Oczyszczalnia ścieków z wykańczaniem metali wymieniła grzałkę zanurzeniową z PTFE o mocy 6 kW już po pięciu miesiącach. Grzejnik zainstalowano w 15 000-litrowym zbiorniku wyrównawczym odbierającym wodę do płukania z linii galwanizacji, fosforanowania i anodowania. Zbiornik zawierał 3–5% zawieszonych ciał stałych – wodorotlenków metali, wytrąceń fosforanu wapnia i piasku pozostałościowego. Na powierzchni grzejnika widoczna była gruba, nierówna warstwa osadu z osadzonymi cząstkami stałymi. Rezystancja izolacji spadła poniżej 20 MΩ.
Ścieki o wysokiej- zawartości części stałych zasadniczo różnią się od czystych kąpieli galwanicznych. Płyn nie jest roztworem,-jest to zawiesina. Cząsteczki stałe osiadają, osadzają się i gromadzą na nagrzanych powierzchniach. Wymagania termiczne i mechaniczne stawiane grzałce zanurzeniowej PTFE w tym środowisku wymagają podejścia projektowego uwzględniającego stężenie substancji stałych, rozkład wielkości cząstek, prędkość osadzania i metodę czyszczenia dostępną w zakładzie.
Dlaczego zawieszone ciała stałe zmieniają równanie wymiany ciepła
Zawieszone cząstki wpływają na przenoszenie ciepła na dwa sposoby. Po pierwsze, zwiększają lepkość efektywną płynu, zagęszczając termiczną warstwę graniczną na powierzchni grzejnika. Po drugie, osadzają się bezpośrednio na grzejniku, tworząc porowatą, nierówną warstwę, która zwiększa opór cieplny i tworzy lokalne gorące punkty pod grubszymi osadami.
Szybkość osadzania zależy od stężenia cząstek, prędkości przepływu w grzejniku i różnicy temperatur pomiędzy grzejnikiem a płynem masowym. Wysoka temperatura powierzchni grzejnika zwiększa osadzanie się, sprzyjając wytrącaniu się rozpuszczonych substancji i powodując silniejsze przyleganie cząstek do gorącej powierzchni.
| Stężenie zawiesiny | Lepkość względna | Szybkość osadzania na grzejniku | Czas do skali 2 mm | Bezpieczna gęstość watów |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | Bardzo niski | >12 miesięcy | 1,5–2,0 W/cm² |
| 0,5–1,0% (lekkie ciała stałe) | 1.1–1.3× | Niski | 6–10 miesięcy | 1,2–1,4 W/cm² |
| 2–3% (umiarkowane ciała stałe) | 1.3–1.8× | Umiarkowany | 3–5 miesięcy | 0,9–1,1 W/cm² |
| 4–6% (ciężkie ciała stałe) | 1.8–2.5× | Wysoki | 6–10 tygodni | 0,6–0,8 W/cm² |
Szybkość osadzania ze zbiorników oczyszczania ścieków otrzymujących mieszaną wodę do powlekania i fosforanowania
Montaż pionowy a poziomy w przypadku-obsługi o dużej zawartości ciał stałych
Orientacja grzejnika określa, czy ciała stałe osiadają na powierzchni, czy też się zsuwają. Grzejnik zamontowany poziomo ma dużą-powierzchnię skierowaną do góry, na której gromadzą się cząsteczki pod wpływem grawitacji. Warstwa osadu narasta od góry do dołu, a najgrubsze nagromadzenie występuje na górnej powierzchni, gdzie przepływ jest najsłabszy.
Grzejnik montowany pionowo ma mniejszy przekrój poziomy-. Ciała stałe osiadające na górze kołnierza lub na poziomych elementach nośnych nie pokrywają całej ogrzewanej powierzchni. Pionowa powierzchnia grzejnika ulega osadzaniu-głównie pod wpływem ścinania, a nie osiadania grawitacyjnego. Dane terenowe ze zbiorników na ścieki pokazują, że nagrzewnice montowane pionowo gromadzą o 40–60% mniej osadów w tym samym okresie eksploatacji w porównaniu z urządzeniami poziomymi.
| Orientacja montażu | Akumulacja depozytów | Częstotliwość czyszczenia | Najlepsza aplikacja |
|---|---|---|---|
| Poziomo,-skierowany do góry | Wysoki | Częsty | Niezalecane |
| Poziomo,-skierowany w dół | Umiarkowany | Umiarkowany | Ograniczona przestrzeń |
| Pionowo, równolegle do przepływu | Niski | Nieczęsty | Większość aplikacji |
| Pionowo, prostopadle do przepływu | Umiarkowany | Umiarkowany | Zbiorniki-o wysokim przepływie |
Orientacja montażu i jej wpływ na gromadzenie się osadów
Efekty wykończenia powierzchni i geometrii grzejnika
Gładka, wypolerowana powierzchnia PTFE zmniejsza siłę przylegania osadzonych ciał stałych. Cząsteczki, które trwale przylegają do chropowatej powierzchni, zsuwają się łatwiej, gdy prędkość przepływu wzrasta podczas cykli mieszania lub czyszczenia zbiornika. Polerowane powierzchnie wydłużają okres czyszczenia o 30–50% w przypadku zastosowań o dużej- zawartości cząstek stałych w porównaniu ze standardowymi wykończeniami powierzchni.
