WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Создание математической модели образования отложений продуктов коррозии на теплопередающих поверхностях

На правах рукописи

ИСЯНОВА АНАСТАСИЯ РАМИСОВНА

СОЗДАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ НА ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2009

Работа выполнена в ГОУВПО «Московский энергетический институт (Технический университет)» на кафедре Технологии воды и топлива

Научный руководитель: — доктор технических наук, профессор Петрова Тамара Ивановна
Официальные оппоненты: — доктор технических наук Кукушкин Александр Николаевич — кандидат технических наук Кирилина Анастасия Васильевна
Ведущая организация: — ОАО «Фирма «ОРГРЭС»

Защита состоится «___» _______ 2009 года, в ___ час. ___ мин. в _____ на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «___» __________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.07

к.т.н., профессор Лавыгин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из причин снижения надежности оборудования, а, следовательно, возникновения повреждений поверхностей нагрева современных котельных агрегатов, является образование отложений на теплопередающих поверхностях. Анализ состава внутритрубных отложений котельных агрегатов, показывает, что их основная доля приходится на продукты коррозии железа (80-85%).

При переходе к высоким рабочим параметрам скорость образования отложений на внутренних поверхностях нагрева котельных агрегатов повысилась, что, в свою очередь, привело к снижению межпромывочного периода. Для оценки межпромывочного периода, а также для повышения надежности работы оборудования, практическое значение имеют количественные и качественные характеристики внутритрубных отложений продуктов коррозии железа.

В настоящее время единственным способом оценки скорости образования отложений продуктов коррозии железа является метод вырезки труб после останова котла, что малопригодно для диагностирования процесса образования отложений.

Моделирование процесса образования отложений продуктов коррозии конструкционных материалов, учитывая качество теплоносителя (воды) и рабочие параметры оборудования, позволит спрогнозировать скорость образования внутритрубных отложений.

Имеющиеся в настоящее время математические модели, описывающие процесс образования отложений, как правило, учитывают тепловой поток и концентрацию продуктов коррозии конструкционных материалов в воде. Оценить влияние других параметров, не входящих в явном виде в математические модели, практически невозможно. Кроме того, не всегда описаны теплотехнические условия, на основании которых предложена математическая модель.

Поэтому составление математической модели процесса образования отложений продуктов коррозии железа применительно к конкретным рабочим параметрам оборудования с оценкой влияния максимального количества значимых факторов, имеет большое научное и практическое значение.

Цель работы состоит в разработке математической модели образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях и оценке влияния отдельных параметров - теплового потока, времени, концентрации продуктов коррозии железа в воде и других параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при различных водно-химических режимах (ВХР).

Задачи исследования:

  1. Оценить влияние отдельных параметров (тепловой поток, тип ВХР, температура среды, температура стенки, скорость потока, рН и др.) на скорость образования отложений продуктов коррозии железа применительно к условиям работы труб барабанного котла.
  2. Разработать физико-химическую модель процесса образования отложений продуктов коррозии железа, учитывающую процессы коррозии.
  3. Разработать математическую модель процесса образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях с учетом максимального количества значимых факторов, влияющих на этот процесс.

Научная новизна работы:

  1. Впервые проведена оценка влияния отдельных параметров (теплового потока, времени, значения pH, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и др.) на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при трех ВХР: аммиачном (АВР), кислородно-аммиачном (КАВР) и восстановительном (ВВР).
  2. Получены математические зависимости, позволяющие прогнозировать изменение скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающей поверхности при различных тепловых потоках и постоянных параметрах работы оборудования для трех ВХР: АВР, КАВР и ВВР.

3. Впервые получены уравнения для расчета скорости образования внутреннего и внешнего слоев отложений на теплопередающих поверхностях.

4. Впервые рассчитаны коэффициенты диффузии кислорода для трех ВХР – АВР, КАВР и ВВР при изменении тепловых потоков от 50 до 300 кВт/м2.

5. Предложено уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа с учетом того, что отложения состоят их двух слоев.

Практическая ценность работы. В настоящее время в литературных источниках описывается большое количество математических уравнений, учитывающих различные факторы, влияющие на процесс образования отложений. Однако, практически нет данных, которые позволили бы оценить влияние отдельных факторов и выделить основные.

