Результат интеллектуальной деятельности: ВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СОЛЕЙ С ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕФТЕГАЗОВОГО ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Изобретение относится к области волновой техники и может быть использовано для удаления солей и прочих отложений с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, а также с металлических поверхностей насосно-компрессорных труб и теплообменных аппаратов оборудования парообразования, применяемых в теплоэнергетике, пищевой, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известно волновое ультразвуковое устройство для предотвращения отложений, содержащее источник питания, подключенный к нему блок частоты следования импульсов, коммутирующий блок, накопительный конденсатор, к обкладкам которого через силовую цепь коммутирующего блока, выполненного на тиристоре, подключена обмотка возбуждения магнитострикционного преобразователя (Авторское свидетельство СССР №575144, МПК В06В 1/08, 1977 г.).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность предотвращения отложений вследствие малой амплитуды возбуждения магнитострикционного преобразователя одиночным импульсом разряда накопительного конденсатора.

Известны также волновые ультразвуковые устройства для предотвращения отложений в теплообменных аппаратах, в которых возбуждение магнитострикционного преобразователя осуществляется пачкой импульсов, частота следования которых соответствует резонансной частоте преобразователя. Такие устройства содержат блок питания, тиристорный коммутирующий блок, накопительный конденсатор, по меньшей мере один магнитострикционный преобразователь с двумя согласно включенными обмотками возбуждения и блок управления, соединенный с управляющими входами тиристорного коммутирующего блока (Авторское свидетельство СССР №1022750, МПК В06В 1/08, F28G 7/00, 1978 г.).

Эти устройства обеспечивают существенное, в несколько раз, увеличение амплитуды возбуждаемых колебаний и повышение эффективности предотвращения отложений и возможность удаления отложений с теплообменных поверхностей, однако не обладают достаточной надежностью, так как при одновременном случайном срабатывании тиристоров возможно короткое замыкание сети.

Известно ультразвуковое устройство для удаления отложений с теплообменных поверхностей, в котором исключена возможность короткого замыкания. Устройство содержит источник питания, выполненный в виде однополупериодного выпрямителя на диоде с подключенным к нему силовым конденсатором, первый блок частоты следования импульсов, коммутирующий конденсатор, магнитострикционный преобразователь с двумя согласно соединенными обмотками возбуждения, второй блок частоты следования импульсов, тиристорный коммутирующий блок и блок управления тиристорами (Авторское свидетельство СССР №1075508, МПК В06В 1/08, F28G 7/00, 1980 г.).

Недостатком этого устройства является невысокая эффективность, так как заряд силового конденсатора осуществляется только в течение одного полупериода, кроме того, часть энергии затрачивается на формирование промежуточных маломощных импульсов, в то время как эффект удаления и предотвращения отложений в теплообменном оборудовании прямо пропорционален амплитуде возбуждаемых колебаний.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству (прототипом) является волновое устройство для удаления солей с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, содержащее блок питания, выполненный по схеме двухполупериодного выпрямителя, включенного на его выходе силового конденсатора и включенного последовательно с его входом разделительного конденсатора, тиристорный коммутирующий блок, включающий два тиристора, блок управления, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами тиристоров, а вход соединен с входом блока питания, коммутирующие конденсаторы, несколько магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет с двумя включенными согласно обмотками возбуждения, и стальной волновод, к одному из торцов которого припаян магнитострикционный пакет, а на втором торце выполнены скосы под сварку к теплообменному оборудованию, при этом силовой вход первого тиристора соединен с одной из обкладок силового конденсатора, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения, выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения и через соответствующие коммутирующие конденсаторы подключены ко второй обкладке силового конденсатора и силовому выходу второго тиристора, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения, при этом блок управления содержит последовательно соединенные понижающий трансформатор, импульсный делитель частоты, дифференцирующую цепочку, формирователь длительности импульсов, а также задающий генератор, триггер, первый и второй дифференцирующие каскады, соединенные с соответствующими выходами триггера, первый и второй каскады совпадений, соединенные с выходами соответствующих дифференцирующих каскадов, первый и второй усилители мощности, соединенные с выходами соответствующих каскадов совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя длительности импульсов (Патент Китая CN 1479072 (А), МПК В08В 3/12, F28G 7/00, опубл. 03.03.2004 г.). В этом устройстве применена бестрансформаторная схема блока питания, что существенно снижает габариты, вес и стоимость устройства, причем за счет введения разделительного конденсатора и применения мостовой двухполупериодной схемы выпрямления существенно повышена надежность, снижены помехи в сеть и повышена эффективность очистки от солевых отложений, так как силовой конденсатор имеет более стабильный максимальный заряд, а разделительный конденсатор сглаживает пульсации напряжения при включении устройства или при случайных сбоях тиристоров.

