ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Ультразвуковой метод предотвращения накипи. Ультразвуковые противонакипные устройства серии USP» Технология обеспечения безнакипного режима работы котельных ЖКХ населенного пункта с целью снижения себестоимости тепловой энергии на 10-20 %.

Рекомендуемая область пременения

На паровых и водогрейных котлах (до 13 атмосфер) низкого давления барабанного типа, бойлерах, конденсаторах, опреснителях, сетевых водонагревателях, воздухоохладителях компрессоров, воздухоподогревателях калориферов и другом теплообменном оборудовании, применяемом в теплоэнергетике, нефтяной, судостроительной, коммунальном хозяйстве и других областях.

Назначение, цели и задачи проекта

В процессе работы теплообменного оборудования образуются кар­бонатные отложения (накипь), которые приводят к значительному перерасходу топлива, снижению коэффициента полез­ного действия оборудования, сокращению межремонтных сроков, уве­личению затрат на обслуживание и ремонт.

Назначение проекта – внедрение ультразвуковой технологии обеспечения безнакипного режима работы теплообменного оборудования котельных и тепловых узлов взамен более дорогостоящей и менее эффективной технологии химводоподготовки.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Очистка теплообменного оборудования обычно осуществляется хи­мическим (кислотным) или механическим способом. Оба способа от­личаются высокой трудоемкостью и, кроме того, существует опасность повреждения поверхностей нагрева теплообменного оборудования и ухудшается экологическая обстановка. А также, в период между чистка­ми накипь образуется вновь, что опять приводит к непроизводитель­ным потерям топлива и увеличению эксплуатационных затрат.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

С помощью специальной установки возбуждаются ультразвуковые колебания в воде, заполняющей теплообменное оборудование. Под воздействием ультразвуковых колебаний в толще воды образуется множество кавитационных пузырь­ков. Вокруг них, как центров кристаллизации, непосредственно в воде начинают образоваться соли жесткости, образуя мелкодисперсный шлам. Колебания поверхности нагрева препятствуют осаждению шла­ма на стенках труб. Таким образом, частицы труднорастворимых солей практически не оседают на стенках оборудования, а остаются во взве­шенном состоянии и удаляются потоком жидкости или продувкой.

Кроме того, ультразвуковые колебания оказывают разрушающее действие на ранее образовавшуюся накипь. Ультразвуковые колеба­ния, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия, под влиянием которых прочность связи внутри карбонатных отложений, а также между карбонатным отложением и металлом нарушается, и при этом образуются трещины. Вода под дейс­твием капиллярных сил проникает через трещины-капилляры к повер­хности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание карбонатных отложений. Отслоившиеся мелкие частицы и чешуйки карбонатных отложений скапливаются в нижней части тепло-обменного оборудования и удаляются периодической продувкой.

Действие ультразвука не ограничивается только предотвращени­ем образования карбонатных отложений и сохранением за счет это­го эффективности теплотехнического оборудования. Ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет микропотоков, образуемых колебаниями стенок труб и воды в них, и повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамичес­кого сопротивления труб с колеблющимися стенками. Под действием ультразвука улучшается отвод пузырьков пара от поверхности нагрева и дегазация воды вследствие лучшего перемешивания жидкости на границе двух сред металл - жидкость, что также способствует увели­чению теплопередачи. Явление снижения гидродинамического сопро­тивления особенно эффективно проявляется в узких микронных щелях естественных дефектов внутренних поверхностей труб, где в обычных условиях (без ультразвука) в теплообменном оборудовании сохраняет­ся кислород из воздуха, а при воздействии ультразвуковых колебаний он легко выходит из этих щелей.

В результате этого исключается один из механизмов кислород­ной коррозии металла труб. Длительное воздействие ультразву­ковых импульсов на внутреннюю поверхность труб, обладающую дефектами в виде микротрещин, производит деформацию на­иболее податливых участков поверхности вблизи микротрещин. Благодаря этим деформациям происходит наклеп краев трещин, в результате чего они оказываются закрытыми и не подверженными проникновению в них кислорода при сливе воды из оборудова­ния. Внутренняя поверхность труб становится гладкой, и полная площадь ее резко уменьшается, что приводит и к уменьшению вероятности коррозии. Получаемый таким образом эффект кор­розионной защиты в какой-то степени заменяет пассивирование внутренней поверхности труб.