Выполненный корреляционно-регрессивный анализ экспериментальных данных, полученных при трех ВХР (АВР, КАВР и ВВР) в диапазоне изменения теплового потока от 50 до 300 кВт/м2, позволил установить степень влияния каждого контролируемого в ходе эксперимента параметра на скорость образования отложений продуктов коррозии железа. Полученные в результате корреляционно-регрессивного анализа данные могут служить базой для выбора основных контролируемых параметров в процессе работы оборудования. На основании этих данных было предложено уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях. Следует отметить, что в предложенном уравнении учтен не только непосредственно процесс образования отложений продуктов коррозии железа из теплоносителя, но и процесс коррозии металла.

Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях с учетом рабочих параметров оборудования.

Степень достоверности результатов. Основные научные положения, изложенные в работе, достаточно полно и убедительно подтверждаются результатами экспериментальных и промышленных исследований, приведенными в литературе. Методика проведения расчётов, выполненных с использованием современных программ и вычислительных средств, дает основание утверждать, что полученные данные достоверны.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения работы докладывались на четырех международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, Москва, март 2005, 2006, 2007, 2008 гг.), на конференции Международной ассоциации по свойствам воды и пара (Берлин, сентябрь 2008 г.) и на заседании кафедры Технологии воды и топлива (МЭИ, Москва, декабрь 2008 г.).

Личный вклад автора: разработка модели процесса образования отложений продуктов коррозии железа, учитывающей процессы коррозии; оценка влияния отдельных параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа применительно к условиям работы труб барабанного котла; разработка математической модели скорости образования отложений продуктов коррозии железа во внутреннем и внешнем слоях; анализ проведенных расчетов.

Публикации по работе. По теме диссертации имеется семь публикаций.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Основной материал изложен на 103 страницах машинописного текста, включает 27 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы и определены задачи исследования.

В первой главе приведен обзор литературных данных по факторам, влияющим на процесс образования отложений продуктов коррозии железа на поверхностях котельного оборудования.

Из обзора литературных данных следует, что основными факторами, влияющими на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, являются тепловой поток и концентрация продуктов коррозии железа в воде, изменение которых может привести к увеличению скорости образования отложений в десятки раз. Однако скорость образования отложений продуктов коррозии зависит не только от вышеуказанных факторов.

Так, например, тип ВХР и значение рН теплоносителя влияют на растворимость продуктов коррозии железа, на форму их существования, а также на заряд образующихся частиц, если концентрация продуктов коррозии железа превышает их растворимость. В зависимости от соотношения между зарядом частиц продуктов коррозии железа и поверхности металла изменяется и количество образующихся отложений. Известно, что при АВР продукты коррозии железа находятся в воде преимущественно в виде Fe3О4, при КАВР – в виде Fe(OH)3, скорость образования отложений при КАВР ниже, чем при АВР при одинаковых рабочих параметрах оборудования и концентрации железа в теплоносителе.

При рассмотрении факторов, оказывающих влияние на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, необходимо также учитывать факторы, влияющие на физико-химические и другие процессы, например, гидродинамические, которые, в свою очередь, влияют на массообмен в пристенном слое потока теплоносителя.

Таким образом, на основании проведенного обзора литературных данных сформулирована задача о необходимости выделения из общего количества факторов, влияющих на процесс образования отложений продуктов коррозии железа, основных, которые определяют скорость образования отложений применительно к условиям работы конкретного оборудования.

Во второй главе приведено описание физической модели образования отложений продуктов коррозии железа, включающей в себя следующие стадии: физическое взаимодействие коллоидных и взвешенных частиц с поверхностью трубы; образование твердой фазы из воды в результате снижения растворимости; процессы адсорбции и ионного обмена на поверхности и в порах отложений.

На основании литературных данных выполнен анализ существующих математических моделей, описывающих процесс образования внутритрубных отложений продуктов коррозии железа. Установлено, что подход к созданию моделей и оценка основных факторов, влияющих на процесс образования отложений, у разных авторов значительно отличается.

Одни авторы считают, что определяющим фактором образования отложений продуктов коррозии железа является электростатическое взаимодействие между заряженной частицей и поверхностью трубы. На основании данного предположения авторы выводят зависимость для описания скорости образования отложений продуктов коррозии железа в виде уравнения:

А = k1q2·CFe, (1)

где А – скорость образования отложений продуктов коррозии железа; k1 – коэффициент пропорциональности; q – тепловой поток; СFe – концентрация железа в воде.

