Ультразвуковые системы серии GENERUS для гидроэнергетики

Защита от накипи котлов и теплообменников в гидроэнергетике.

Применение ультразвука в гидроагрегатах

Обрастание водозаборов, водоводов, сетчатых фильтров и других элементов гидроагрегата, является вредным процессом, который сопровождается ухудшением параметров работы, повышением расхода энергии, усиленным из-носом механизмов и, соответственно, увеличением эксплуатационных расходов. Обрастание может вызвать затруднения с подачей воды по трубопроводам, оно разрушающе действует на защитные покрытия, усиливая коррозию конструкционных материалов. Поэтому очень важно решать проблему обрастания, так как она может привести к опасности разрушения изоляционного материала, и в конечном итоге к остановке гидроагрегата.
Серьезной проблемой при эксплуатации гидросооружений является обрастание элементов гидроагрегата моллюском – тигровая мидия – дрейссена (dreissena polymorpha) (рис.1). Особенно остро эта проблема проявляет себя на гидроэлектростанциях с проточной системой охлаждения обмоток статора генератора.

Обрастание элементов гидроагрегата моллюском – тигровая мидия – дрейссена - dreissena polymorpha
тигровая
мидия

дрейссена
(dreissena polymorpha) (рис.1).

Попадание моллюсков в водоводы системы охлаждения может привести к таким нежелательным последствиям, как внеплановый останов и ремонт агрегата. Размер личинки дрейссены составляет десятки микрон, что позволяет моллюску беспрепятственно проникать в системы охлаждения через сетки фильтров. Высокая численность личинок и комфортная среда обитания способствует быстрой колонизации поверхностей. Развиваясь внутри систем охлаждения, дрейссена значительно сужает диаметры трубопроводов, вплоть до их полного блокирования (рис.2, рис. 2.1.).

Дрейссена значительно сужает диаметры трубопроводов, вплоть до их полного блокирования
Дрейссена значительно сужает диаметры трубопроводов, вплоть до их полного блокирования.Рис 2.
dreissena polymorpha увеличивает скорость биокоррозии биообрастаний
dreissena polymorpha увеличивает скорость биокоррозии, биообрастаний. Рис 2.1.

По информации на сайте www.usgs.gov, в США наибольшая плотность дрейссены (700000 шт./м2) была зафиксирована в системе охлаждения электростанции в штате Мичиган. Диаметр трубопровода при этом был сокращен дрейссеной на 2/3 сечения. Наибольшую опасность дрейссена представляет для конденсаторов пара, поскольку ее размер достаточно велик для того чтобы внезапно оторвавшийся от трубопровода моллюск мгновенно заблокировал канал охлаждения, что приведет к локальному перегреву конденсатора. Последствия подобных внезапных блокирований каналов охлаждения непредсказуемы. В период 2003-2007 гг. из-за засорения дрейссеной остановы гидроагрегатов зафиксированы 91 раз (рис.3). Максимальное количество остановов наблюдается в период июнь – август. Из-за остановов, связанных с засорением дрейссеной, располагаемая мощность снижается на 15-20 МВт в год. Для устранения последствий засорения ежегодно тратится 1-1,5 млн. рублей. Кроме всего прочего наличие на поверхностях обрастания моллюска dreissena polymorpha увеличивает скорость биокоррозии. Масштаб затрат, в какие суммы ежегодно выливается борьба с дрейссеной, впечатляет. По оценкам экспертов конгресса США дополнительные затраты на техническое обслуживание для удаления дрейссены составили в 1993-1999 годы более 3 миллиардов долларов. В среднем на защиту от биообрастаний 1 гидроэлектростанции в США ежегодно расходуется 376000 долларов, а для атомной станции – 822000 долларов.

 

Дрейссена значительно сужает диаметры трубопроводов, вплоть до их полного блокирования
Из-за засорения дрейссеной остановы гидроагрегатов. Рис. 3.

 

