Автоматизированные системы очистки технологического оборудования

В ряде отраслей промышленности, в частности нефтехимической, где производство связано с получением, переработкой и транспортировкой порошкообразных материалов, возникает необходимость автоматизировать и интенсифицировать производственный процесс и свести к минимуму аварийные ситуации, при которых возникают закупорки трубопроводов, образуются отложения на внутренних поверхностях абсорберов, теплообменных аппаратов.

В настоящее время существуют различные способы и устройства, предназначенное для предотвращения налипания и удаления отложений в металлических емкостях.
Наибольшее распространение получили электровибраторы. Однако нередко эти устройства не обеспечивают достаточного качества очистки, особенно при увеличении сил сцепления материала с обшивкой оборудования. Электровибраторы, установленные на массивной подложке к очищаемой поверхности, создают в последней значительные внутренние знакопеременные напряжения, что зачастую приводит к разрывам и разрушениям мест крепления подложки и очищаемой конструкции.

Пневмообрушители, принцип работы которых основан на разрушении свода путем воздействия на рабочую камеру разнонаправленных потоков сжатого агента, также имеют ряд недостатков. Во-первых, пневмообрушители недостаточно эффективны при удалении отложений в крупногабаритных бункерах. Во-вторых, реагент, подаваемый и емкость, изменяет аэродинамику воздушных потоков, что нередко неприемлемо по требованиям технологического процесса. В-третьих, пневмообрушители не очищаю налипший к внутренней поверхности слой, что с течением времени приводит к образованию трудно разрушимых отложений.

Нередко на предприятиях все еще используют ручные средства для обрушения свода отложений, что приводит к деформации и преждевременному изнашиванию оборуования.

Для эффективной очистки оборудования от налипшего на стенку материала необходимо воздействовать таким импульсом силы, чтобы разрушить адгезионные связи материала с обшивкой. При этом напряжения, возникающие при колебаниях поверхности, ни должны превышать предела текучести материала. Этим условиям наиболее полно удовлетворяет магнитно-импульсный способ воздействия на очищаемые поверхности, который положен в основу автоматизированных систем очистки (АСО).

Отличием магнитно-импульсного способа от других методов очистки является возможность получения кратковременного импульса электромагнитной силы и регулирования его амплитуды при малом потреблении энергии.

Рис. 1 Источник импульсного электропитания с пультом управления

AСO воздействует на очищаемую обшивку присоединенной массой возбудителя мгновенной (в течение 1...5 мс) нагрузкой. При этом достаточная для обрушения свода нагрузка не приводит к пластической деформации обшивки. Удаление отложений материала достигается только за счет внутренней энергии упругой деформации очищаемой конструкции. Время воздействия силовой нагрузки на порядок меньше мерных частот собственных колебаний очищаемой конструкции. Поэтому передача энергии характеризуется двумя параметрами: величиной импульса и длительностью его прохождения.

Благодаря этому, во-первых, при широком диапазоне величины импульса достигается необходимая эффективность очистки при большом сроке службы оборудования (до 10 лот и более), а во-вторых, при оптимальных геометрических и электрических параметрах индуктора достигается наивысший КПД преобразования энергии накопителя в механическую энергию колебания очищаемой конструкции.

АСО имеют существенные преимущества с точки зрения капитальных, эксплуатационных и экологических параметров перед известными устройствами аналогичного назначения (пневмообрушители, электровибраторы и др.).

Конструктивно АСО состоит из импульсною источника питания, дистанционного пульта управления и индукторов (возбудителей), подключенных  к источнику питания с помощью соединительного провода. Индуктор представляет собой плоскую двухслойную многовитковую катушку, залитую ударопрочным компаундом, Между индуктором и очищаемой поверхностью располагается якорь. Индуктор с якорем с помощью несущей конструкции плотно прижимается двумя болтами к внешней стороне очищаемой поверхности оборудования.