Недостатком данного устройства является невысокая эффективность очистки оборудования от солей, так как приваренные к оборудованию волноводы обеспечивают возбуждение волновых колебаний только в стационарных местах и только на одной частоте задающего генератора, кроме того, преобразователи невозможно переставить в другие точки теплообменного оборудования, в которых обнаруживается интенсивное образование солевых отложений.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки теплообменного оборудования за счет обеспечения возможности возбуждения суперпозиции различных видов колебаний на разных частотах и перестановки преобразователей в любую точку теплообменного оборудования, в которой происходит интенсивное образование солей.

Технический результат достигается за счет того, что в волновом устройстве для удаления солей с поверхностей нефтегазового теплообменного оборудования, содержащем блок питания, выполненный по схеме двухполупериодного выпрямителя, включенного на его выходе силового конденсатора и включенного последовательно с его входом разделительного конденсатора, тиристорный коммутирующий блок, включающий два тиристора, блок управления, включающий подключенный ко входу блока питания понижающий трансформатор, последовательно соединенные к его выходу импульсный делитель частоты, дифференцирующую цепочку, формирователь длительности импульсов, а также задающий генератор, триггер, первый и второй дифференцирующие каскады, соединенные с соответствующими выходами триггера, первый и второй каскады совпадений, соединенные с выходами соответствующих дифференцирующих каскадов, первый и второй усилители мощности, соединенные с выходами соответствующих каскадов совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя длительности импульсов, выходы усилителей мощности соединены с соответствующими управляющими входами тиристоров, коммутирующие конденсаторы, несколько магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет с двумя включенными согласно обмотками возбуждения, и стальной волновод, к одному из торцов которого припаян магнитострикционный пакет, а на втором торце выполнены скосы под сварку к теплообменному оборудованию, при этом силовой вход первого тиристора соединен с одной из обкладок силового конденсатора, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения, выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения и через соответствующие коммутирующие конденсаторы подключены ко второй обкладке силового конденсатора и к силовому выходу второго тиристора, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения, блок управления снабжен вторым задающим генератором и коммутатором, к входу которого подключены выходы задающих генераторов, а к его выходу подключен триггер, при этом волноводы выполнены разъемными из двух частей, одна из которых имеет плоский торец и цилиндрическую форму со стороны этого торца с резьбой на ее поверхности, а вторая часть выполнена в виде соответствующей резьбовой втулки с плоским дном, причем резьбовоые втулки имеют разную длину, а между частями волновода установлена прокладка из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, скосы под сварку выполнены на торце резьбовой втулки.

На чертеже представлен наилучший схемный вариант реализации предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок питания 1, имеющий выключатель S и предохранители F1 и F2, выполненный по мостовой схеме 2 двухполупериодного выпрямителя, включенный на его выходе силовой конденсатор 3 и включенный последовательно с его входом разделительный конденсатор 4, тиристорный коммутирующий блок 5, включающий два тиристора V1 и V2, блок управления 6, включающий последовательно соединенные понижающий трансформатор Т1, импульсный делитель частоты 7, дифференцирующую цепочку 8, формирователь длительности импульсов 9, а также два задающих генератора 10 и 10′, коммутатор 11, ко входу которого подключены выходы задающих генераторов 10 и 10′, триггер 12, первый и второй дифференцирующие каскады 13 и 13′, соединенные с соответствующими выходами триггера 12, первый и второй каскады совпадений 14 и 14′, соединенные с выходами соответствующих дифференцирующих каскадов 13 и 13', первый и второй усилители мощности 15 и 15′, соединенные с выходами соответствующих каскадов совпадений 14 и 14′, вторые входы которых соединены с выходом формирователя длительности импульсов 9, выходы усилителей мощности 15 и 15′ соединены с соответствующими управляющими входами тиристоров V1 и V2, коммутирующие конденсаторы 16 и 16′, несколько магнитострикционных преобразователей (на чертеже два), каждый из которых имеет шихтованный магнитострикционный пакет 17 и 17′ с двумя включенными согласно обмотками возбуждения 18, 18′ и 19, 19′, и стальные волноводы 20 и 20′, к одному из торцев которых припаяны магнитострикционные пакеты 17 и 17′, при этом силовой вход первого тиристора V1 соединен с одной из обкладок силового конденсатора 3, а его выход соединен с входами первых обмоток возбуждения 18 и 18′, выходы которых соединены с выходами вторых обмоток возбуждения 19 и 19' и через соответствующие коммутирующие конденсаторы 16 и 16′ подключены ко второй обкладке силового конденсатора 3 и силовому выходу второго тиристора V2, силовой вход которого соединен с входами вторых обмоток возбуждения 19 и 19', волноводы 20 и 20' выполнены разъемными из двух частей, при этом одна из частей 21 и 21′ имеет плоский торец и цилиндрическую форму со стороны этого торца с резьбой 22 и 22′ на ее поверхности, а вторая часть выполнена в виде соответствующих резьбовых втулок разной длины 23 и 23′ с плоским дном, причем между частями волновода установлена прокладка 24 и 24′ из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, скосы под сварку 25 и 25′ выполнены на торце соответствующей резьбовой втулки, привариваемой к теплообменному оборудованию 26.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением устройства к теплообменному оборудованию 26, поверхности которого необходимо очистить от солевых отложений, приваривают резьбовые втулки 23 и 23′, затем через слой тугоплавкой смазки и прокладки 24 и 24′ в эти втулки вворачивают волноводы 22 и 22' вместе с припаянными магнитострикционными пакетами 17 и 17′ с согласно включенными обмотками 18, 18′ и 19, 19′, входы которых подключают к силовым выходам тиристоров V1 и V2.

