Investigations of the impact of the magnetic field on the process of formation of scaling in thermal devices

• Autorzy: Ismailov Oybek , Khurmamatov Abdugaffor M. , Ismoilov Mirzaakbar , Auesbaev Alisher U. , Utegenov Usnatdin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.02.07

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu pola magnetycznego na proces tworzenia kamienia w urządzeniach termicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Water is used as working fluids in hydro and thermal power engineering, as well as in heat supply and cooling systems. In the process of heating water in water-heating boilers, scale forms due to the precipitation of crystals of mineral additives and mineral salts. Over time, the accumulation of scale with low thermal conductivity leads to a decrease in the internal diameter of the pipes. Consequently, the flow of liquid is hindered, the hydraulic resistance increases and the thermal conductivity of the device decreases. The scale layer is usually removed by acid washing of the internal heat exchange surfaces or mechanical washing. However, both methods involve the use of a substantial amount of chemicals and result in highly polluted wastewater. In addition, it significantly increases operating costs. The article uses statistical methods for processing experimental data, and generally accepted methods for conducting experiments to study the patterns of scale formation using control and measuring instruments and accurate methods for measuring technological parameters. The main purpose of the paper is to study the influence of a constant magnetic field on the formation of mineral salts deposits on the surface of walls of thermal appliances used in chemical, oil refining, and food processing industry. The influence of a constant magnetic field on the formation of scale on the surface of the walls of the heating element in a water heater has been established. According to the results of an experiment aimed at preventing the accumulation of mineral salt deposits on the surface of the heating element in a water heating boiler under the influence of a magnetic field, the amount of mineral salt precipitate deposited on such surface can be reduced up to 5.2 times. Consequently, the prevention of mineral scale formation is achieved, eliminating the need to use expensive chemicals. The stable operation of the devices contributes to enhanced thermal efficiency. Under the influence of a magnetic field, scale formation decreases on average by a factor of 5, as long as the water temperature does not exceed 70°C. However, if the temperature rises above 90°C, the scale formation rate gradually increases.

PL

Woda jest wykorzystywana jako płyn roboczy w energetyce wodnej i cieplnej, w systemach ciepłowniczych i chłodniczych. W procesie podgrzewania wody w kotłach wodnych powstaje kamień kotłowy w wyniku wytrącania się kryształów dodatków mineralnych i soli mineralnych. Z biegiem czasu wzrost grubości kamienia o niskiej przewodności cieplnej prowadzi do zmniejszenia wewnętrznej średnicy rury. W rezultacie przepływ cieczy staje się utrudniony, wzrasta opór hydrauliczny i maleje przewodność cieplna urządzenia. W celu usunięcia warstwy kamienia stosuje się zwykle mycie kwasem wewnętrznych powierzchni wymiany ciepła lub oczyszczanie mechaniczne. Wszystkie te metody wiążą się z użyciem dużej ilości chemikaliów i wytwarzaniem mocno zanieczyszczonych ścieków. Ponadto znacznie zwiększają one koszty eksploatacji. W artykule zastosowano metody statystyczne przetwarzania danych eksperymentalnych oraz ogólnie przyjęte metody prowadzenia eksperymentów do badania przebiegu powstawania kamienia kotłowego za pomocą przyrządów kontrolno-pomiarowych oraz dokładne metody pomiaru parametrów technologicznych. Głównym celem pracy jest zbadanie wpływu stałego pola magnetycznego na powstawanie osadów soli mineralnych na powierzchni ścianek urządzeń cieplnych stosowanych w zakładach przemysłu chemicznego, rafineryjnego i spożywczego. Określono wpływ stałego pola magnetycznego na powstawanie kamienia kotłowego na powierzchni ścianek elementu grzejnego podgrzewacza wody. Zgodnie z wynikami eksperymentu mającego na celu zapobieganie osadzaniu się osadów soli mineralnych na powierzchni elementu grzejnego w kotle wodnym pod wpływem pola magnetycznego, ilość osadów soli mineralnych osadzonych na powierzchni elementu grzejnego kotła wodnego można zmniejszyć nawet 5,2-krotnie. W rezultacie zapobiega się tworzeniu kamienia kotłowego i nie stosuje się drogich chemikaliów. Sprawność cieplna urządzeń osiągana jest dzięki możliwości stabilnej pracy urządzenia. Tworzenie się kamienia pod wpływem pola magnetycznego zmniejsza się średnio 5-krotnie, dopóki temperatura wody nie przekroczy 70°C. Jednakże, gdy temperatura wzrośnie powyżej 90°C, tempo tworzenia się kamienia stopniowo wzrasta.

