energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2018-11-1-48-53energsecurity-548Research ArticleИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫENGINEERING, RESEARCH AND CALCULATIONSОчистка воды от растворенных газов в пленочном аппарате с дискретно-шероховатыми стенкамиPurification of water from dissolved gases in a film unit with discrete-rough wallsЛаптеваЕ. А.LaptevaE. A.ШагиеваГ. К.ShagievaG. K.ЛаптевА. Г.LaptevA. G.ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»РоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2018130420181114853Copyright © Лаптева Е.А., Шагиева Г.К., Лаптев А.Г., 20182018Лаптева Е.А., Шагиева Г.К., Лаптев А.Г.Lapteva E.A., Shagieva G.K., Laptev A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/548

Для решения задач повышения ресурсоэффективности и надежности различного оборудования, работающего с применением водооборотных систем на промышленных предприятиях и ТЭС, рассмотрен высокоэффективный пленочный аппарат очистки воды от растворенных коррозионно-активных газов. Аппарат состоит из пучка вертикальных труб, закрепленных в трубных решетках, и работает в режиме восходящего прямотока газа и жидкости по трубному пространству. Газ движется со скоростью 10 – 30 м/с (сильное взаимодействие фаз) и увлекает жидкую пленку снизу вверх. В таком режиме происходит значительная интенсификация тепло- и массообмена (в 5 – 15 раз) по сравнению с противотоком. Кроме этого, внутренние поверхности труб могут иметь искусственную дискретную шероховатость (прямоугольные выступы), что дополнительно повышает эффективность проводимых процессов. Представлены математическая модель и результаты расчета эффективности пленочного контактного устройства с шероховатыми стенками при сильном взаимодействии фаз. Математическое описание базируется на моделях структуры потока и диффузионного пограничного слоя. Приведены выражения для расчета коэффициента массоотдачи в турбулентной пленке при прямотоке с газом, а также параметров моделей структуры потоков в контактной трубке. Основными параметрами уравнения для расчета коэффициента массоотдачи является динамическая скорость трения на межфазной поверхности пленки и безразмерная толщина вязкого подслоя. Динамическая скорость находится из уравнения баланса сил в контактной трубке, а безразмерная толщина вязкого подслоя — на основе известного значения на пластине с коррекцией на условия взаимодействия фаз. Использована ячеечная модель структуры потока и получено выражение для расчета профиля концентрации растворенного газа в воде по высоте труб. Представлено выражение для расчета числа ячеек полного перемешивания. Даны расчетные и экспериментальные зависимости эффективности декарбонизации для трубок с гладкими и шероховатыми стенками. Показано влияние шага между элементами шероховатости (выступами) на эффективность очистки воды. Сделаны выводы о конструктивном исполнении аппарата с восходящей пленкой при повышенных концентрациях растворенных газов в воде.

 

This paper analyzes the use of a highly effective film unit for water purification from dissolved corrosive gases, in order to increase the resource efficiency and reliability of various equipment using water circulation systems at industrial plants and thermal power plants. The unit consists of a vertical bundle of tubes contained in tube grids and operates in the upward co-current gas and liquid in a pipe. The gas moves at a speed of 10 – 30 m/s (strong interaction of phases) and carries a liquid film from the bottom up. In this mode, there is a significant intensification of heat and mass transfer (5 – 15 times) in comparison with counter current. In addition, the inner surface of the tubes may have artificial discrete roughness (rectangular projections), which further increases the effectiveness of the processes. The paper presents the mathematical model and the efficiency calculation results for a film contact device with rough walls at strong phase interaction. The mathematical description is based on the models of the flow structure and the diffusion boundary layer. Expressions are given for calculating the mass transfer coefficient in a turbulent film with co-current gas, as well as parameters of the flow structure model in a contact tube. The main parameters of the equation for calculation of the mass transfer coefficient are the dynamic friction velocity on the interfacial film surface and the dimensionless thickness of the viscous sublayer. The dynamic speed is calculated using the equation of balance of forces in the contact tube, and the dimensionless thickness of the viscous sublayer-based on the known values on the plate adjusted for the phase interaction conditions. The cell model of the flow structure is used, and an expression is obtained for calculating the concentration profile of gas dissolved in water at the height of the pipes. The paper also presents an expression to calculate the number of cells in a complete mixing. The paper presents the calculated and experimental dependences of decarbonization efficiency for tubes with smooth and rough walls. The influence of spacing between roughness elements (projections) on water purification efficiency is shown. Conclusions are made about the design of a unit with a rising film at higher concentrations of dissolved gases in the water.

 

