Спосіб контролю процесу магнітної очистки середовищ і магнітний фільтр-осаджувач для його здійснення

1. Спосіб контролю процесу магнітної очистки, який включає осадження забруднюючих домішок в об'ємі феромагнітної фільтруючої насадки, намагніченої джерелом магнітного поля, і контроль процесу очистки шляхом визначення ефективності очистки по відносній зміні величини домішок до і після очистки, який відрізняється тим, що ефективність очистки визначають по відносній зміні індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою насадкою, через яку проходить середовище, що очищується, до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. 2. Спосіб контролю процесу магнітної очистки за п.1, який відрізняється тим, що визначають відносну зміну індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до магнітного розділення речовин, переважно до очистки рідких, газових і сипучих середовищ в магнітному полі і може бути використаний в хімічній, енергетичній, гірничозбагачувальній, нафто хімічній, авіаційній, машинобудівній, харчовій, скляній промисловості, в газоочистці, при очистці стічних і природних вод. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки, включаючий осадження домішок в шарі феромагнітної осадки, намагніченої джерелом зовнішнього магнітного поля, в якому контроль за процесом осадження здійснюють шляхом періодичного визначення концентрації домішок, наприклад окислів заліза в середовищі, що очищується, до початку магнітної очистки і після очистки. По відносній різниці Y = (Co - C) / Co визнають ефективність процесу магнітної очистки. Co, C - концентрація домішок заліза в середовищі відповідно до і після магнітної очистки [1]. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки трудомісткий і довготривалий. Це пояснюється слідуючим. Відомий спосіб заснований на визначенні концентрації домішок заліза хімічним шляхом: сульфосаліцілатним або ортофенатроліновим методом. На визначення величини концентрації домішок витрачається 4-6 годин, крім тою використовуються спеціальні хімічні реактиви, на приготування яких тако/к витрачається декілька годин, використовуються спеціальні оптичні прилади, наприклад, фотоелектроколориметр КФК-3, необхідна спеціально обладнана хімічна лабораторія. Недоліком є і те, що в реальних те хнологічних процесах концентрація домішок з часом постійно змінюється в широкому діапазоні і точно визначити час, коли магнітний фільтр-осаджувач необхідно регенерувати, те хнічно складно, а інколи і неможливо. Після максимального насичення феромагнітної насадки домішками, магнітний фільтр-осаджувач не очищує середовище і ефективність очистки зменшується до нуля. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки, включаючий осадження домішок в шарі феромагнітної насадки, намагніченої джерелом зовнішнього магнітного поля і визначення відносної зміни концентрації домішок заліза або залізо вмістких домішок Y = (Co - C) / Co Co, C - концентрація домішок заліза в середовищі відповідно до і після магнітної очистки [2]. При цьому способі визначають графічно, на основі експериментів на реальній рідині або газі залежність ефективності магнітної очистки Y від часу t роботи магнітного фільтр-осаджувача, тобто Y = j ( t ) . Час t , при якому крива графічної залежності Y = j ( t ) загинається до осі абсцис, визначає фільтроцикл, тобто час, при якому відбувається насичення насадки домішками [див. книгу Сандуляк Л.В., Федоткин И.М. Магнитное 85728 4 обезжелезивание конденсата. М. Знергоатомиздат. 1983г. Стр.34, рис.306]. Крім того, аналітично визначають час фільтроцикла [див. ту ж книгу, стор.35] t = rн × g × L × r / rж × Y × Сo × J × K c , де r н - густина матеріалу насадки, g - ємність поглинання насадкою домішок, L - довжина насадки, r - щільність феромагнітної насадки, r ж - густина рідкого середовища, що очищується, Y - ефективність очистки середовища магнітним фільтром, концентрація домішок, наприклад, заліза до очистки, J - швидкість фільтрації, Кс = 1,4 - коефіцієнт, отриманий при порівнянні атомної і молекулярної мас заліза і затриманих фільтром домішок його сполук. Відомий спосіб контролю процесу магнітної очистки (прототип) мас її ж недоліки, що і аналог. Цей спосіб трудомісткий і довготривалий. Він не дозволяє швидко і за короткий час визначити, коли необхідно відключати фільтр-осаджувач від процесу очистки і регенерувати фільтруючу насадка. Наприклад, при різкому збільшенні в 2-3 рази концентрації домішок в конденсаті електричної станції, що часто відбувається, фільтроцикл магнітного фільтр-осаджувача знижується в 2-3 