Słowa kluczowe

EN

heating devices; permanent magnet; sediment; water heating boiler; mineral scale; thermal efficiency

PL

urządzenia grzewcze; magnes trwały; osad; kocioł wodny; osad mineralny; sprawność cieplna

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 2
• Strony: 115--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz.

Twórcy

autor

Ismailov Oybek

• Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

autor

Khurmamatov Abdugaffor M.

• Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

autor

Ismoilov Mirzaakbar

• Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

autor

Auesbaev Alisher U.

• Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

autor

Utegenov Usnatdin

• Karakalpak State University named after Berdakh

Bibliografia

• Al Helal A., Soames A., Iglauer S., Gubner R., Barifcani A., 2019. The influence of magnetic fields on calcium carbonate scale formation within monoethylene glycol solutions at regeneration conditions. Journal of Petroleum Science and Engineering, 173:158–169. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.09.100.
• Bannikov V.V., 2004. Elektromagnitnaya obrabotka vody. Ekologiya Proizvodstva, 4: 25–32.
• Cefalas A.C., Kobe S., Drazic G., Sarantopoulou E., Kollia Z., Strazisar J., Meden A., 2008. Nanocrystallization of CaCO3 at solid/liquid interfaces in magnetic field: a quantum approach. Applied Surface Science, 254(21): 6715–6724. DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.04.056.
• Chang M., Tai C.Y., 2010. Effect of the magnetic field on the growth rate of aragonite and the precipitation of CaCO3. Chemical Engineering Journal, 164(1): 1–9. DOI: 10.1016/j.cej.2010.07.018.
• Chibowski E., Szcześ A., 2018. Magnetic water treatment – a review of the latest approaches. Chemosphere, 203: 54–67. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.03.160.
• Fedotkin I.M., Lipsman V.S., 1972. Intensifikatsiya teploobmena v apparatakh pishchevykh proizvodstv. Pishchevaya promyshlennost', 1–240.
• Glater, J., York, L., Campbell, K.S., 2012. Principles of Desalination. Academic Press, Inc, London.
• Ismailov O.Y., Khudoyberdiyev A.A., Khurmamatov A.M., 2017. Issledovaniye zavisimosti koeffitsiyenta teploperedachi ot tolshchiny nakipi i rezhima dvizheniya nagrevayemoy neftegazokondensatnoy smesi v gorizontal'noy trube. Nauchno-Tekhnicheskiy Zhurnal «Neftepererabotka i Neftekhimiya», Moskva, 2: 42–45.
• Ismailov O.Y., Ramonov T.Z., 2017. Izucheniye usloviya obrazovaniya otlozheniy v trubakh teploobmennykh apparatakh. Nauchno-Tekhnicheskiy Zhurnal, «Khimicheskaya Promyshlennost'». Sankt-Peterburg, 2: 74–78.
• Ismoilov M.Kh., Ismailov O.Y., 2022. The effect of the magnetic field on the accumulation of scale mass in heat exchange devices. Materials of the Republican scientific and practical conference on the topic problems in the Chemical Technology, Chemical and food industries and ways to eliminate them in the conditions of integration of Science and production, Namangan, 03-04.06.2022: 213–215.
• Jiang L., Zhang J., Li D., 2015. Effects of permanent magnetic field on calcium carbonate scaling of circulating water. Desalination and Water Treatment, 53: 1275–1285. DOI: 10.1080/19443994.2013.850450
• Khormali A., Sharifov A.R., Torba D.I., 2018. Increasing efficiency of calcium sulfate scale prevention using a new mixture of phosphonate scale inhibitors during waterflooding. Journal of Petroleum Science and Engineering, 164: 245–258. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.01.055.