Приведенные выше факторы взаимосвязаны и в совокупности являются причиной положительного воздействия ультразвука на процессы предотвращения образования карбонатных отложений, снижения коррозии металла и повышения эффективности работы теплообменного оборудования.

Стоимость обработки 1м3 воды ультрозвуковым способом, как показывают ориентировочные расчеты, в 200 - 250 раз ниже стоимости химической обработки.

Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и наладкой устройств USP, окупаются в течение нескольких меся­цев их работы.

Устройство USPсостоит из импульсного генератора и магнитострикционных преобразователей ударного возбуждения, отличается от аналогичных противонакипных устройств большей мощностью генератора и возможностью использования с одним генератором до 6 преобразователей, что позволяет озвучить одним комплектом устройства мощное теплообменное оборудование. Конкурентное преимущество USP – меньший в 2-3 раза срок окупаемости. Магнитострикционный преобразователь изготовлен из нового магнитострикционного материала «Дифераль», способ изготовления которого защищен патентом РФ, обладает большой прочностью при механическом воздействии и имеет точку Кюри равную 560оС. Основная функция генератора - формирование электрических импульсов и передача их на преобразователи. Принцип действия устройства основан на преобразовании, с помощью магнитострикционных преобразователей, энергии электрических импульсов в механическую энергию.

Установка устройства на объекте (котельная, бойлерная и т.д.) не требует согласования с организациями, проектирующими объекты. Управление по котлонадзору и надзору за подъемными сооружениями Госгортехнадзора России не возражает против применения устройств для очистки котельного оборудования от накипи (письмо №12-21/378 от 20.05.2002 г.).

Технические характеристики:

Примеры размещения на теплообменном оборудовании:

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Эффективность использования теплообменного оборудования для производственных целей и отопления объектов социальной сферы снижается из-за образовывающихся на внутренних поверхностях теплообменного оборудования накипных отложений. Накипь на внутренней поверхности присутствует практически всегда, ее толщина зависит от качества водоподготовки и технической грамотности персонала, обслуживающего котельное оборудование. В настоящее время существующие методы: химический, электрохимический, магнитной обработки воды являются достаточно дорогостоящими, т.к. требуют специальных площадей при котельных, складов для химических реактивов, квалифицированного персонала, но даже самая качественная водоподготовка не избавляет от нарастания накипи на внутренних поверхностях. Там же где водоподготовка не предусмотрена, (бойлера ЦТП и малые котельные, воздухоохладители компрессоров и т.п.) жесткость воды высокая, нарастание накипи идет особенно быстро, что влечет за собой необходимость постоянных чисток котельного и теплообменного оборудования, при этом происходит непрерывный перерасход топлива.

Очистка теплообменного оборудования, как правило, делается частично силами обслуживающего персонала или с помощью специализированных предприятий котлоочистки. Проводится она в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» при нарастании накипи свыше 0,5 мм на внутренней поверхности. Стоимость химической очистки достаточно высока и существенно возрастает из-за удаленности и разбросанности объектов. Ориентировочная стоимость химической котлоочистки приведена в таблице №1.

Таким образом, процесс удаления накипи и снижения скорости ее нарастания влечет за собой следующие виды расходов:

1. затраты, связанные с организацией качественной водоподготовки;

2. затраты, идущие на периодическую химическую или механическую очистку теплообменного оборудования;

3. затраты, связанные с неплановым ремонтом котлов из-за прогаров трубок в местах интенсивного нарастания накипи, и повреждении трубок теплообменников при механических чистках;

4. затраты, связанные с перерасходом топлива из-за зарастания внутренних стенок теплового оборудования;

5. затраты на утилизацию отходов химчистки;

6. штрафы за загрязнение окружающей среды, либо затраты на дорогие очистные сооружения, что нереально для малых котельных;

7. затраты на удовлетворение судебных исков от населения к теплоснабжающим организациям за некачественное отопление;

8. неплановые замены котлов до истечения их сроков службы и, связанные с этим, капитальные затраты, возможный срыв сроков начала отопительного сезона.