На основании тех же представлений о взаимодействии электрических частиц с поверхностью трубы, другими авторами получено следующее уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа:

А = k2q·(CFe-СFeр)d/di, (2)

где k2 – коэффициент пропорциональности; СFeр – концентрация растворенного железа; – плотность теплоносителя; – удельный объем теплоносителя; i – энтальпия теплоносителя.

В другой модели авторы предлагают оценивать скорость образования отложений продуктов коррозии на основании закономерностей массопереноса, протекающего при движении среды, содержащей взвешенные частицы, с учетом влияния на него тепловых и гидродинамических факторов:

(3)

где – отношение наружного диаметра трубы к внутреннему; С – концентрация продуктов коррозии в теплоносителе;, сл – удельные объемы теплоносителя в ядре течения и в пристенном слое соответственно; iсл – энтальпия теплоносителя в пристенном слое.

Некоторые авторы предлагают рассчитывать поверхностную плотность отложений с учетом времени нахождения примеси в объеме теплоносителя:

(4)

где R – радиус трубы; С0 – исходная концентрация вещества в теплоносителе; z – продольная координата; u – скорость потока; – время нахождения примеси в объеме теплоносителя.

Приведенный во второй главе анализ существующих уравнений для расчета скорости образования внутритрубных отложений продуктов коррозии железа показал, что в настоящее время нет единого математического описания механизма образования отложений. Кроме того, оценить влияние параметров, не входящих в явном виде в приведенные уравнения, практически невозможно. Следует также отметить, что значения некоторых коэффициентов и постоянных, входящих в уравнения (1) - (4), справедливы только в условиях проведения экспериментов.

На основании приведенного во второй главе анализа имеющихся математических моделей сформулированы задачи исследования.

В третьей главе представлен корреляционно-регрессивный анализ экспериментальных данных, выполненный с целью оценки влияния отдельных факторов на скорость образования отложений продуктов коррозии железа. Для проведения этого анализа были использованы результаты, полученные на экспериментальной установке кафедры Технологии воды и топлива (рис. 1), т.к. эти данные характеризуют конкретные условия проведения опытов: тип ВХР, теплотехнические параметры, время проведения опытов, концентрацию продуктов коррозии железа.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

1 – бак; 2,2А,2Б – холодильники; 3 – дренаж; 4 – насосы; 5 – ресивер; 6 – газовый баллон с азотом; 7,7А – группа дроссельных вентилей; 8 - теплообменник; 9 – подогреватели; 10,16,17,18 – отбор проб; 11 – емкость для дозирования; 12 – насос-дозатор; 13 – электронагреватель экспериментального участка; 14 - экспериментальный участок; 15 – расходомер; 19 – Н-катионитные фильтры; 20 – фильтр смешанного действия.

