Пластинчатые теплообменники

3.3 Применение акустических противонакипных устройств (АПУ)

В 2003-04 гг. на одной из котельных в течение 3-х месяцев проводился эксперимент по проверке эффективности действия АПУ марки «Акустик-Т» по предотвращению накипеобразования на поверхности нагрева разборного ПТО фирмы Funke. Акустические излучатели установлены на обоих патрубках ПТО по сетевой стороне вблизи от портов. В ходе испытаний еженедельно фиксировались температуры входа и выхода потоков и перепад давления на ПТО, оснащенном АПУ, и контрольном ПТО (не оснащенном АПУ). Оба ПТО работали в параллель при одних и тех же параметрах рабочих сред.

К сожалению, испытания показали полную неэффективность АПУ на данном объекте. Вскрытие обоих ПТО, произведенное после окончания испытаний, не выявило каких-либо отличий между теплообменниками. В обоих ПТО были обнаружены отложения карбонатной накипи толщиной около 0,6 мм (см. рис. 3).

В этой связи следует рекомендовать эксплуатационникам, прежде чем приобретать АПУ для ПТО (в первую очередь это касается разборных ПТО с резиновыми уплотнительными прокладками), предварительно брать их (без оплаты) на период опытной эксплуатации.

 

Рекомендации по подбору ПТО при проектировании

объектов теплоснабжения

В настоящее время все фирмы-поставщики ПТО при их продаже предлагают заказчикам услуги по подбору теплообменников, в зависимости от исходных данных и специфических требований заказчика.

При этом обе стороны заинтересованы в положительном эффекте в результате внедрения ПТО. Сами заказчики, как правило, не могут квалифицированно подобрать ПТО, поскольку методики их теплового и гидравлического расчета являются коммерческой тайной. В качестве исходных данных для выбора ПТО запрашиваются:

- тепловая мощность;

- температуры входа/выхода  рабочих сред по обоим потокам;

- максимально допустимый (располагаемый) перепад давления  по обоим потокам. В результате  расчета по программе фирмы-изготовителя  получают величины:

- типоразмер ПТО;

- тип и количество пластин;

- расчетный коэффициент  теплопередачи;

- расчетный перепад давления  по обоим потокам.

Нюанс заключается в том, что при одних и тех же заданных значениях теплового потока и температур теплоносителей могут быть подобраны ПТО, разного типоразмера с существенно разным расчетным коэффициентом теплопередачи, количеством пластин и т.д. (Расчетный коэффициент теплопередачи к0, как правило, напрямую зависит от назначенных величин допустимого перепада давления). Очевидно, например, что теплообменник с ко=45ОО Вт/(м2•°С) будет иметь в 1,7 раза меньшую поверхность, чем теплообменник с к0 = 7500 Вт/(м2•°С). При этом второй ПТО примерно в 1,5 раза дешевле.

Многие заказчики, не искушенные в проблемах подбора ПТО, и, к тому же, ограниченные в финансовых средствах подтверждают выбор ПТО с более высоким коэффициентом теплопередачи. При этом они обрекают себя на полный комплекс вышеописанных в предыдущих разделах проблем, связанных с потерей тепловой эффективности ПТО при загрязнении.

Как же быть в такой ситуации? Ответ на этот вопрос неоднозначен.

Во-первых, следует рекомендовать эксплуатационникам при выдаче технического задания на подбор ПТО в обязательном порядке учитывать перспективу их возможного загрязнения на основе имеющихся данных химико-аналитического контроля теплообменивающихся сред с учетом сезонных изменений.

Во-вторых, не следует устанавливать ПТО со слишком высоким значением к0. На мой взгляд оптимальный диапазон к0 для ПТО составляет 4500-6000 Вт/(м2 °•С).