Таблицы №2 и №3 позволяют рассчитывать количество перерасхода газа и его стоимость применительно к некоторым типам котлов и теплообменников. Для того, чтобы снизить непроизводительные затраты при эксплуатации теплообменного оборудования необходимо избавиться от накипных отложений. В настоящее время наиболее эффективным является ультразвуковой метод борьбы с накипным отложениями. Использование противонакипного устройства USP позволяет получить двойной эффект: во-первых, накопившаяся на внутренних стенках накипь начинает отслаиваться и затем удаляется продувкой, во-вторых, при постоянной работе устройства накипь не образуется. Кроме вышеназванного, ультразвуковые колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет микропотоков, образуемых колебаниями стенок труб и воды в них, и повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамического сопротивления труб с колеблющимися стенками. Явление снижения гидродинамического сопротивления эффективно проявляется в узких микронных щелях естественных дефектов внутренних поверхностей труб, где в обычных условиях в теплообменном оборудовании сохраняется кислород, источник кислородной коррозии. Таким образом, использование ультразвука позволяет устранять и этот источник порчи теплового оборудования. Получаемый таким образом эффект коррозионной защиты в какой-то степени заменяет пассивирование внутренней поверхности труб.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Окупаемость капитальных вложений. Капитальные вложения, связанные с приобретением, монтажом и пуско-наладкой устройства USP окупаются в течение 2-6 месяцев в зависимости от типов теплообменного оборудования, на котором оно будет смонтировано и жесткости воды.

Энергосбережение. При зарастании стенок теплового оборудования происходит перерасход топлива. При использовании ультразвукового противонакипного устройства серии USPнакипь практически не оседает на стенках оборудования, что позволяет сократить расход газа и дает существенное снижение себестоимости производства тепловой энергии – на 10-20 %.

Учитывая, что доля платежей за отопление и горячее водоснабжение в составе квартплаты превышает 50-60%, снижение себестоимости производства тепловой энергии имеет не только техническое, экономическое, но и социальное значение, т.к. позволяет стабилизировать или даже снизить квартплату для населения. Это реально при повсеместном, во всех котельных и тепловых узлах, внедрении устройств USP.

Трудоемкость. Среди существующих на сегодняшний день методов отчистки (химический, электрохимический, магнитной обработки воды) ультразвуковой метод является наименее трудоемким.

Экологическая безопасность. Применение ультразвукового метода исключает загрязнение окружающей среды вредными стоками водоподготовительных установок. Нет отходов химчистки.

Новые потребительские свойства продукции

Высокая эффективность;
снижение эксплуатационных расходов, расходов на ремонт.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция должно соответствовать государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

По договору между ОАО «ВНИИР» и Министерством промышленности и энергетики Чувашской Республики было изготовлено, поставлено и введено в действие 24 комплекта устройств USP на объекты МУП «Теплоэнерго», г. Шумерля Чувашской Республики и 38 комплектов устройств USP на объекты МУП «АПОК» «ТС», г. Алатыря. Снижение себестоимости тепловой энергии за время работы устройств составило от 13 до 18 %.
Трудности в освоении технологии отсутствуют, так как предприятие – разработчик специализируется на производстве подобной продукции. Освоение комплекса в производственных условиях заказчика, а при необходимости и сервисные работы в ходе эксплуатации, выполняются специалистами предприятия- разработчика.

Предлагаемые инвестиции

4,11 млн. руб.

Рынки сбыта

ОАО «ВНИИР» совместно с ЗАО «Эйм-Дифераль» было поставлено в Южную Корею более 1000 комплектов, в Россию и страны СНГ – более 1500 комплектов, в Чувашии – более 160 комлектов.
Ориентировочная емкость только российского рынка – более 1 млн. комплектов.

Возможность и эффективность импортозамещения

Ультразвуковые противонакипные устройства USP совместного производства ОАО «ВНИИР» и ЗАО «Эйм Дифераль» г. Чебоксары являются современными приборами, обладающими среди аналогичных устройств зарубежных производителей меньшим в 2 - 3 раза сроком окупаемости.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

6

Дата поступления материала

19.09.2007