Таблица 1

q, кВт/м2 G, л/ч tст, oC tвхв, oC , ч pH ОВП, мВ СFe, мкг/дм3 СNa, мкг/дм3 , мкСм/см н, мкСм/см AобщFe, *102 мг/(см2·ч)
АВР
54,6 73 - 326,4 121 9,2 65 10,5 5,1 5,7 0,82 0,92
48,5 64 340,2 324,7 121 8,9 72 6,8 0,9 5,7 0,38 0,41
50,2 74 329,2 325,2 123 9,1 60 7,8 0,7 6,0 0,20 0,59
48,1 69 327,0 327,9 125 9,3 76 46,3 2,1 5,2 0,40 1,45
51,1 72 334,0 325,7 - 9,2 71 51,6 2,3 5,5 0,38 2,00
150,4 59 349,4 324,3 120 9,4 85 8,5 1,23 5,6 0,41 0,73
159,9 73 332,0 323,3 121 9,1 70 9,0 0,52 5,9 0,31 1,50
149,5 75 322,4 314,5 121 9,1 80 41,6 2,4 6,1 0,20 2,20
294,5 74 340,1 316,8 76 9,3 80 7,6 3,54 5,6 0,32 4,30
298,5 76 338,6 315,8 77 9,1 65 38,2 4,2 5,9 0,34 5,37
КАВР
49,6 72 326,4 329,0 118 8,3 275 5,6 2,8 2,40 0,50 0,37
50,0 71 328,3 327,4 120 8,1 225 38,8 2,5 2,10 0,40 0,45
151,8 70 333,6 322,4 121 8,2 230 9,5 2,9 2,40 0,40 0,73
148,8 62 333,1 324,1 121 7,8 260 10,0 3,3 2,50 0,20 0,41
156,0 71 337,8 323,9 118 8,2 240 39,0 2,5 6,50 0,41 1,10
303,5 80 339,5 318,4 90 8,1 280 8,0 1,2 2,60 0,30 2,00
310,4 63 349,5 314,1 98 8,3 280 6,8 1,42 3,50 0,50 1,67
303,4 61 346,0 316,4 78 7,9 230 45,5 3,3 2,50 0,20 2,40
ВВР
50,8 71 329,8 327,3 120 8,9 -122 8,1 2,6 4,4 0,31 0,266
49,6 72 329,2 327,3 120 9,0 -121 34,2 2,5 4,3 0,30 0,477
50,7 64 329,9 328,0 120 8,4 -127 6,5 2,5 4,4 0,34 0,371
149,7 72 330,8 326,7 120 8,9 -135 7,2 2,9 4,0 0,36 0,472
148,7 74 333,8 326,0 121 8,9 -133 39,4 2,8 3,8 0,31 0,626
288,6 75 329,9 320,1 98 9,0 -143 10,8 3,1 3,8 0,42 1,700
296,9 70 338,4 320,9 102 9,0 -124 35,4 3,0 3,7 0,42 2,250
298,2 66 339,6 321,5 100 8,9 -154 12,1 3,0 4,9 0,34 1,985
297,8 70 339,7 321,1 98 8,9 -117 35,6 3,1 3,8 0,48 1,924
276,7 69 337,6 319,5 106 8,5 -148 40,5 2,8 5,1 0,34 1,839
272,1 63 335,4 319,0 96 8,4 -145 10,6 2,8 5,4 0,32 1,725

Влияние различных параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при различных ВХР

Примечание: q – тепловой поток; G – расход воды; tст - температура стенки экспериментального участка; tвхв - температура воды на входе в экспериментальный участок; – продолжительность эксперимента; pH – значение рН; ОВП – окислительно-восстановительный потенциал; СFe – концентрация железа в воде; СNa - концентрация натрия в воде;, н - электропроводность и электропроводность Н-катионированной пробы воды соответственно; AобщFe - суммарное количество отложений продуктов коррозии железа.

В течение каждого эксперимента все химические и теплотехнические параметры на экспериментальном участке поддерживались постоянными.

Корреляционно-регрессивный анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 1, выполнен по программе STATISTICA 7.0 (фирма-производитель StatSoft Inc, USA), состоящей из набора модулей, в каждом из которых собрана определенная группа методов анализа.

В модуле Descriptive Statistics были определены основные параметры описательной статистики (дисперсия выборки, среднее квадратическое отклонение и пр.), используя которые были рассчитаны коэффициенты корреляции. Анализируя значения коэффициентов корреляции, был сделан вывод, что все параметры, контролируемые в процессе проведения опытов, в той или иной степени оказывали влияние на скорость образования отложений продуктов коррозии железа – все значения коэффициентов корреляции были отличны от нуля (табл. 2).

Таблица 2

Степень влияния контролируемых параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа

Степень влияния параметра АВР КАВР ВВР
1 q q q
2
3 tст
4 G tст
5 tст рН СNa
6 СFe OВП Н
7 СFe OВП
8 Н СNa СFe
9 СNa G G
10 рН
11 OВП Н рН

Примечание: Степень влияния «1» характеризует максимальное влияние параметра, «11» - минимальное.

Сравнение значений коэффициентов корреляции при различных ВХР показало, что наибольшее влияние на скорость образования отложений продуктов коррозии железа оказывал тепловой поток. Влияние других параметров на скорость образования отложений продуктов коррозии железа определялось типом ВХР.

Были получены зависимости, позволяющие прогнозировать изменение скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающей поверхности от теплового потока при прочих постоянных параметрах работы оборудования, для различных ВХР (табл. 3).