На сегодняшний день существует много способов борьбы с биологическими обрастаниями. Среди химических способов наибольшее распространение имеет применение химических реагентов для промывки трубопроводов и противообрастающие покрытия. Существенными недостатками химических способов являются сложность осуществления, частота обработки, необходимость строго соблюдения техники безопасности и норм ПДК. Поскольку применение обеззараживающих веществ и химических реагентов в системах, построенных по открытой схеме, крайне ограничено вследствие большого объема обрабатываемой воды и жестких ограничений по уровню ПДК, практически все системы охлаждения работают без какой-либо защиты. Физические способы предотвращения обрастания дрейссеной представляются перспективными вследствие их безреагентности и безопасности для окружающей среды. К ним относятся ультразвуковой, воздействие постоянным и переменным электрическим током, катодная защита, электрогидравлическое воздействие, термический способ. В частности известно, что при ультразвуковом методе защиты и очистки от обрастания при интенсивности колебаний около 1-2 Вт/см2 в течение нескольких минут отмечается почти полное уничтожение бокоплавов, мидий и брюхоногих моллюсков. Результаты длительных испытаний судовых установок ультразвуковой защиты днища корабля также подтвердили эффективность этого метода.
Однако применять физические способы предотвращения обрастания нерентабельно вследствие низкой производительности, сложности эксплуатации и большого расхода электроэнергии. В частности это было связано с использованием старых советских ультразвуковых генераторов построенных на тиристорах и имеющих ряд схемотехнических недостатков, а в следствии этого они имели большой расход электроэнергии, высокую стоимость и низкую акустическую мощность. Ситуация изменилась с появлением мощных высокочастотных транзисторов, современных схемотехнических решений, новых магнитострикционных излучателей и способов их возбуждения и пьезоэлектрических керамических материалов, на основе которых стало возможным создание малогабаритных, надежных, простых в эксплуатации и дешевых ультразвуковых генераторов и излучателей. Компания ООО «ДЖЕНЕРУС» предлагает Вашему вниманию ультразвуковой метод защиты и очистки от биообрастания различных гидроагрегатов. Данный метод основан на возбуждении защищаемой поверхности высокочастотными колебаниями, которые угнетающе действует на дрейссену, что предотвращает ее рост, дальнейшее образование новых колоний и уменьшению уже образовавшейся колонии. Для этих целей нашей компанией разработан новый импульсный ультразвуковой генератор серии GENERUS, который по своим тактико-техническим характеристикам превосходит все имеющиеся на российском рынке аналогичные импульсные ультразвуковые установки. Применение ультразвукового метода исключает загрязнение окружающей среды. Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и наладкой устройств серии GENERUS, окупаются в течение нескольких месяцев их работы.

Устройства ультразвуковые серии GENERUS

Для решения проблемы биологического обрастания гидроагрегатов ООО «ДЖЕНЕРУС» предлагает Вашему вниманию устройства ультразвуковые серии GENERUS (рис.4) рассчитанные на непрерывный режим работы. Данное оборудование защищено патентами:

  • патент на полезную модель № 145687;
  • патент на изобретение № 2548965.

Устройства ультразвуковые серии GENERUS разрабатываются и изготовляются на современной элементной базе и в соответствии с ТУ 3444-001-37306142-2013. При разработке устройств ультразвуковых GENERUS были использованы самые передовые схемотехнические решения, что повышает его надежность, уменьшает энергопотребление и увеличивает выходную мощность.

Устройство ультразвуковое GENERUS-200
Рис. 4. Устройство ультразвуковое GENERUS-200

 

Устройства серии GENERUS не входят в перечень продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия в Системе ГОСТ-Р в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации №435 от 04.05.2012г. и №596 от 04.05.2012г., во исполнение пункта 3 Постановления Правительства Российской Федерации №982 от 01.12.2009г. «Об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждения соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии». Устройство предназначено для работы в следующих климатических условиях:

а) при воздействии температуры окружающего воздуха в диапазоне от минус 4 до плюс 40ºС.

б) при воздействии относительной влажности воздуха:

— 80% при температуре 40ºС;

— 98% при температуре 25ºС.

в) высоты над уровнем моря не более 2000 м.

Срок службы – 12 лет. В комплект поставки входит:

Генератор — 1 шт.;

Преобразователь магнитострикционный — 2 (4) шт.;

Кабельная сеть — 3 (5) шт.;

Руководство по эксплуатации и паспорт изделия — 1 шт.

 

Структура условного обозначения устройства

ультразвукового серии GENERUS

GENERUSXYZ:

X — количество подключаемых преобразователей (магнитострикторов);

Y — номер модификации конструкции шкафа генератора;

Z — номер модификации платы печатной GENERUS.

 


Примечание

Устройство на экспорт поставляется с эксплуатационной документацией в количестве, указанном в заказе, на русском или английском языке.

