внутренних поверхностей безнапорных и напорных трубопроводных систем водоснабжения и канализации, различных емкостных и других гидротехнических сооружений от различных типов твердых отложений, и может быть использовано для обеспечения функционирования приведенных выше объектов в расчетном режиме в различных отраслях промышленности. Особенно актуальна эта задача для предприятий с замкнутым оборотным циклом водоснабжения с высокими расходами и непрерывным технологическим циклом (черная и цветная металлургия, химическое и коксохимическое производство), т. к. уменьшение площади проходного сечения водоподающей или водоотводящей магистрали приводит к возникновению аварийной ситуации и остановке производства. Кроме того, в этих производствах все ремонтные и восстановительные работы необходимо проводить без остановки основного технологического процесса, т.е. без разрыва замкнутого оборотного цикла технологической воды.
Известен искроразрядный способ очистки внутренней поверхности трубопровода (см. Наугольных К.А., Рой И.А. Электрические разряды в воде - М.: Наука, 1974, с.76-80), по которому в жидкости, заполняющей трубопровод, создают электрический разряд, генерирующий волновой процесс, воздействующий на отложения.
Однако применение этого способа на практике является эффективным только в очень узких пределах, т.к. он существенно зависит от стабильности физико-химических свойств жидкости, заполняющей трубопровод и межэлектродное пространство рабочего органа. В большинстве трубопроводных систем (особенно канализационных) переносимая среда имеет широкие границы возможных изменений этих свойств из-за невозможности и отсутствия необходимости контроля за попаданием в нее различных веществ и включений. В связи с этим в большинстве случаев является невозможным генерация искрового разряда в расчетном режиме, что существенно снижает эффективность способа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ очистки внутренней поверхности трубопровода (см. патент Украины №2148, МКИ 5 9/04, 1993), по которому в жидкости заполняющей трубопровод, цикличной подачей не менее двух импульсов сжатого воздуха генерируют ударные волны, которые воздействуют на каждый участок отложений. При этом вторую волну направляют под углом к первой со сдвигом во времени, равным времени достижения фронтом первой ударной волны разрушаемого участка отложений.
Этот способ показал свою эффективность при сравнительно невысоких (до 1 м/с) скоростях движения переносимой жидкости в трубопроводе. Объясняется это тем, что для реализации эффективного механизма разрушения отложений существенным является непосредственное воздействие на эти отложения порции сжатого воздуха единичного импульса. Это действие заключается, во-первых, в механическом давлении порции воздуха на поверхность, во-вторых, в “забивании” воздуха в раскрытые микротрещины, что приводит к возрастанию в них давления воды и быстрому разрушению отложений. В случае применения способа-прототипа для очистки трубопроводов при скоростях движения жидкости более 1 м/с и при больших характерных размерах поперечного сечения магистрали после генерации импульса происходит перенос и рассеивание сжатого воздуха каждого отдельного импульса по направлению движения жидкости, которое в общем случае не совпадает с направлением распространения импульса и ударной волны. Это приводит к увеличению площади контактного пятна порции воздуха на поверхности отложений, уменьшению непосредственного давления воздуха на обрабатываемую поверхность, сокращению количества воздуха, попадаемого в отдельно взятую микротрещину, и, в конечном итоге, к снижению производительности процесса очистки.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа очистки внутренней поверхности трубопроводов от отложений, при котором, в случае высоких скоростей движения транспортируемой жидкости и значительных размерах поперечного сечения, путем изменения последовательности следования в одном цикле импульсов сжатого воздуха, взаимного расположения источников генерации ударных волн, направления распространения ударных волн исключалось бы рассеивание сжатого воздуха и обеспечивался компактный размер контактного пятна порции воздуха каждого импульса на обрабатываемой поверхности.
Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки внутренней поверхности трубопровода, по которому в жидкости, находящейся в трубопроводе, подачей импульсов сжатого воздуха генерируются не менее двух ударных волн для циклического воздействия на каждый участок отложения, согласно изобретению в каждый цикл очистки генерируется запирающая и разрушающая волны, при этом запирающая ударная волна от источника генерации, расположенного ближе к выходу очищаемого участка трубопровода по ходу движения жидкости, распространяется под углом α, выбираемым из соотношения
к вектору скорости переноса жидкости, а разрушающая ударная волна от источника генерации, отстоящего от источника генерации запирающей волны на расстоянии L, назначаемом из соотношения
где D - диаметр или другой характерный размер поперечного сечения, и откладываемого вдоль оси очищаемого участка в направлении, противоположном вектору скорости движения жидкости, распространяется под углом
к вектору скорости движения жидкости, а сдвиг δt по времени начала генерации разрушающей волны относительно запирающей определяется из соотношения
Под действием запирающей волны и порции воздуха этого импульса, распространяющихся во внутреннем объеме очищаемого участка под углом α к вектору скорости переноса жидкости на этом участке, возникают завихрения и обратные локальные течения жидкости, что приводит к кратковременному запиранию очищаемого участка трубопровода и снижению скорости общего перемещения потока жидкости на этом участке. В результате генерируемая от другого источника разрушающая волна и порция воздуха импульса имеют компактное пятно контакта на поверхности отложений, что обеспечивает высокое разрушающее воздействие на последние, и исключается рассеивание порции воздуха. Выбранные углы распространения волн, база размещения источников генерации и сдвиг во времени обеспечивают надежное временное запирание очищаемого участка и попадание разрушающего импульса в зону с минимальной скоростью перемещения потока, приводя к интенсивному обрушению отложений и росту производительности очистки.
Заявленный способ реализуется следующим образом. Во внутренний объем очищаемого участка трубопровода помещают известное устройство или группу устройств (например, пневмопатрон по патенту Украины №2147, МКИ 5 В 08 В 9/04, 1993), обеспечивающих импульсную подачу сжатого воздуха с гарантированной звуковой скоростью истечения воздуха. При этом благодаря наличию у пневмопатрона (группы пневмопатронов) не менее двух групп выхлопных сопел в каждом цикле генерируются по крайней мере два импульса сжатого воздуха. Сдвиг во времени между импульсами обеспечивается регулировкой времени начала и продолжительности зарядки ресиверов пневмопатронов. Под действием запирающей волны, распространяющейся под углом α к вектору скорости переноса жидкости, определяемым из соотношения (1), от пневмопатрона, размещенного у выхода из очищаемой зоны, даже при скоростях переноса жидкости выше 1 м/с, происходит временное запирание очищаемого объема из-за возникающих завихрений и обратных локальных течений, что определяет снижение скорости переноса жидкости на очищаемом участке в этот момент времени. Через момент времени δt, определяемый из соотношения (4), вторым пневмопатроном (второй группы выхлопных сопел), отстоящим от источника генерации запирающей волны на расстоянии L, назначаемом из соотношения (3), генерируется разрушающая ударная волна, направленная под углом β<45° к вектору скорости потока жидкости. Так как скорость течения жидкости в запертом очищаемом участке существенно снижается, импульс воздуха имеет компактное пятно контакта с отложениями в этой зоне и повышенное давление на них, что обеспечивает интенсивное появление в них микротрещин. Кроме того, устраняется рассеивание воздуха во внутреннем объеме и происходит его “забивание” в раскрытые микротрещины отложений и их разрушение. После генерации запирающей и разрушающих волн ресиверы пневмопатронов опорожняются, они подключаются к источнику сжатого воздуха (компрессору), производится зарядка ресиверов пневмопатронов и цикл повторяется.
Таким образом, благодаря изменению последовательности и направлений генерации ударных волн одного цикла, взаимного расположения источников генерации, назначению технологических параметров соотношениями (1)...(4) обеспечивается повышение силового воздействия генерируемых импульсов и в конечном итоге повышение эффективности очистки в целом.
Способ очистки внутренней поверхности трубопровода, по которому в жидкости, находящейся в трубопроводе, подачей импульсов сжатого воздуха генерируются не менее двух ударных волн для циклического воздействия на каждый участок отложения, отличающийся тем, в каждый цикл очистки генерируется запирающая и разрушающая волны, при этом запирающая ударная волна от источника генерации, расположенного ближе к выходу очищаемого участка трубопровода по ходу движения жидкости, распространяется под углом α, выбираемым из соотношения
к вектору скорости переноса жидкости, а разрушающая ударная волна от источника генерации, отстоящего от источника генерации запирающей волны на расстоянии L, назначаемом из соотношения
где D - диаметр или другой характерный размер поперечного сечения, и откладываемого вдоль оси очищаемого участка в направлении, противоположном вектору скорости движения жидкости, распространяется под углом
к вектору скорости движения жидкости, а сдвиг δt по времени начала генерации разрушающей волны относительно запирающей определяется из соотношения
