Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Процесс зачистки считается законченным, если концентрации паров углеводородов в любой точке резервуара и колодца для нефти менее 0,3 г/м³ и величина остаточной пожарной нагрузки в любой точке внутренней поверхности резервуара не превышает 100 г/м².

Заключение о полноте и качестве выполнения зачистки резервуара выдается комиссией на основании визуального осмотра и результатов анализа проб воздуха из резервуара в зависимости от назначения зачистки.

В комиссию по приему зачищенного резервуара входит ответственный за проведение работ по зачистке, главный инженер и представители технических служб предприятия.

1. ОЧИСТКА РЕЗЕРВУАРОВ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКА (КАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД)

1. Общий принцип очистки металлических объектов с помощью ультразвука

Загрязнения днищ резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов образуются главным образом за счет осаждения присутствующих в продукте твердых инородных частиц, а также вследствие коррозии от осаждающейся подтоварной воды, что создает главную проблему при подготовке днища к диагностированию.

Способ очистки контактирующего с жидкостью металла от загрязнений и коррозии с помощью эффекта акустической (ультразвуковой) кавитации состоит в следующем.

Кавитация представляет собой образование в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения р_кр (в реальной жидкости р_кр приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся жидкости, то кавитацию называют гидродинамической, а если вследствие прохождения звуковых волн — акустической. В данном случае рассматривается акустическая кавитация.

При излучении в жидкость контактирующей с ней твердой поверхностью звука с амплитудой звукового давления Р_А, превосходящей некоторую пороговую величину (кавитационный порог), во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся твердой поверхности. Кавитационный порог возрастает в следующих случаях:

• по мере снижения содержания газа в жидкости;

• при увеличении гидростатического давления;

• после обжатия жидкости высоким (порядка 10³ кгс/см² □ 10² МН/м²) гидростатическим давлением;

• при охлаждении жидкости;

• при увеличении частоты звука;

• при сокращении продолжительности озвучивания.

Рисунок 3 - Образование кавитационных пузырей

Кавитационный порог выше для бегущей, чем для «стоячей» волны.

В результате кавитации жидкости на поверхностях контактирующего с ней твердого материала возникают кавитационные каверны, и сплошность слоя загрязнений нарушается. В места разрыва этого слоя проникают кавитационные пузырьки, которые под действием давления транспортируемой среды перемещаются под этим слоем.

При этом происходит их рост, а затем (во время полупериодов сжатия) захлопывание, сопровождаемое кратковременными (порядка 10^-6сек) импульсами давления (до 10³ Мн/м²; 10⁴ кгс/см² и более), способными разрушить даже весьма прочные материалы. В результате часть слоя загрязнений отрывается от внутренней поверхности и уносится потоком среды далее по трубопроводу в очистные отстойники и фильтры.

Давление при захлопывании кавитационных пузырьков повышается при снижении частоты звука и при повышении гидростатического давления; оно выше в жидкостях с малым давлением насыщенного пара. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатическим нагревом газа в пузырьках до температуры порядка 10⁴ °С. При этом в окружающую среду выделяется большое количество энергии, которая вследствие энтропии способствует подогреву жидкости в области твердой поверхности, на которой происходит кавитация.

Появление кавитации ограничивает возможность дальнейшего повышения интенсивности звука, излучаемого в жидкость, вследствие уменьшения её волнового сопротивления Z = С х р (С - скорость звука в жидкости, р - ее плотность) и соответствующего снижения нагрузки на излучатель. Акустическая кавитация и связанные с ней физические явления вызывают ряд эффектов. Часть из них, в том числе очистка поверхностей деталей и объектов, обязана своим происхождением ударам при захлопывании пузырьков и микропотокам жидкости вблизи них. Благодаря этим эффектам акустическая кавитация всё шире используется для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большое число вариантов практического применения ультразвука основано на эффекте кавитации. В частности, научную основу для разработки технологии ультразвуковой очистки металлических объектов заложили исследования в области акустической кавитации, проводившиеся в Акустическом институте (АКИН) имени академика Н.Н.Андреева (г. Москва) под руководством профессора Л.Д.Розенберга.

Ультразвуковая очистка позволяет осуществлять процесс удаления отложений из полости трубопровода без его вывода из эксплуатации и вскрытия, получить высокую степень чистоты внутренней поверхности, исключить применение внутритрубных очистительных снарядов, унифицировать средства очистки по различным значениям диаметра трубопровода.

Процесс ультразвуковой очистки обусловлен рядом явлений, возникающих в ультразвуковом поле высокой интенсивности: акустической кавитацией, акустическими течениями («звуковой ветер» - регулярные течения среды, возникающие в интенсивном звуковом поле), давлением звукового излучения, звукокапиллярным эффектом (аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры и узкие щели под действием ультразвука в режиме кавитации). Исследования, проведенные в АКИН, показали, что в зависимости от вида загрязнения преобладающую роль в очистке играют различные процессы. Так, разрушение слабо взаимосвязанных загрязнений происходит, в основном, под действием пульсирующих (незахлопывающихся) кавитационных пузырьков. На краях пленки загрязнений пульсирующие пузырьки, совершая интенсивные колебания, преодолевают силы сцепления отложений с поверхностью, проникают под отложения, разрывают и отслаивают их. Звуковое давление и звукокапиллярный эффект способствуют проникновению жидкости в микропоры, неровности и глухие каналы в слое загрязнения. Акустические течения совместно с основным потоком среды осуществляют ускоренное удаление загрязнений с поверхности. Если же загрязнения прочно связаны с поверхностью, то для их разрушения и удаления с поверхности необходимо наличие захлопывающихся кавитационных пузырьков, создающих микроударное воздействие на поверхность.