Здесь необходимо заметить, что проблема устранилась бы сама собой, если бы фирмы-изготовители ПТО в своих расчетных программах учитывали возможность подбора ПТО при наличии заданной степени загрязненности (толщины слоя накипи). Однако такая услуга не предоставляется. Приходится искать обходные пути. Некоторые ошибочно полагают, что решить проблему можно путем введения запаса поверхности нагрева, т.е. рассчитать ПТО без учета загрязнения, а затем добавить некоторое количество пластин (например 20%). Однако это неправильный подход, поскольку при тех же расходах теплоносителей уменьшается скорость их течения по каналам, что ведет к снижению коэффициента теплопередачи примерно в той же пропорции. Тепловой поток же при этом практически не изменяется (Q = k•F•∆t).

Правда, вышесказанное справедливо только для чистого ПТО. В случае с загрязненным ПТО возникает интересный эффект, выражающийся в том, что вследствие снижения абсолютного значения коэффициента теплопередачи теплообменника, обусловленного добавлением пластин, его относительная величина (k/k0) при том же слое отложений становится больше. В результате рост поверхности нагрева не компенсируется снижением коэффициента теплопередачи и тепловой поток (при прочих равных условиях) несколько увеличивается. Расчеты показывают, что для теплообменника с расчетным коэффициентом теплопередачи

5000 Вт/(м2•°С) и расчетным параметром Ф0=2,22, при толщине слоя накипи 0,2 мм увеличение количества пластин на 20% обеспечивает прирост теплового потока только на 4,08%.

Таким образом, прирост поверхности нагрева ПТО (путем добавления пластин) не обеспечивает эквивалентного прироста теплового потока.

Добавление пластин экономически оправдано только в двух случаях:

- при необходимости увеличения  тепловой нагрузки ПТО, т.е. расходов  теплоносителей по обоим потокам;

- при необходимости уменьшения  гидравлического сопротивления  ПТО при неизменных расходах  теплоносителей и тепловой нагрузке.

Правильная методика подбора ПТО с учетом прогнозируемого загрязнения следует из вышеприведенной теоретической модели и заключается в следующем:

1. Исходя из требований технологического процесса определяются расчетные температуры теплоносителей (при загрязненном состоянии ПТО), например:

Параметры	Греющей воды	Нагреваемой воды
Температура на входе	110	70
Температура на выходе	80	95

 

2. Определяется соответствующий  этим температурам параметр теплообменника  Ф = 2,22.

3. Назначается желаемый  коэффициент теплопередачи ПТО, например 5000 Вт/(м2•°С). По графику рис.1 при заданной толщине слоя накипи (например

0,2 мм) определяется относительный  коэффициент теплопередачи (k/ko=O,545).

4. Вычисляется параметр  Фо при чистой поверхности нагрева: Ф0=Ф/(к/к0)=4,07.

5. При известных отношениях  расходов (Gнагр/Gгр=(110-80)/(95-70)=1,2) и входных температурах теплоносителей, выходные температуры найдутся из системы уравнений:

В итоге получим четыре расчетные температуры для выбора ПТО при проектировании.

Параметры	Греющей воды	Нагреваемой воды
Температура на входе	110	70
Температура на выходе	75,3	99,0

 

Именно эти температуры должны быть включены в техническое задание, передаваемое фирме-изготовителю для подбора ПТО.

Вопрос: а что же все-таки делать в ситуации, когда установленные на объекте ПТО не обеспечивают подогрев воды до нужной температуры?

В первую очередь необходимо провести анализ, в ходе которого определить:

- степень загрязнения  ПТО отложениями (по описанной  выше методике);

- соответствие входных  температур теплоносителей и  их расходов расчетным.

Для повышения теплопроизводительности ПТО можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Химическая промывка (или  механическая очистка).

2. Повышение температуры  и расхода греющего теплоносителя.

3. Замена ПТО.

4. Реконструкция ПТО с  переводом на двухходовую схему  и увеличением количества пластин.

Проводилось еще мероприятие на котельной в г. Сергач.

На указанной котельной по проекту были установлены два ПТО отопления марки FPS-43-163-1E фирмы «FUNKE» тепловой мощностью 8,0 МВт каждый. В процессе эксплуатации обнаружилось, что имеет место быстрое зарастание поверхностей нагрева ПТО накипными отложениями, вследствие чего котельная оказалась «заперта» - не удавалось нагреть сетевую воду выше 65-70 °С (при графике 95/70 °С).