Таблица 3

Изменение скорости образования отложений продуктов коррозии железа от величины теплового потока при разных ВХР

АВР КАВР ВВР
1,06 0,686 0,684

Из приведенных данных следует, что максимальное значение скорости образования отложений продуктов коррозии железа соответствует АВР, что согласуется с результатами экспериментальных и промышленных испытаний.

В четвертой главе описаны механизмы образования отложений продуктов коррозии железа, основываясь на предположении, что отложения состоят из двух слоев – внутреннего и внешнего.

Исходя из предположения, что образование внутреннего слоя отложений продуктов коррозии железа обусловлено коррозией металла, были рассмотрены процессы, протекающие на границе раздела металл – внутренний слой. Поэтому моделирование процесса образования внутреннего слоя отложений свелось к разработке математической модели процесса коррозии.

Для расчета скорости образования внутреннего слоя отложений продуктов коррозии железа предложено использовать следующее уравнение:

(5)

где AвнутрFe – скорость образования внутреннего слоя отложений продуктов коррозии железа, мг/(см2ч); - безразмерный коэффициент пропорциональности; D – коэффициент диффузии кислорода, м2/с; – время, с; отл – плотность коррозионного оксида, мг/см3.

Основной трудностью использования уравнения (5) являлось определение коэффициента диффузии кислорода.

Используя экспериментальные данные (табл. 1), были рассчитаны коэффициенты диффузии кислорода для трех ВХР (АВР, КАВР и ВВР) и трех значений теплового потока - 50, 150 и 300 кВт/м2. Результаты расчета приведены в табл. 4.

Установлено, что значения коэффициентов диффузии кислорода увеличивались с повышением теплового потока от 50 до 300 кВт/м2 (табл. 4). Максимальное значение коэффициента диффузии кислорода соответствовало КАВР.

Рассчитанные по уравнению (5) скорости образования внутреннего слоя отложений хорошо согласовались с экспериментальными данными, полученными для тех же ВХР при другом составе теплоносителя. Рассчитанные по уравнению (5) значения коэффициентов диффузии кислорода для барабанного котла ТГМ-96 при фосфатном ВХР хорошо согласовались с литературными данными и значениями коэффициентов диффузии кислорода для других ВХР.

Поэтому был сделан вывод об универсальности значений коэффициентов диффузии кислорода для различных условий работы оборудования.

Таблица 4

Коэффициенты диффузии кислорода при различных ВХР и тепловых потоках

q, кВт/м2 pH pOH СOH- СFe, мкг/дм3 AвнутрFe, *102 мг/(см2· ч) (средние значения) D, м2/с
КАВР 50 8,2 5,8 1,58510-6 5,0-10,0 0,15 0,00364 2,26422E-14
~ 40,0 0,17 2,90826E-14
150 8,0 6,0 1,00010-6 5,0-10,0 0,19 0,0028 6,13946E-14
~ 40,0 0,60 6,12245E-13
300 8,1 5,9 1,25910-6 5,0-10,0 0,535 0,00316 3,82184E-13
~ 40,0 0,60 4,80692E-13
АВР 50 9,11 4,89 1,28810-5 5,0-10,0 0,16 0,00924 3,99793E-15
~ 40,0 0,465 3,37676E-14
150 9,2 4,8 1,58510-5 5,0-10,0 0,315 0,00944 1,48462E-14
~ 40,0 0,40 2,39395E-14
300 9,17 4,83 1,47910-5 5,0-10,0 0,64 0,00936 6,23372E-14
~ 40,0 1,48 3,33358E-13
ВВР 50 8,77 5,23 5,88810-6 5,0-10,0 0,1755 0,00708 8,19269E-15
~ 40,0 0,220 1,28741E-14
150 8,9 5,11 7,76310-6 5,0-10,0 0,250 0,00824 1,22734E-14
~ 40,0 0,214 8,99315E-15
300 8,78 5,22 6,02610-6 5,0-10,0 0,956 0,00722 2,33765E-13
~ 40,0 0,977 2,44148E-13

Для моделирования процесса образования внешнего слоя отложений были учтены не только теплотехнические параметры и тип ВХР, но и физико-химические свойства соединений продуктов коррозии железа в теплоносителе. Если рассматривать процесс образования отложений продуктов коррозии железа как процесс, протекающий с изменением химических потенциалов продуктов коррозии железа, которые отлагаются на поверхности металла, то этот процесс наиболее активно будет протекать для соединений, разность химических потенциалов которых в теплоносителе и на поверхности металла больше.