рази, а по аналітичним розрахункам час регенерації ще не настав. В цьому випадку магнітний фільтр-осаджувач, насичений забруднюючими домішками, працює при низькому значенні ефективності процесу очистки. Домішки, наприклад, заліза, які поступають в об'єм феромагнітної насадки, що вже насичена ю максимального значення зриваються з поверхонь гранул насадки і поступають в технологічне середовище, що очищається, збагачуючи її цими домішками. При цьому концентрація домішок на виході магнітного фільтра більша, ніж на вході фільтра. Відомо, наприклад, що в п ускових режимах котлових агрегатів теплових ел. станцій, тобто після поточного або капітального ремонтів, або після відключення в резерв, концентрація домішок в конденсатах збільшується в 8-10 разів. В цьому випадку розрахункові і фактичні дані по фільтроциклу, ефективності процесу очистки не співпадають. Необхідний пошук такого способу контроля процесу магнітної очистки, який би дозволяв швидко і за короткий час, контролювати ефективність цього процесу, точно визначати час регенерації фільтр-осаджувача, був би не трудомісткий і не довготривалий, а при зміні концентрації домішок в середовищі, що очищується, швидко і за короткий час змінювати фільтроцикл і тим самим забезпечувати е фективний процес магнітної очистки. В основу винаходу поставлена задача у способі контролю процесу магнітної очистки середовищ і магнітному фільтр-осаджувач і для його здійснення зменшити трудомісткість і довготривалість контролю процесу очистки, підвищити точність і швидкість визначення часу насичення 5 (фільтроциклу) феромагнітної насадки домішками середовища, що очи щується. В основу винаходу поставлена також задача удосконалити спосіб контролю процесу магнітної очистки шляхом створення умов, що дозволять швидко, за короткий час контролювати процес магнітної очистки середовища, також створюються умови, які дозволяють контролювати в динаміці процес насичення феромагнітної насадки домішками в будь-який момент часу, що дозволить підвищити ефективність процесу очистки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі контролю процесу магнітної очистки середовищ визначають відносну зміну індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою насадкою до початку процесу очистки, в процесі очистки і після завершення процесу очистки. Поставлена задача в способі контролю процесу магнітної очистки вирішується за рахунок того, що визначають відносну зміну індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою насадкою, через яку проходить середовище, що очищується, і по величині відносної індуктивності визначають щільність насадки. Поставлена задача в способі контролю процесу магнітної очистки вирішується за рахунок того, що визначають відносну зміну добротності електричної вимірювальної котушки з середовищем, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. Поставлена задача в способі контролю процесу магнітної очистки вирішується за рахунок того, що визначають відносну зміну індуктивності електричної вимірювальної котушки з середовищем, що очищується, до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. Поставлена задача вирішується в магнітному фільтр-осаджувачі, що включає корпус, намагнічуючу систему, феромагнітну фільтр уючу насадку, розташовану в корпусі, а на зовнішній поверхні корпусу магнітного фільтру встановлена тонкошарова електрична вимірювальна котушка. Поставлена задача вирішується в магнітному фільтр-осаджувачі за рахунок того, що до корпусу магнітного фільтра-осаджувача в місцях розташування нижнього і верхнього шарів фільтруючої насадки по ходу подачі середовища, що очи щується, приєднані касети у вигляді герметичних циліндрів, які заповнені феромагнітною фільтруючою насадкою і на поверхні яких встановлені намагнічуючі соленоїди і електричні вимірювальні котушки. Поставлена задача вирішується в магнітному фільтр-осаджувачі за рахунок того, що в нижньому і верхньому шарах фільтр уючої насадки по ходу подачі середовища, що очи щується, розташовані перфоровані касети, на поверхні яких встановлені електричні вимірювальні котушки, а касети заповнені такою ж фільтруючою насадкою, як і насадка в корпусі фільтр-осаджувача. При магнітній очистці в об'ємі намагніченої насадки осаджуються в основному феромагнітні домішки, які по мірі накопичення змінюють магні 85728 6 тні властивості всієї насадки, а наявність електричноївимірювальної котушки, розміщеної на корпусі магнітного фільтр-осаджувача, дозволяє вимірювати і контролювати зміну індуктивності котушки, яка чутливо реагує на зміну магнітних властивостей