Обследование показало - при расчетном коэффициенте теплопередачи ПТО 6600 Вт/(м2•°С), фактическое его значение составляло всего лишь 1736-2343 Вт/(м2•°С), что соответствует относительному параметру (ф/фо)= 0,26-0,36. При разборке ПТО на поверхности нагрева были обнаружены накипные отложения толщиной 0,2-0,3 мм следующего состава: 78% солей кальция, 22% оксидов железа.

Для нормализации теплоснабжения от котельной в первую очередь были предприняты меры по увеличению расхода (примерно на 30%) и температуры котловой воды до максимальной - от 110 до 115 °С, а также корректировке реагентного водно-химического режима. Хотя все эти мероприятия дали ограниченный эффект (удалось повысить температуру сетевой воды на 5-7 °С), в сочетании с регулярными хим-промывками это позволило не допустить срыва теплоснабжения жилого района.

Радикально проблема была решена только в летний период 2003 г., когда в сотрудничестве с известной фирмой-производителем пластинчатых теплообменников «Ридан» была проведена реконструкция ПТО с переводом на двухходовую схему движения теплоносителей и увеличением количества пластин с 163 до 250 шт.

В результате реконструкции удалось полностью нормализовать теплоснабжение от котельной.

К отрицательным последствиям реконструкции ПТО следует отнести следующие:

- гидравлическое сопротивление  ПТО увеличилось с 2,0 до 6,8 м вод. ст., т.е. в 3,4 раза;

- осложнена операция разборки  ПТО из-за устройства портов  и подводящих трубопроводов с  двух сторон теплообменника.

 

Выводы

1. Поверхности нагрева  ПТО подвержены загрязнению отложениями  накипи, окислов железа и других  механических примесей, содержащихся  в сетевой воде. Интенсивность  и характер загрязнения определяется  качеством воды (жесткостью, концентрацией  примесей) и ее температурой.

2. Загрязнение ПТО с  высоким расчетным коэффициентом  теплопередачи сопровождается значительным  снижением тепловой эффективности  аппарата.

3. Химическая промывка  ПТО (в особенности загрязненных  окислами железа) является сложной  технологической операцией, требует  профессионального подхода к  выбору реагентов и технологий  промывки.

4. С целью уменьшения  загрязнения ПТО продуктами коррозии  железа и другими механическими  примесями, содержащимися в сетевой  воде, следует применять осветлительные фильтры, инерционно-гравитационные грязевики типа ГИГ и др. устройства очистки.

5. Для предотвращения  накипеобразования на поверхностях нагрева ПТО, подогревающих сетевую воду с высокой жесткостью, и снижения скорости коррозии тепловых сетей рекомендуется применять реагентный (комплексонный) водно-химический режим тепловых сетей.

6. При проектировании  и выборе ПТО в обязательном  порядке необходимо учитывать  возможное загрязнение поверхности  нагрева. Предложена методика подбора  ПТО с учетом загрязнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Химические очистки  теплоэнергетического оборудования, Вып./ Под общей ред. Т.Х.Маргуловой.-М.: Энергия, 1990. – 176 с., ил.

2. Журнал «Теплоэнергетика»  №8 2005г. Никитин В.И доктор техн. наук.

3. Журнал «Теплоэнергетика»  №4 2004г. Смыслова М.К., канд. техн. наук, Смыслов А.А. инженер.

4. Журнал «Теплоэнергетика»  №4 2004г. Бухин В.Е., канд. техн. наук.

5. Журнал « Новости  теплоснабжения» №9 (сентябрь); 2005г. К.т.н А.А.Шарапов, вед. научный сотрудник ЦНИ Ичермет И.П.Бардина

6. Тепло-технические испытания котельных установок, Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А.; Москва; Энергоатомиздат 1991г.

7. Журнал «Новости теплоснабжения»  №3 2005г.