Для обеспечения эффективного режима ультразвуковой очистки внутренней поверхности трубопровода необходим выбор оптимальных значений интенсивности ультразвука J (мощность излучения, приходящаяся на единицу площади фронта звуковой волны) и частоты колебаний f. С повышением частоты кавитационный пузырек не достигает конечной стадии захлопывания, что снижает микроударное действие кавитации. Чрезмерное понижение частоты приводит к увеличению уровня воздушного шума, и требует увеличения габаритов излучателя. По данным АКИН для этой цели оптимальным является диапазон f 18-80 килогерц. Повышение интенсивности J ультразвука сверх определенного предела приводит к увеличению амплитудного значения звукового давления, и кавитационные пузырьки вырождаются в пульсирующие. При малых значениях J слабо выражена кавитация и все вторичные эффекты, возникающие в жидкости при введении ультразвуковых колебаний и определяющие эффективность очистки. Поэтому оптимальный интервал интенсивности J согласно данным составляет 0.5-10 Вт/см² .

Ультразвук возбуждается снаружи объекта на поверхности стенки трубы и вводится в жидкость через стенку, причем он может быть возбужден в виде «стоячей» волны на ограниченном пространстве, либо в виде бегущих волн, распространяющихся вдоль стенки на расстояние, предел которого определяется затуханием колебаний в металле объекта. Если источник колебаний представляет собой точку на поверхности листа, то в металле листа образуется как «стоячие» волны (непосредственно под источником), так и радиально расходящиеся от него бегущие изгибные волны. Для оценки эффективности работы устройства, основанного на эффекте акустической кавитации и имеющего исполнительный орган точечного типа требуется расчет эффективной дальности действия отдельного источника колебаний.

Для выработки ультразвука применяются электроакустические преобразователи, которые трансформируют вырабатываемую генератором энергию электрических колебаний в акустическую. Чаще всего используются магнитострикционные преобразователи. Недостатками магнитострикторов принято считать большой вес и склонность к перегреву, но первый из них здесь используется для плотного прижатия источника к объекту, а для исключения второго в настоящем работе предусмотрена реконструкция системы контурного охлаждения применяемого типового магнитостриктора.

Эффект магнитострикции заключается в следующем. Если кристаллы ферромагнитного материала одновременно попадают в два параллельных магнитных потока, один из которых постоянен по направлению, а второй периодически меняет его на противоположное, то векторное сложение этих потоков вызывает периодическую перемену знаков у зарядов на гранях этих кристаллов так, что эти заряды то однополярны (и кристалл стремится к растяжению), то противополярны (и кристалл стремится к сжатию), что и вызывает образование в металле механических (звуковых) колебаний частиц. При этом частота звука соответствует частоте колебаний переменного магнитного потока.

Высокая эффективность УЗ воздействий на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями и опытом более чем полувекового применения на ряде предприятий различных отраслей промышленности. Несомненные достоинства УЗ колебаний обеспечивают их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, сельского хозяйства, медицины, бытового обслуживания. Эту проблему решают, в том числе представленные в данном проекте малогабаритные серийные ультразвуковые приборы. Высокая эффективность реализуемого аппаратами ультразвукового воздействия, простота в эксплуатации, малые габаритные размеры и относительно низкая стоимость обуславливают их широкое применение в различных целях.

При распространении ультразвуковых колебаний в среде возникают чередования сжатия и разряжения, причем амплитуда сжатия, всегда соответствует амплитуде разряжения, а их чередование соответствует частоте колебаний ультразвуковой волны. Это явление называется ультразвуковым давлением. Излучатель ультразвука не только приводит в движение прилегающие к нему частицы обрабатываемой среды относительно положения их равновесия, но и вызывает постоянное их смещение, называемое ультразвуковым ветром. Ультразвуковой ветер проявляется в виде сильных течений, приводящих к перемешиванию среды. Этот эффект представляет существенный интерес, так как известно, что перемешивание в значительной мере ускоряет многие технологические процессы.

1. Общая схема действия системы

Общая схема действия системы состоит в следующем. Аппаратура вырабатывает электрические колебания частотой 20 кГц, которые с помощью магнитостриктора, имеющего заостренный рабочий орган, при его плотном прижатии к металлу днища преобразуются в сферически расходящиеся продольные ультразвуковые волны. Из-за плоской формы объекта эти волны быстро преобразуются в волны нормального типа (изгибные волны Лэмба), концентрически расходящиеся по днищу от источника. На всем пути, в пределах которого волны достаточно активны, они вызывают кавитацию на поверхности днища, за счет которой и решается поставленная задача.

В очищаемый резервуар заливается вода до уровня 150 мм. Оператор в выбранной под очистку зоне устанавливает устройство вертикально на днище, при этом между нижней кромкой обоймы и днищем образуется зазор не менее 20 мм, а магнитостриктор под собственным весом (6 кг) упирается рабочим органом в днище. Оператор включает одновременно ультразвуковой генератор и откачивающий насос. Генератор вырабатывает электрические колебания ультразвуковой частоты, которые преобразуются магнитостриктором в акустические и передаются в металл днища. За счет кавитации в ближайшей зоне происходит отделение загрязнений и продуктов коррозии от металла днища. Потоки воды, создаваемые насосом, усугубляют кавитацию, обеспечивают удаление загрязнений в канализационную сеть, а также обеспечивают принудительное охлаждение магнитостриктора как внешним обтеканием его корпуса, так и прохождением воды по внутреннему охлаждающему контуру. По мере расхода внешней воды до минимального уровня (отмечен на корпусе обоймы) при необходимости производится ее долив из системы водоснабжения.

1. Конструкторская часть

Эскиз предлагаемого устройства показан на рисунке 5

Рисунок 5 - Эскиз устройства для кавитационной очистки днищ резервуаров

Характеристики

Список файлов ВКР