С этой целью, основываясь на фазовом составе продуктов коррозии железа во внешнем слое отложений, определенном экспериментально, были рассчитаны значения свободной энергии продуктов коррозии железа в теплоносителе и внешнем слое отложений при двух ВХР (АВР и КАВР) и тепловых потоках 50 и 300 кВт/м2 (табл. 5).

Таблица 5

Значения свободных энергий продуктов коррозии железа в теплоносителе и внешнем слое отложений (при t ~ 330°С)

Тип ВХР Форма существования продуктов коррозии железа в теплоносителе Fтн, кДж/моль Формула для расчета свободной энергии продуктов коррозии железа во внешнем слое Fвнеш, кДж/моль
АВР (q=50 кВт/м2) Fe(ОН)2, Fe3O4 -190,24 0,26FFe2O3+0,74FFe3O4 -850,20
АВР (q=300 кВт/м2) Fe(ОН)2, Fe3O4 -190,24 0,21FFe2O3+0,79FFe3O4 -862,93
КАВР (q = 50 кВт/м2) Fe(ОН)3 -110,50 0,25FFe2O3+0,75FFe3O4 -852,74
КАВР (q=300 кВт/м2) Fe(ОН)3 -110,50 0,27FFe2O3+0,73FFe3O4 -847,65

Примечание. Fтн свободная энергия продуктов коррозии железа в теплоносителе; Fвнеш свободная энергия продуктов коррозии железа во внешнем слое отложений.

На основании вышесказанного, в уравнение для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа были включены факторы, определяющие кинетику процесса образования внешнего слоя (тепловой поток, время пребывания примеси в объеме теплоносителя, концентрация продуктов коррозии железа в воде) и термодинамические параметры системы теплоноситель - поверхность слоя отложений. Для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа предложено использовать следующее уравнение:

(6)

где AвнешFe – скорость образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа, мг/(см2ч); k – эмпирический коэффициент, (дм3моль)/(чкДж2); СFe – концентрация железа в воде, мг/дм3; Fсист – свободная энергия системы, кДж/моль; q – тепловой поток, кВт/м2; – время пребывания, с.

Были рассчитаны также значения эмпирического коэффициента k для АВР и КАВР (табл. 6); при проведении расчетов были использованы данные, полученные на экспериментальной установке (табл. 1).

Таблица 6

Значения эмпирического коэффициента k для АВР и КАВР

Тип ВХР q, кВт/м2 СFe, мкг/дм3 k, (дм3моль)/(чкДж2)
АВР 50 5,0-10,0 3,367·10-7
~ 40,0 2,210·10-7
300 5,0-10,0 4,198·10-7
~ 40,0 1,116·10-7
КАВР 50 5,0-10,0 1,372·10-7
~ 40,0 0,437·10-7
300 5,0-10,0 1,361·10-7
~ 40,0 0,471·10-7

Проведенные расчеты показали, что значение эмпирического коэффициента k зависит от концентрации железа в воде: при увеличении концентрации железа в воде значение коэффициента k уменьшалось как при АВР, так и при КАВР (табл. 6).

При КАВР увеличение теплового потока с 50 кВт/м2 до 300 кВт/м2 при фиксированной концентрации железа в воде практически не изменяло значение коэффициента k. Следует отметить, что значение коэффициента k зависит от типа ВХР: для КАВР оно в несколько раз меньше, чем для АВР.

Для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа во внутреннем и внешнем слоях (, мг/(см2ч)) предложено использовать следующее уравнение:

(7)

Из анализа уравнения (7) следует, что на скорость образования отложений продуктов коррозии железа влияют не только физико-химические процессы, протекающие на поверхности металла, но и термодинамические параметры системы, содержащей продукты коррозии железа, и временной фактор.

ВЫВОДЫ

1. Предложена физическая модель образования отложений продуктов коррозии железа, учитывающая основные факторы, определяющие процесс образования отложений на различных стадиях.

