Размещено на http://www.allbest.ru/

Об эффективности работы пластинчатых теплообменников, оборудованных акустическими противонакипными устройствами

А.Г. Андреев, П.А. Панфиль,

Пластинчатые теплообменники в последние годы получают все более широкое распространение в теплоэнергетике. Высокая эффективность при малых габаритах делает этот вид теплообменников одним из наиболее перспективных. Большая скорость нагреваемой воды и вихревой характер ее потока приводят к увеличению эффективности работы пластинчатых теплообменников и одновременно препятствуют загрязнению их теплообменных поверхностей. Однако водопроводящие каналы с малым сечением более подвержены последствиям образования в них накипи. Даже незначительный, с точки зрения кожухотрубных нагревателей, слой отложений толщиной 0,05-0,1 мм приводит к заметному снижению эффективности работы пластинчатых теплообменников.

Обеспечение защиты теплообменных поверхностей от накипи осуществляется различными способами, среди которых выделяется ультразвуковая технология предотвращения образования накипи. Это связано с тем, что данная технология, в отличие от ряда других, позволяет задействовать сразу несколько механизмов, влияющих как на процессы формирования накипи в толще воды и оседания ее на теплообменной поверхности, так и на уже образовавшийся слой отложений. Ультразвуковая технология позволяет существенно снизить скорость образования накипи, а в ряде случаев и обеспечить безнакипный режим работы теплообменного оборудования.

В пластинчатых теплообменниках применяется химическая очистка поверхности со стороны нагреваемой воды. Способ химической очистки является в настоящее время оптимальным для паяных теплообменников, однако в ряде случаев отмечается загрязнение их кремниевыми отложениями, наличие которых многократно усложняет проведение химической очистки. Зарегистрировано и загрязнение теплообменников со стороны греющей воды. Ультразвуковая технология позволяет защитить теплообменную поверхность от отложений различного происхождения, а возбуждение изгибных колебаний во всей конструкции теплообменника препятствует образованию отложений со стороны греющей воды так же, как и со стороны нагреваемой.

Нашей организацией проведен ряд работ по оснащению пластинчатых теплообменников акустическими противонакипными устройствами (АПУ).

Условия проведения исследований

теплообменный накипь пластинчатый акустический

Исследование эффективности работы паяных пластинчатых теплообменников системы ГВС при оснащении их акустическими противонакипными устройствами серии «Акустик-Т» производства ООО «Кольцо» проводилось в тепловых пунктах ГУП «Мосгортепло», начиная с апреля 2001 года. Противонакипными устройствами были оснащены три тепловых пункта. В каждом оборудованном противонакипным устройством тепловом пункте размещены два пластинчатых теплообменника (двухступенчатая схема системы ГВС), на каждый из которых был установлен излучатель ультразвука двухканального АПУ «Акустик-Т2» (рис. 1).

Для оценки результатов работы противонакипных устройств был применен метод сравнения, в котором параметры теплообменников с установленными противонакипными устройствами сравнивались с параметрами не оснащенных АПУ теплообменников. Специалистами ГУП «Мосгортепло» выбраны дополнительно 6 контрольных тепловых пунктов (ТП), и образованы три комплекса по три ТП, расположенных на трех различных теплотрассах, в каждом из которых один тепловой пункт оснащен противонакипным устройством.

Способ крепления ультразвуковых (УЗ) излучателей был выбран таким, чтобы часть генерируемой ими УЗ энергии распространялась по теплообменной поверхности, а часть ее направлялась в толщу нагреваемой воды, распространяясь по всему внутреннему объему теплообменника. Возбуждение УЗ колебаний, распространяющихся по теплообменной поверхности, требовалось не только для предотвращения оседания вновь образующейся накипи, но и для разрушения возможно сформировавшегося до установки противонакипных устройств слоя отложений. Результаты наших предыдущих работ с пластинчатыми теплообменниками показывают увеличение коэффициента теплопередачи теплообменника уже через несколько недель работы противонакипного устройства. Для проверки этого результата одно из установленных противонакипных устройств было отключено после месяца его непрерывной работы. Параметры работы теплообменного оборудования этого комплекса тепловых пунктов продолжались фиксироваться на протяжении всего времени наблюдения.