насадки. В процесі магнітної очистки індуктивність поступово змінюється досягаючи в певний момент часу свого максимального значення, що відповідає часу насичення (фільтроциклу) феромагнітної фільтруючої насадки домішками середовища, що очищується. Спосіб контролю процесу магнітної очистки реалізується також за рахунок того, що вимірюється індуктивність електричної вимірювальної котушки, в об'єм якої послідовно розміщують пробу середовища, наприклад, технологічної води, взятої до магнітної очистки і після очистки і розраховують відносну зміну індуктивності вимірювальної котушки. По величині зміни індуктивності котушки роблять висновок про насичення фільтруючої насадки магнітного фільтросаджувача домішками. Спосіб контролю процесу магнітної очистки середовищ реалізується в магнітних фільтросаджувачах, зображених на Фіг.1, 2, 3, 4, в схемі на Фіг.5 і на графічній залежності Фіг.6. На Фіг.1 зображений магнітний фільтросаджувач з феромагнітною фільтруючою насадкою, на зовнішній поверхні якого розташована електрична вимірювальна котушка. На Фіг.2 зображений магнітний фільтросаджувач, до корпусу якого в місцях розташування нижнього і верхнього шарів фільтруючої насадки по ходу подачі середовища, що очи щується, приєднані касети у вигляді герметичних циліндрів, які заповнені феромагнітною фільтруючою насадкою і на поверхні яких розміщені соленоїди і вимірювальні електричні котушки. На Фіг.3 зображений магнітний фільтросаджувач, в корпусі якого в нижньому і верхньому шарах фільтруючої насадки по ходу подачі середовища, що очищується, розташовані перфоровані касети, на поверхні яких розміщені електричні вимірювальні котушки, а касети заповнені такою ж фільтруючою насадкою, як і насадка в корпусі фільтра. На Фіг.4 зображений магнітний фільтросаджувач, на корпусі якою розміщена електрична вимірювальна котушка, а намагнічуюча система виконана у вигляді сердечниківмагнітопроводів і котушок намагнічування, На Фіг.5 зображена електрична вимірювальна котушка, в яку розміщують проби середовища, що очищується, відповідно, до магнітної очистки і після магнітної очистки. На Фіг.6 зображена залежність відносної зміни індуктивності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою насадкою від часу. Спосіб контролю процесу магнітної очистки середовищ реалізується а магнітному фільтросаджувачі (Фіг.1), який включає корпус 1, в середній якого розміщена феромагнітна фільтруюча насадка 2, намагнічуючу систему 3, на поверх 7 85728 ні корпусу встановлена тонкошарова вимірювальна електрична котушка 4, яка приєднується до вимірювального приладу, що визначає індуктивність. Спосіб контролю процесу магнітної очистки реалізується також в магнітному фільтросаджувачі, зображеному на фігурі 2, в корпусі якого в місцях розташування нижнього і верхнього шарів фільтруючої насадки 2 по ходу подачі середовища, що очи щається, приєднані касети 4 у вигляді герметичних циліндрів, на поверхні яких встановлена тонкошарова вимірювальна електрична котушка 5, а магнітне поле в касетах створюється соленоїдами 6, причому внутрішній об'єм касети заповнений феромагнітною насадкою 7. Касети приєднані до корпусу магнітного фільтр-осаджувача патрубками 8 і 9. Соленоїд і феромагнітна насадка в касетах розраховані таким чином, що вони мають магнітні і гідравлічні параметри такі ж, як і в магнітному фільтросаджувачі. Вимірювальні котушки 5 верхньої і нижньої касет приєднуються до вимірювального приладу, що визначає індуктивність. Спосіб контролю процесу магнітної очистки середовищ реалізується також у магнітному фільтр-осаджувачі, зображеному на фігурі 3, в корпусі 1 якого в місцях розташування нижнього і верхнього шарів фільтруючо ї насадки 2 по ходу подачі середовища, що очищується, встановлені перфоровані касети 4 з насадкою 5, на поверхні касет встановлені вимірювальні котушки 6, причому касети 4 заповнені такою ж фільтруючою насадкою, як і насадка в корпусі фільтра. Спосіб контролю процесу магнітної очистки реалізується також в магнітному фільтросаджувачі, зображеному на Фіг.4, в якому електрична вимірювальна котушка 5, встановлена на поверхні корпуса 1 фільтра, намагнічуюча система складається з феромагнітного сердечникамагнітопровода 4, і котушки намагнічування 3 встановлена на поверхні сердечника. Запропонований спосіб контролю процесу очистки реалізується таким чином. Корпус 1 магнітного фільтр-осаджувачі (Фіг.1) заповнюється феромагнітною насадкою 2. Вимірювальна електрична котушка 4 підключається до приладу і вимірюється індуктивність котушки 4 до початку процесу очистки Lo. В процесі