2. Анализ существующих моделей, приведенных в литературных данных и описывающих процесс образования внутритрубных отложений продуктов коррозии железа, показал, что основными факторами, влияющими на процесс образования отложений, являются тепловой поток и концентрация продуктов коррозии железа в воде.

3. Дана оценка влияния отдельных параметров (теплового потока, времени, pH, концентрации продуктов коррозии железа в воде, ОВП и др.) на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при трех ВХР: АВР, КАВР и ВВР. Установлено, что при всех ВХР наибольшее влияние на процесс образования отложений оказывает тепловой поток; влияние других параметров определяется типом ВХР.

4. Представлены физико-химические процессы, протекающие при формировании внутреннего и внешнего слоев отложений продуктов коррозии железа. Показано, что образование внутреннего слоя отложений продуктов коррозии железа определяется преимущественно процессом коррозии металла.

5. Получено уравнение для расчета скорости образования внутреннего слоя отложений продуктов коррозии железа, показывающее, что основным влияющим фактором является коэффициент диффузии кислорода.

6. Рассчитаны коэффициенты диффузии кислорода при трех ВХР (АВР, КАВР и ВВР) и различных тепловых потоках. Установлено, что максимальное значение коэффициента диффузии кислорода соответствует КАВР.

7. Предложено уравнение для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа, в котором учитываются не только тепловой поток, время пребывания и концентрация продуктов коррозии железа в воде, но и термодинамические параметры тех форм соединений продуктов коррозии железа, которые содержатся в воде и внешнем слое отложений.

8. Определены значения эмпирического коэффициента k в уравнении для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа для двух ВХР: АВР и КАВР. Установлено, что значение коэффициента k снижалось с повышением концентрации продуктов коррозии железа в воде; при КАВР оно было ниже, чем при АВР при одних и тех же условиях проведения экспериментов.

9. Получено уравнение для расчета скорости образования отложений продуктов коррозии железа, в котором учитываются процессы, протекающие во внутреннем и внешнем слоях отложений.

10. Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования скорости образования отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях с учетом условий эксплуатации оборудования.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Исянова А.Р., Петрова Т.И. Анализ расчетных зависимостей скорости образования отложений продуктов коррозии железа в водном теплоносителе // Вестник МЭИ. 2007. - №3. С. 63-66.

2. Петрова Т.И., Селезнёв Л.И., Исянова А.Р. Образование отложений продуктов коррозии железа на теплопередающих поверхностях барабанных котлов // Вестник МЭИ. 2008. - №6. С. 146-150.

3. Исянова А.Р., Петрова Т.И. Выбор основных показателей для создания моделей образования отложений на поверхности труб барабанных котлов // Одиннадцатая междунар. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”: Тез. докл. – М.,2005. – Т.3. – С. 133-134.

4. Исянова А.Р., Петрова Т.И. Влияние величины рН и температуры на растворимость продуктов коррозии железа в воде // Двенадцатая междунар. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”: Тез. докл. – М.,2006. – Т.3. – С. 159-160.

5. Исянова А.Р., Петрова Т.И. Разработка физической модели процесса образования отложений продуктов коррозии в однофазной среде // Тринадцатая междунар. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”: Тез. докл. – М.,2007. – Т.3. – С. 127-128.

6. Исянова А.Р., Петрова Т.И. Оценка влияния различных факторов на скорость образования отложений продуктов коррозии железа на поверхности труб барабанных котлов // Четырнадцатая междунар. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”: Тез. докл. – М.,2008. – Т.3. – С. 128-129.

7. Tamara I. Petrova, Valery I. Kashinsky, Anastasia R. Isyanova, R. Barry Dooley Effect of Water Chemistry on Deposition Rate of Iron Corrosion Products in Boiler Tubes // Proc. ICPWS XV, Berlin, September 8-11, 2008. – www.icpws15.de



 
Похожие работы:

«БОРДАНОВ Сергей Александрович разработка и применение к ИССЛЕДОВАНИ ю РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА С ГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ Специальность 05.14.02 –Электрические станции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Чебоксары 2013 Работа выполнена на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий им. А. А. Фёдорова Федерального государственного бюджетного образовательного...»

«Тамбовский А лексей А лексеевич Разработка и исследование устройств, снижающих энергетические затраты при поддержании теплогидравлического режима тепловых сетей Специальность: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж 2011 Работа выполнена в ГОУВПО Липецкий государственный технический университет Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Губарев Василий Яковлевич Официальные...»