 

Сравнение магнитострикционных материалов

для ультразвуковых преобразователей

 

Устройства ультразвуковые серии GENERUS могут работать как на магнитострикционную нагрузку выполненную из альфера (дифераль) рис.5, так и на магнитострикционную нагрузку выполненную из пермендюра (кобальт), а также из никеля, что показывает универсальность прибора GENERUS. Сравнительные характеристики сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики Пермендюр Дифераль
Магнитострикционная

постоянная 107 Н/кв.м. Т

2,2 1,15
Индукция насыщения 10-1Т 24 12
Магнитострикция

насыщения 10-6

+70 +40
Температура Кюри °С 980 600
Предел магнитострикционного

напряжения 105 Н/кв.м

80 34
Магнитострикционные преобразователи на различные гидроагрегаты без остановки технологического процесса
Магнитострикционные преобразователи на различные гидроагрегаты без остановки технологического процесса

Сварка магнитострикционных преобразователей (рис.5) на различные гидроагрегаты может происходить без остановки технологического процесса и не влияет на работу другого промышленного оборудования.
Размещение преобразователей на гидроагрегатах определяется в каждом конкретном случае индивидуально с выездом наших специалистов, а также с учётом конструкции, защищаемой площади и количества моллюсков.

Выполнение сварного соединения (рис.6) — наиболее ответственная операция при монтаже ультразвуковых установок. От его качества зависит передача механической энергии преобразователя к защищаемой поверхности и эффективность работы всей ультразвуковой установки, а также безопасность эксплуатации гидроагрегатов. Для выполнения сварочных работ допускаются только аттестованные сварщики в соответствии с «Правилами аттестации сварщиков», и имеющие соответствующее удостоверение.

Выполнение сварного соединения при монтаже ультразвуковых установок.
Рис.6. а) подготовка к сварке
б) сварочный шов после обработки (зачистки)

Преобразователь устанавливается торцом волновода перпендикулярно к защищаемой поверхности с наружной стороны (рис.6 а). Сварочное соединение выполняется ручной электродуговой сваркой с использованием электродов марки УОНИ 13/45, УОНИ 13/55 диаметром 3мм. После выполнения сварки производится зачистка шва и околошовной зоны, а затем визуальный контроль. Недопустимыми дефектами являются трещины, раковины, непровары, свищи, скопления включений, наплывы и брызги металла. Не допускается утонение диаметра волновода, включая зону сварного шва (рис.6 б).

Технические характеристики устройств ультразвуковых серии GENERUS

Устройство ультразвуковое серии GENERUS состоит из генератора, кабельной сети и магнитострикционных преобразователей. В зависимости от количества преобразователей устройства серии GENERUS выпускаются на 2 (GENERUS — 200) и на 4 (GENERUS — 400) магнитострикционных преобразователя.

Таблица 2

Тип GENERUS — 200 GENERUS — 400
Напряжение питания, В 220±20
Частота сети, Гц 50, 60
Кол-во преобразователей 2 4
Потребляемая мощность, кВА 0,065 0,100
Рабочий диапазон частот генератора, кГц 10…30 кГц с дискретностью настройки 10 Гц
Габариты генератора, мм 400×300×150 400×300×150
Габариты преобразователя, мм:
из сплава «Пермендюр» 293×58×58 293×58×58
из сплава «Дифераль» 347×62×57 347×62×57
Масса преобразователя, кг:  

 

из сплава «Пермендюр» 1,9 1,9
из сплава «Дифераль» 3,5 3,5
Масса генератора, кг 10 10
Степень защиты

генератора/преобразователя

IP51/IP41

Сравнение различных типов ультразвуковых устройств

Технические

характеристики

Наименование устройства
Генератор GENERUS-400 производства ООО

«ДЖЕНЕРУС»

Генератор USP-900 производства ЗАО «ЭЙМ-Дифераль» Генератор Акустик-Т4 производства ООО «Кольцо-энерго»
Амплитуда колебаний

торца ненагруженного

преобразователя (мкм)

Пермендюр Дифераль Пермендюр Дифераль Пермендюр Дифераль
30 18 12 25
Резонансная частота

(кГц)

10 — 30 10 — 25 18 — 22
Количество импульсов 12 — 180 20 20
Период следования импульсов (мс) 40 — 160 80 80
Потребляемая мощность (кВа) 0,063 – 0,1 0,3 0,4
Уровень акустических шумов (дБа) 56 87 60
Настройка генератора цифровая цифровая аналоговая
Интерфейсы связи USB – 2.0, RS – 485,
Программное

обеспечение для ПК

Есть Нет Нет
Виды защит:

1.     К. З.

2.     От повышенного напряжения

3.     Контроль обрыва, и отсутствие нагрузки

 

Есть

Есть

 

Есть

 

Есть

Нет

 

Нет

 

Есть

Нет

 

Нет

Силовая часть Транзисторы Тиристоры Тиристоры
Тип преобразователя Дифераль, Пермендюр Дифераль Пермендюр
Конструктивное

исполнение

Одноплатное 5 плат 3 платы