очистки середовища, наприклад, технологічної води, феромагнітні домішки під дією магнітних сил будуть осаджуватись на намагнічених гранулах насадки. Поступово індуктивність вимірювальної котушки буде збільшуватись. Це видно з залежності = m o × m × n2 V , де m o - магнітна стала 4p × 10-7 L 2н , м m - відносна магнітна проникність феромагнітної насадки, n - кількість витків електричної котушки на одиницю довжини, V - об'єм електричної вимірювальної котушки, в середині якої знаходиться феромагнітна насадка. З (1) видно, що в даному випадку m o, n2, V - сталі величини. Змінюється тільки величина m . Вона змінюється по мірі накопичення феромагнітних домішок в об'ємі насадки. Настає такий момент часу, коли кількість феро 8 магнітних домішок, осаджених в об'ємі фільтруючої насадки досягає максимального значення. В подальшому концентрація домішок С до фільтра і концентрація домішок С після фільтра стають практично однаковими, відповідно, ефективність процесу очистки зменшується і наближається до 0. В цей момент часу індуктивність електричної вимірювальної котушки збільшуватись не буде (Фіг.6). Це свідчи ть про те, що необхідно виконувати регенерацію фільтруючої насадки. Наявність електричної вимірювальної котушки дозволяє неперервно контролювати відносну зміну індуктивності і, відповідно, контролювати ефективність процесу очистки. При магнітній очистці середовища в процесі накопичення домішок в об'ємі феромагнітної насадки щільність насадки також збільшується. Збільшення величини щільності насадки пропорційно відносній зміні індуктивності електричної вимірювальної котушки, Отже, спосіб контролю процесу магнітної очистки реалізується також шляхом контролю щільності феромагнітної насадки. Окрім того, при заповненні корпуса промислового фільтра феромагнітною насадкою, візуально контролювати необхідну щільність насадки технічно складно. А від величини щільності залежить величина індукції в об'ємі насадки, відповідно, силова для магнітного поля на домішки і ефективність процесу магнітної очистки. Електрична вимірювальна котушка дозволяє швидко, за короткий час і точно визначати щільність насадки до процесу очистки, в процесі очистки і після очистки. В магнітному фільтр-осаджувачі на Фіг.2, який містить корпус 1, феромагнітну насадку 2, намагнічуючу систему 3, в місцях розміщення нижнього і верхнього шарів фільтруючої насадки , приєднані касети 4 у вигляді герметичних циліндрів, які заповнені феромагнітною фільтруючою насадкою 7 і на поверхні яких встановлені соленоїди 6 і вимірювальні електричні котушки 5. Перед початком процесу магнітної очистки вимірюють індуктивність електричної котушки нижньої касети L01 і верхньої касети L02. Поступово з часом в процесі магнітної очистки змінюється індуктивність електричної вимірювальної котушки нижньої касети, позначимо L1 і індуктивність верхньої котушки, позначимо L2. Відношення L1/L01 позначимо К1, а відношення L2/L02 позначимо К2. При магнітній очистці середовища величина e = ( K1 - K 2 ) / K1, буде змінюватись від максимального до певного мінімального значення і, відповідно, буде змінюватися величина e, яка характеризує відносну зміну кількості домішок до фільтра і після фільтра. Настає такий момент часу, коли величина e не збільшується. Це свідчить про те, що відбулось максимальне насичення феромагнітної насадки домішками. Цей момент часу відповідає фільтроциклу. В подальшому домішки середовища „транзитом" проходять об'єм намагніченої феромагнітної насадки, не осаджуючись на гранулах цієї насадки. Це свідчить про те, що необхідно регенерувати фільтруючу насадку. Феромагнітну фільтруючу насадку, розміри касет, розміри соленоїдної магнітної системи касет, гід 9 равлічні магнітні параметри розраховують таким чином, щоб вони відповідали аналогічним параметрам магнітного фільтр-осаджувача. Касети для контролю процесу магнітної очистки виготовляють також внутрішніми (Фіг.3). Ці касети працюють аналогічно касетам, зображеним на Фіг.2. В нижній і верхній шари феромагнітної фільтруючої насадки магнітного фільтросаджувача вставлені перфоровані касети 4, які заповнені насадкою 5, а на поверхні касет встановлені вимірювальні електричні котушки 6. Перед початком процесу очистки вимірюють індуктивність електричної котушки нижньої касети L01 і верхньої котушки L02. В процесі очистки середовища вимірюють індуктивність нижньої котушки L1 і верхньої L2. Позначаємо K1 = L1 / L 01; K 2 = L2 / L 02 . Визначаємо відношення e = ( K1 - K 2 ) / K1, яке характеризує ефективність процесу очистки. Момент часу, коли величина e не збільшується, а