• Khurmamatov A.M., Auesbaev A.U., 2023. Analysis of the operating mode of the existing desorber and its modernization using additional contact devices. Nafta-Gaz, 79(6): 412–419. DOI:10.18668/NG.2023.06.05.
• Kobe S., Drazic G., Cefalas A.C., Sarantopoulou E., Strazisar J., 2002. Nucleation and crystallization of CaCO3 in applied magnetic fields. Crystal Engineering, 5(3–4): 243–253. DOI: 10.1016/S1463-0184(02)00035-7.
• Kolesnikov V.A., Nechayev Y.G., 1980. Teplosiloviye khozyaystvo sakharnykh zavodov. Pishchevaya Promishlennost', 1–392.
• Koshoridze S.I., Levin Yu.K., 2009. Fizicheskaya model' snizheniya nakipeobrazovaniya pri magnitnoy obrabotke vody v teploenergeticheskikh ustroystvakh. Teploenergetika, 4: 66–68.
• Kostyleva S.S., Dzhumabayev Kh.K., Tyusenkov A.S., 2018. Vliyaniye elektrokhimicheskoy aktivatsii vody na soleotlozheniye. Neftegazovoye Delo: 16(4): 89–95. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-4-89-96.
• Kozic V., Hamler A., Ban I., Lipus L.C., 2010. Magnetic water treatment for scale control in heating and alkaline conditions. Desalination and Water Treatment, 22(1–3): 65–71. DOI: 10.5004/dwt.2010.1549.
• Mosin O.V., Ignatov I., 2011. Struktura vody i fizicheskaya real'nost'. Soznaniye i Fizicheskaya Real'nost', 16(9): 16–32.
• Ochkov V.F., 2006. Magnitnaya obrabotka vody: istoriya i sovremennoye sostoyaniye. Energosberezheniye i Vodopodgotovka,2: 23–29.
• Prisyazhnyuk V.Y., 2004. Zhestkost' vody: sposoby umyagcheniya i tekhnologicheskiye skhemy. SOK, Rubrika Santekhnika i Vodosnabzheniye, 11: 45–59.
• Reis M.I.P., Da Silva F.D.C., Romeiro G.A., Rocha A.A., Ferreira V.F., 2011. Deposição mineral em Superfícies: Problemas e oportunidades na indústria do Petróleo. Revista Virtual de Quimica, 3(1): 2–13. DOI: 10.5935/1984-6835.20110002.
• Saksono N.Y., Bismo S., Soemantojo R.W., Manaf A. 2009. Effects of pH on calcium carbonate precipitation under magnetic field. Makara Journal of Technology, 13(2): 79–85. DOI: 10.7454/mst.v13i2.479.
• Shchelokov Ya.M., 2002. O magnitnoy obrabotke vody. Novosti Teplosnabzheniya, 8(24): 41–42.
• Simonic M., Urbancl D., 2017. Alternating magnetic field influence on scaling in pump diffusers. Journal of Cleaner Production,156: 445–450. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.04.080.
• Sohaili J., Shi H.S., Baloo L., Zardari N.H., Ahmad N., Muniyandi S.K., 2016. Removal of scale deposition on pipe walls by using magnetic field treatment and the effects of magnetic strength. Journal of Cleaner Production, 139: 1393–1399. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.09.028.
• Vazirian M.M., Charpentier T.V.J., Penna M.O., Neville A., 2016. Surface inorganic scale formation in oil and gas industry: as adhesion and deposition processes. Journal of Petroleum Science and Engineering, 137: 22–32. DOI: 10.1016/j.petrol.2015.11.005.
• Vermeiren T., 1958. Magnetic treatment of liquids for scale and corrosion prevention. Anti-Corrosion Methods and Materials, 5(7): 215–219. DOI: 10.1108/eb019464.
• Wang S.S.S., Chang M.-C., Chang H.-C., Chang M.-H., Tai C.Y., 2012. Growth Behavior of Aragonite under the Influence of Magnetic Field, Temperature, and Impurity. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(2): 1041–1049. DOI: 10.1021/ie2016015.
• Zendehboudi S., Shafiei A., Bahadori A., James L.A., Elkamel A., Lohi A., 2014. Asphaltene precipitation and deposition in oil reservoirs – technical aspects experimental and hybrid neural network predictive tools. Chemical Engineering Research and Design, 92(5): 857–875. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.08.001.