очистка водыматематическая модельпленочные аппаратышероховатость поверхностидеаэратордекарбонизаторwater purificationmathematical modelfilm-type unitssurface roughnessdeaeratorsdecarbonatorsReferencesКомиссаров Ю. А., Гордеев Л. С., Вент Д. П. Процессы и аппараты химической технологии. Учеб. пособие для вузов. М.: Химия. 2011. – 1230 с.Komissarov Yu. A., Gordeyev L. S., Vent D. P. Protsessy i apparaty khimicheskoy tekhnologii. Ucheb. posobiye dlya vuzov. M.: Khimiya. 2011. – 1230 p.Шарапов В. И., Пазушкина О. В., Кудрявцева Е. В. Энергоэффективный способ низкотемпературной деаэрации подпиточной воды теплосети на ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2016. №1. С. 59.Sharapov V. I., Pazushkina O.V., Kudryavtseva Ye. V. Energoeffektivnyy sposob nizkotemperaturnoy deaeratsii podpitochnoy vody teploseti na TETS // Teploenergetika. 2016. №1. P. 59.Орлов М. Е., Шарапова В. И. Экспериментальное исследование и математическое моделирование процессов десорбции коррозионно-активных газов в водоподготовительных установках теплофикационных систем // Энергосбережение и водоподготовка. 2016. №1 (99). С. 3 – 8.Orlov M. Ye., Sharapova V. I. Eksperimental'noye issledovaniye i matematicheskoye modelirovaniye protsessov desorbtsii korrozionno-aktivnykh gazov v vodopodgotovitel'nykh ustanovkakh teplofi katsionnykh sistem // Energosberezheniye i vodopodgotovka. 2016. №1 (99). P. 3 – 8.Sharapov V. I., Pazushkina O. V., Kudryavtsebva E. V. Energy-eff ective for low-temperature deaeration of make-up water on the heating supply system of heat power plants. 2016. T. 63. №1. P. 687.Sharapov V. I., Pazushkina O. V., Kudryavtsebva E. V. Energy-eff ective for low-temperature deaeration of make-up water on the heating supply system of heat power plants. 2016. T.63. №1. P. 687.Leduhovsky G. V., Gorshenin S. D., Vinogradov V. N., Barochkin E. V., Korotkov A. A. Predicting the indicators characterizing the water decarbonization effi ciency when using atmospheric-pressure thermal deaerators without subjecting water to steam bubbling in the deaerator tank // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №7. P. 526 – 533.Leduhovsky G. V., Gorshenin S. D., Vinogradov V. N., Barochkin E. V., Korotkov A. A. Predicting the indicators characterizing the water decarbonization effi ciency when using atmospheric-pressure thermal deaerators without subjecting water to steam bubbling in the deaera-tor tank // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №7. P. 526 – 533.Моделирование совмещенных тепломассообменных процессов в барботажной ступени центробежно-вихревых деаэраторов. / А. Н. Беляков, А. Н. Росляков, В. П. Жуков, Г. В. Ледуховский, Е. В. Барочкин. // Химическая промышленность сегодня. 2015. №6. С. 26 – 31.Modelirovaniye sovmeshchennykh teplomassoobmennykh protsessov v barbotazhnoy stupeni tsentrobezhno-vikhrevykh deaeratorov. / A. N. Belyakov, A. N. Roslyakov, V. P. Zhukov, G. V. Ledukhovskiy, Ye. V. Barochkin. // Khimicheskaya promyshlennost' segodnya. 2015. №6. P. 26 – 31.Improvement of water treatment at thermal power plants. / B. M. Larin, E. N. Bushuev, A. B. Larin, E. A. Karpychev, A.V. Zhadan // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №4. P. 286 – 292.Improvement of water treatment at thermal power plants. / B. M. Larin, E. N. Bushuev, A. B. Larin, E. A. Karpychev, A. V. Zhadan // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №4. P. 286 – 292.Лаптева Е. А., Лаптев А. Г. Прикладные аспекты явлений переноса в аппаратах химической технологии и теплоэнергетики (гидромеханика и тепломассообмен) – Казань: Издательство «Печать-Сервис XXI век», 2015. – 236 с.Lapteva Ye. A., Laptev A. G. Prikladnyye aspekty yavleniy perenosa v apparatakh khimicheskoy tekhnologii i teploenergetiki (gidromekhanika i teplomassoobmen) – Kazan': Izdatel'stvo «Pechat'-Servis XXI vek», 2015. – 236 p.Николаев Н. А. Динамика пленочного течения жидкости и массоперенос в условиях сильного взаимодействия с газом (паром) при однонаправленном восходящем или нисходящем движении. – Казань, 2011. – 104 с.Nikolayev N. A. Dinamika plenochnogo techeniya zhidkosti i mas-soperenos v usloviyakh sil'nogo vzaimodeystviya s gazom (parom) pri odnonapravlennom voskhodyashchem ili niskhodyashchem dvizhenii. – Kazan', 2011.– 104 p.Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. – М.: Наука, 1987. – 464с.Nigmatulin R. I. Dynamics of multiphase medium Moscow: Nauka, 1987. – 464 p.Интенсификация переноса массы в пленке жидкости, двигающейся прямоточно с высокоскоростным потоком газа или пара. / Николаев Н. А., Холпанов Л. П., Малюсов В. А. и др. // Теоретические основы химической технологии, 1989.– Т.23.– №5.– С. 563 – 568.The Intensifi cation of mass transfer in the liquid fi lm, moving the direct-fl ow high-speed fl ow of a gas or vapour. / Nikolaev N. A., Hlopanov L. P., Malyusov V. A., etc. // Theoretical foundations of chemical engineering, 1989. – T. 23. – No. 5. – P. 563 – 568.Войнов Н. А., Николаев Н. А. Теплообмен при пленочном течении жидкости. – Казань: Изд. «Отечество», 2011. – 224 с.Voynov N. A. Nikolaev N. The heat transfer in fi lm fl ow of liquid – Kazan. «Fatherland», 2011. – 224 p.Кулов Н. Н. О некоторых проблемах разделения смесей // Теоретические основы химической технологии, 2007. – Т. 41. – №1.– С. 3 – 15.Kulov N. N. On some problems of separation of mixtures // Theoretical foundations of chemical engineering, 2007. – Vol. 41, no. 1. – P. 3 – 15.Энерго- и ресурсосберегающие технологии и аппараты очистки жидкостей в нефтехимии и энергетике / А. Г. Лаптев, М. И. Фарахов, М. М. Башаров и др. – Казань: Отечество. 2012. – 410 с.Energo- i resursosberegayushchiye tekhnologii i apparaty ochistki zhidkostey v neftekhimii i energetike. / A. G. Laptev, M. I. Farakhov, M. M. Basharov et al. – Kazan': Otechestvo, 2012. – 410 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.