стає const свідчить про максимальне насичення феромагнітної насадки домішками по всій висоті магнітного фільтр-осаджувача. В цей момент часу необхідно виконувати регенерацію фільтруючої насадки. Контроль процесу магнітної очистки може бути також реалізований шляхом визначення відносної зміні добротності електричної вимірювальної котушки з середовищем, що очищується до початку процесу очистки і після завершення процесу очистки. Для цього пробу середовища, наприклад, технологічної води, що очищується, взяту до очистки, розміщують в електричну вимірювальну котушку (Фіг.5 ) і вимірюють, наприклад приладом Е4-4, добротність цієї котушки. Потім таку ж за об'ємом пробу води після очистки розміщують також в електричну вимірювальну котушку. Оскільки, в одній пробі води до очистки буде підвищена концентрація феромагнітних домішок, а в другій пробі після очистки зменшена концентрація, то відносна зміна добротності електричної вимірювальної котушки з пробою води до Qo і після очистки Q відповідає відносній зміні концентрації домішок, яка характеризує ефективність процесу магнітної очистки. e = ( Q0 - Q ) / Q0 . Для визначення кількісної характеристики ефективності процесу очистки виконуються контрольні вимірювання концентрації феромагнітних. домішок паралельно з вимірюванням добротності електричної котушки і будується залежність e x = (Q1 - Q2 ) / Q1= j( C x ), де С x - змінна концентрації феромагнітних домішок. Q1 - добротність електричної вимірювальної котушки без проби води (пустої), і добротність Q2 електричної вимірювальної котушки з пробою води, яка містить домішки. В наступних вимірюваннях визначають величину Q2 і визначають по графічній залежності e x = j (C x ) величини j x для різних значень Q2, як до очистки, так і після очистки. По значенням величин j x і Q2 визначають безпосередньо концентрації феромагнітних домішок до очистки С o і 85728 10 після очистки С, і по значенням цих величин розраховують ефективність процесу очистки. Аналогічні вимірювання викопуються з визначення індуктивності електричної вимірювальної котушки, в яку послідовно розміщують пробу води до магнітної очистки і після очистки, і по зміні індуктивності розраховують ефективність процесу очистки e. Відомо, що на промислових магнітних фільтр-осаджувачах, які працюють в тепловій, атомній енергетиці, в яких реалізується спосіб магнітного осадження, аналізи по визначенню концентрації феромагнітних домішок з метою контролю процесу очистки проводять один раз в два-три дні. Затрати часу на проведення аналізу складають 4-6 годин. При цьому витрачаються дорогостоючі хімреактиви кваліфікації „хімічно чисті” (Х.Ч.). За рік на аналізи витрачається як мінімум 500-600 годин. Запропонований спосіб і магнітний фільтросаджувач для його реалізації дозволяють на протязі 10-15 хвилин визначити відносну зміну індуктивності або добротності електричної вимірювальної котушки з феромагнітною фільтруючою насадкою, через яку проходить середовище, що очищується і по відносній зміні індуктивності або добротності електричної вимірювальної котушки, швидко, за короткий час (в 10-12 разів швидше ніж в прототипі) визначити ефективність процесу очистки, тобто це дозволяє підвищити в декілька разів ефективність контролю за процесом магнітної очистки, точніше визначити час насичення феромагнітної фільтруючої насадки магнітними домішками, зменшити трудомісткість і довготривалість процесу контролю очистки. За рахунок того, що запропонований спосіб більш точно визначає час фільтроциклу і, відповідно, час регенерації насадки магнітного фільтросаджувача, практично виключається режим роботи фільтра при насиченій домішками фільтруючій насадці, коли ефективність процесу очистки різко зменшується. В свою чергу це дозволяє контролювати процес очистки таким чином, щоб ефективність очистки завжди була максимально високою. Запропонований спосіб дозволяє автоматизувати вимірювання відносної зміні індуктивності і добротності, оскільки прилади, які використовуються для вимірювання цих величин, можуть працювати в автоматичному режимі, а використання комп'ютерно-інтегрованих систем дозволяє спостерігати контроль процесу магнітної очистки і фіксувати його на магнітні носії пам'яті в динаміці. Джерела інформації: 1. Сандуляк А.В., Федоткин И.М. Магнитное обезжелезивание конденсата. Москва. Энергоатомиздат. 1973, стр. 31-36. 2. Сандуляк А.В., Очистка жидкостей в магнитном поле. Львов. «Вища школа», 1984, стр.9-14. 11 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 85728 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601