Формирование импульсного магнитного поля происходит в индукторе в процессе разряда на него кратковременного импульса тока от источника питания. При пропускании через катушку импульсного тока в якоре наводятся вихревые токи, о результате взаимодействия этих двух токов и возникает электромагнитная сила отталкивания якоря и индуктора.

Обрушение свода, а также очистка внутренних поверхностей происходит в результате упругих свободных колебаний обшивки: обшивка вместе с массой налипшего материала приобретает знакопеременное ускорение, в результате чего адгезионные связи между частицами материала и поверхностью разрушаются.

Для эффективного обрушения CВОДА и очистки емкости от налипшего материала к очищаемому оборудованию необходимо прикладывать импульс достаточной силы. Для этого в установке АСО предусмотрено плавное регулирование напряжения заряда источника питания. Однако здесь необходимо yчесть, что внутренние напряжения в материале обшивки, возникающие при упругих колебаниях, не должны превышать предела текучести материала oбшивки.

АСО чаще всего "обслуживает" несколько емкостей. Источник питания АСО обычно многоканальный. Число каналов (индукторов) - до 16 (зависит от числа очищаемых емкостей и мест наиболее вероятного образования свода, зависания или налипания материала на каждой емкости).

Срабатывание индукторов осуществляется по круговому циклу. Включение и отключение одного или группы индукторов может осуществляться либо вручную с помощью пульта управления AСO, либо автоматически oт внешнею сигнала, контролирующего включение или отключение механизмов транспортирования материала.

Индукторы. как правило, устанавливаются в зонах выхода материала, где наиболее вероятно образование свода и где имеются предпосылки для налипания материала.

Рис. 2 Узел крепления индуктора к внешней поверхности очищаемого бункера

Несущая конструкция системы обвязки индукторов представляет собой швеллер, скрепленный таким образом, чтобы предотвратить распространение волн на очищаемую обшивку.

Индуктор прижимается к внешней стороне очищаемой обшивки с помощью двух болтов через втулки в швеллере. Сила прижатия индуктора к обшивке должна быть такой, чтобы она не нарушала упругие свойства обшивки. На практике это осуществляется завинчиванием болтов вручную. Для предотвращения отвинчивания болтов устанавливают контргайки.

В некоторых случаях индукторы находятся на значительном расстоянии от источника питания. Наличие протяженных  передающих линий приводит к дополнительным потерям энергии и снижает КПД установки. Рекомендуемая длина соединительного провода - не более 30 м. При  этом  необходимо  соблюдать следующие условия: сечение многожильного медного кабеля при длине до 5 м должно быть не менее 4 мм до 10 м - не менее б мм, до 20 м - не менее 8 мм.

Рис. 3 Пример расположения индукторов

Воздействие индукторов на стенки очищаемой конструкции производит максимальный эффект обрушения свода при движении материала в емкости, поэтому работу АСО следует синхронизировать с приводом механизма транспортирования материала. В противном случае можно получить отрицательный эффект уплотнения материала в очищаемой конструкции.

Выбор интервала следования импульсов также зависит от временных характеристик движения материала. В связи с этим необходимо использовать истопник питания с быстрым нарядом конденсаторных батарей и соответственно частым (~1?3 с) интервалом следования импульсов срабатывания индукторов.

Рис. 4 Система обвязки индуктора

Таким образом, для получения наибольшего эффекта при удалении отложений при выборе типа установки АСО важно учесть все конструктивные особенности очищаемой емкости, а также технологические параметры работы оборудования.

АСО можно эффективно использовать для предупреждения образования отложений, налипания на рабочих поверхностях абсорберов, приемных и промежуточных бункеров, дозаторов, перегрузочных узлов конвейеров и т.д. для обрушения свода и зависания порошкообразных материалов.

АСО может быть также рекомендовано для очистки внутренних поверхностей бункерного хозяйства предприятий циклонов и абсорберов, теплообменных аппаратов, а также желобов и течек для перемещения кокса.

Описанные системы позволяют при высоком качестве и надежности обеспечить непрерывность технологических процессов автоматизировать процесс перемещения, дозирования материалов.