При включении блока питания 1 в сеть выключателем S напряжение от сети подается через предохранители F1 и F2 и разделительный конденсатор 4 на двухполупериодный мостовой выпрямитель 2, после чего выпрямленным током заряжается силовой конденсатор 3. С входа блока питания 2 напряжение подается на блок управления 6, который с некоторой задержкой относительно времени заряда конденсатора 3 начинает вырабатывать пачки импульсов, управляющих работой тиристорного блока 5. При подаче первого управляющего импульса на тиристор V1 он открывается, и конденсатор 3 разряжается через этот тиристор, первые обмотки 18 и 18′ преобразователей и коммутирующие конденсаторы 16 и 16′, при этом процесс носит колебательный характер и завершается, когда конденсаторы 16 и 16′ полностью зарядятся и тиристор V1 закроется. Через время, соответствующее резонансной частоте преобразователей, на второй тиристор V2 подается от блока управления 6 второй управляющий импульс, который открывает его, и конденсаторы 16 и 16′ разряжаются через вторые обмотки 19 и 19′. Когда конденсаторы 16 и 16′ полностью разрядятся, тиристор V2 закроется. В следующий момент времени на тиристор V1 подается третий импульс управления, и весь процесс повторяется. Частота повторения импульсов управления и длительность пачки импульсов выбираются из соображений достижения максимальной амплитуды колебаний преобразователей на их резонансных частотах.

Этот процесс реализуется блоком управления 6 следующим образом. С входа блока питания 1 синусоидальное напряжение подается на импульсный делитель частоты 7, который делит частоту сети в заданное число раз (25-12,5-6,25 и т.д.), далее сигнал дифференцируется цепочкой 8 и попадает на блок 9, который формирует заданную длительность пачки импульсов. Задающие генераторы 10 и 10' вырабатывают импульсы с частотой следования в 2 раза выше резонансных частот магнитострикционных преобразователей. Эти импульсы попеременно через определенный период времени через коммутатор 11 запускают триггер 12, с выхода которого сдвинутые друг относительно друга на половину периода колебаний преобразователей импульсы дифференцируются каскадами 13 и 13' и через каскады совпадений 14 и 14' поступают на усилители мощности 15 и 15', с которых управляющие импульсы поступают на управляющие входы тиристоров V1 и V2 только в те моменты времени, когда на каскады совпадений 14 и 14' поступает сигнал с формирователя длительности импульсов 9.

В предложенном устройстве повышена эффективность удаления солевых отложений за счет обеспечения возможности возбуждения суперпозиции различных видов колебаний на разных частотах, вследствие разной длины волноводов и различных резонансных частот магнитострикционных преобразователей, каждый из которых возбуждается от своего генератора, а также за счет обеспечения возможности перестановки резьбовых втулок в любую точку теплообменного оборудования, в которой происходит наиболее интенсивное образование солей, при этом прокладки 24 и 24' из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения материала волновода, обеспечивают надежный контакт между частями волноводов и надежную фиксацию резьбовых соединений от отворачивания.