«БОРУШ Олеся Владимировна Эффективность применения парогазовых установок в условиях топливно-энергетического баланса реги о на Специальность 05.14.14 – тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Новосибирск – 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный...»

«БУШУЕВ Евгений Николаевич ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОДООБРАБОТКИ НА ТЭС Специальность: 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Иваново 2010 Работа выполнена на кафедре Химия и химические технологии в энергетике Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ивановский...»

«Журбенко Евгений Александрович исследование радиационных характеристик окончательно остановленных реакторных установок с ввэр Специальность: 05.14.03. Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Национальном Исследовательском Центре Курчатовский институт....»

«Волков Борис Юрьевич ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТОПЛИВА ВВЭР И PWR ПРИ СОВМЕСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ В РЕАКТОРЕ HBWR Специальность 05.14.03 Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 Работа выполнена в Национальном Исследовательском Центре Курчатовский институт в рамках международной кооперации с исследовательским центром Халденский Реакторный...»

«УДК 621.039.5 Федосов Александр Михайлович ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УРАН-ЭРБИЕВОГО ТОПЛИВА РБМК И СОПРОВОЖДЕНИЕ ЕГО ВНЕДРЕНИЯ НА АЭС Специальность 05.14.03 Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук МОСКВА-2008 Работа выполнена в Институте ядерных реакторов Российского Научного Центра Курчатовский...»

«Василенко Владимир Александрович РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНОЙ ГАЗОДИНАМИКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ В ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ И СИСТЕМАХ Специальность 05.14.04 – Помышленная теплоэнергетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар – 2009 Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Трофимов Анатолий Сергеевич Официальные оппоненты:...»

«Гостьков Владимир Васильевич Совершенствование технологии обработки водного теплоносителя на тепловых И АТОМНЫХ Электро станциях на основе использования перспективных ионитов Специальности: 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 05.14.03 – Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново 2008 Работа...»

«Буй Мань Ту Исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло – и хладоснабжения Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук   Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре Тепломассообменных процессов и установок Московского энергетического института (технического университета). Научный руководитель кандидат технических...»

«УДК 662.997:537.22. ТЎРАЕВА ЎЛМАСОЙ ФАРМОНОВНА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ теплоэнергетических УСТАНОВОК С СЕЛЕКТИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ 05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии 05.14.05 - Теоретические основы теплотехники АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«Тутундаева Дарья Викторовна МОНИТОРИНГ ДОПУСТИМОСТИ ПОСЛЕАВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет

«Бурукин Андрей Валентинович Исследование в реакторе МИР.М1 поведения твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива при скачкообразном и циклическом изменении мощности Специальность 05.14.03 Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Димитровград 2010 Работа выполнена в Открытом акционерном обществе Государственный научный центр -...»

«Косов Андрей Викторович ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРА НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ Специальность: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет имени...»

«БУРТАСЕНКОВ Дмитрий Геннадьевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПУТЁМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ Специальность: 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар – 2006 Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете Научный руководитель: канд. техн. наук, доц. Шерстобитов И.В. Официальные оппоненты: д-р техн. наук, проф. Амерханов Р.А.; д-р...»

«ЯРУНИНА Наталья Николаевна оптимизаци я термо динам ич е ских параметров в теплотехническом процессе компримирования газа Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина. Научный руководитель: кандидат...»

«БАЙРАМОВ Артём Николаевич ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНТЕГРАЦИИ АЭС С ВОДОРОДНЫМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Саратов 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Аминов Рашид Зарифович...»

«Кузин Юрий Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ ДИСКОВОГО ТИПА ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЭС И АЭС 05.14.14 Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новочеркасск-2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российский государственный технический университет...»

«Алексеев Александр Вениаминович ИСПЫТАНИЯ В РЕАКТОРЕ МИР ТВЭЛОВ ВВЭР-1000 В РЕЖИМЕ АВАРИИ С ВВОДОМ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ РЕАКТИВНОСТИ Специальность 05.14.03 – ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Димитровград – 2011г. Работа выполнена в открытом акционерном обществе Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов,...»

«МЯТЕЖ аЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель: доктор технических...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.