Średnica grzejnika również ma znaczenie. Osłona o większej-średnicy ma niższy stosunek powierzchni-powierzchni-do-objętości, co zmniejsza całkowitą powierzchnię dostępną do osadzania na jednostkę dostarczonej mocy. Ale większa średnica oznacza również mniejszą powierzchnię na danej długości, co wymaga dłuższego grzejnika lub większej gęstości watów, aby osiągnąć tę samą moc.
Strategie mieszania i czyszczenia ciał stałych-zbiorników z ładunkiem
Przerywane mieszanie z dużą-prędkością jest bardziej skuteczne niż ciągłe mieszanie na niskim-poziomie w przypadku zastosowań o dużej- zawartości części stałych. Okresowe zwiększanie prędkości przepływu na podgrzewaczu do 0,5–0,8 m/s powoduje rozmycie luźnych osadów, zanim stwardnieją i utworzą odporną warstwę. Można to osiągnąć za pomocą eduktora-sterowanego zegarem lub dedykowanej pompy mieszającej, która włącza się na 5–10 minut co godzinę.
Czyszczenie chemiczne na miejscu wymaga roztworu czyszczącego, który rozpuszcza określony skład osadu. Osad wodorotlenku metalu reaguje na rozcieńczony kwas. Osady fosforanu wapnia wymagają środka chelatującego lub łagodnego nasączenia kwasem. Harmonogram czyszczenia oparty na wynikach kontroli,-a nie ustalonym kalendarzu-zapobiega tworzeniu się osadów o grubości, która podnosi temperaturę powierzchni grzejnika do zakresu degradacji.
| Metoda czyszczenia | Skuteczność na wodorotlenki metali | Skuteczność w skali fosforanowej | Ryzyko dla PTFE | Zalecany odstęp czasu |
|---|---|---|---|---|
| Rozcieńczyć cyrkulację HCl | Wysoki | Umiarkowany | Niski | 4–8 tygodni |
| Namoczenie kwasu sulfamidowego | Umiarkowany | Wysoki | Niski | 6–10 tygodni |
| Chelatacja EDTA | Umiarkowany | Wysoki | Niski | 8–12 tygodni |
| Strumień wody pod wysokim-ciśnieniem | Wysoki | Umiarkowany | Umiarkowany | 8–12 tygodni |
| Szczotkowanie mechaniczne | Wysoki | Wysoki | Wysoki | Niezalecane |
Zalecenia dotyczące metody czyszczenia z oczyszczalni ścieków za pomocą grzałek zanurzeniowych z PTFE
Praktyczne etapy specyfikacji ścieków o wysokiej- zawartości części stałych
Zacznij od charakterystyki ciał stałych. Całkowite stężenie zawiesiny, rozkład wielkości cząstek i skład mineralny określają szybkość osadzania i wymaganą metodę czyszczenia. Prosta analiza grawimetryczna i przegląd składu chemicznego procesu poprzedzającego dostarczają większości niezbędnych informacji.
Wybierz gęstość watów na podstawie rzeczywistego stężenia substancji stałych. W przypadku 2–3% zawiesiny właściwa jest granica 0,9–1,1 W/cm². Powyżej 4% substancji stałych obniż wartość do 0,6–0,8 W/cm². Wartości te zakładają montaż pionowy i okresowe mieszanie-z dużą prędkością. Montaż poziomy wymaga dalszej redukcji o 20–30%.
Określ wypolerowaną powierzchnię grzejnika. Dodatkowy koszt jest niewielki, a wydłużenie odstępów między czyszczeniami znaczne. Sprawdź, czy zbiornik ma odpowiednią głębokość do montażu pionowego z co najmniej 75 mm przykrycia cieczą nad sekcją ogrzewaną. Jeśli głębokość jest niewystarczająca, należy rozważyć kilka krótszych grzejników zamiast jednej długiej jednostki.
Zainstaluj monitorowanie przepływu i wyłącznik-wysokiej temperatury. W przypadku pracy z dużą zawartością substancji stałych zatkany filtr lub uszkodzona pompa mieszająca może w ciągu kilku godzin obniżyć prędkość przepływu poniżej bezpiecznego progu. Przełącznik przepływu i ograniczenie temperatury powierzchni grzejnika do 15–20 stopni powyżej normalnej temperatury roboczej zapewniają ochronę przed szybkim przegrzaniem, które następuje po utracie przepływu.
Kiedy standardowe grzejniki nie są w stanie pomieścić ładunku ciałami stałymi
Zbiorniki do oczyszczania ścieków o wysokim stężeniu cząstek stałych i ograniczonej przestrzeni peryferyjnej często nie są w stanie pomieścić standardowych grzałek zanurzeniowych z PTFE o gęstości watowej, która zapobiega szybkiemu zabrudzeniu. Przy obciążeniu 6 kW przy 0,8 W/cm² potrzeba 7500 cm² powierzchni grzejnika-więcej niż zapewnia pojedynczy grzejnik przy typowych wymiarach zbiornika.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o dużej powierzchni, niskiej gęstości watów i wypolerowanej powierzchni eliminuje pierwotną przyczynę osadzania się-cząstek stałych. Proces specyfikacji wymaga stężenia zawiesin, charakterystyki cząstek, wymiarów zbiornika, metody mieszania i wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w wiele zbiorników do oczyszczania ścieków to specyficzne-podejście ogranicza przegrzanie związane z osadami-i wydłuża okresy między wymaganymi czyszczeniami.