Все девять тепловых пунктов оборудованы приборами учета количества тепла и автоматикой по поддержанию температуры нагреваемой воды на заданном уровне. Регистрировались данные по расходу количества тепла, расходу сетевой воды и разница температур сетевой воды на входе/выходе каждого ТП. Нами проводились так же периодические выписки из журнала обходчика, фиксирующие перепад давлений сетевой и нагреваемой воды.

Основные результаты

Во время отопительного сезона разделение данных по расходам сетевой воды и количества тепла в системах отопления и горячего водоснабжения представляется сложнореализуемым, поэтому проведение сравнительного анализа работы теплообменников ГВС основывалось на параметрах сетевой и нагреваемой воды, регистрируемых в летний период.

Одной из характеристик эффективности работы теплообменников является разница температур сетевой воды ?Т на входе/выходе ТП. На рис. 2 приведены характерные графики изменения разницы температур сетевой воды ?Т в наблюдаемых тепловых пунктах. Во всех трех комплексах значение ?T в ТП, оборудованных противонакипными устройствами, выше ее значений в контрольных ТП. Полученный результат свидетельствует о том, что эффективность работы теплообменников с противонакипными устройствами выше эффективности не оборудованных АПУ теплообменников, однако то, что данное отличие является следствием работы АПУ, не очевидно. Для получения однозначного результата были запрошены данные по работе тепловых пунктов за аналогичный период прошлого года, которые были представлены по одному комплексу ТП. Обработка полученных данных показала, что в апреле-августе 2000 г. колебания разницы температур сетевой воды во всех ТП происходит около единого среднего значения, отклонение от которого может быть объяснено отличиями в ежедневных расходах нагреваемой воды. Изменение ?Т на тех же ТП в апреле-августе текущего года имеет иной характер - значения ?Т в ТП, оборудованным противонакипным устройством, значительно выше разницы температур сетевой воды на не оснащенных АПУ тепловых пунктах. Причем данное различие достигнуто в основном за счет снижения ?Т в ТП без противонакипных устройств и небольшого увеличения ?Т относительно прошлогодних значений в тепловом пункте после установки АПУ. Среднее превышение разницы температур сетевой воды ?Т в оборудованном АПУ тепловом пункте над ее значением в контрольных ТП в летний период 2001 г. составляет 5 °С.

Сопоставление полученных данных позволяет утверждать, что увеличение разницы температур сетевой воды ?Т является следствием работы противонакипных устройств. Значения температуры сетевой воды на входе тепловых пунктов, расположенных на одной теплотрассе, близки. Относительный рост ?Т в ТП, оборудованных противонакипными устройствами, свидетельствует об увеличении эффективности использования теплоносителя в пластинчатых теплообменниках, оснащенных акустическими противонакипными устройствами.

Другим параметром, характеризующим эффективность работы теплообменников, служит удельный расход сетевой воды. Для оценки работы системы ГВС наблюдения за удельным расходом сетевой воды проводились так же в летний период. На рис. 3 приведены графики изменения расхода сетевой воды в одном комплексе ТП.

Во всех тепловых пунктах, оборудованных акустическими противонакипными устройствами, удельный расход сетевой воды в летний период меньше, чем в контрольных. Напомним, что в двух ТП противонакипные устройства работали в течение всего летнего периода, в одном ТП противонакипное устройство было отключено в мае 2001 г., после одного месяца его непрерывной работы. В первых двух ТП среднемесячный удельный расход теплоносителя ниже расхода в контрольных тепловых пунктах на 2-6 nонн/Гкал вплоть до ноября 2001 г. (включение ЦО было проведено в конце сентября), характеристики работы теплообменников в третьем ТП нужно рассмотреть отдельно. На рис. 4 представлены графики изменения среднемесячного удельного расхода теплоносителя в этом комплексе тепловых пунктов.

Приведенный график наглядно показывает, что удельный расход теплоносителя в ТП, оснащенном АПУ, ниже расхода в контрольных ТП па 3-5 тонн/Гкал до августа 2001 г. Другими словами, снижение эффективности работы пластинчатого теплообменника произошло только через два, два с половиной месяца после отключения противонакипного устройства. Рассмотрение среднемесячных значений разницы температур сетевой воды ?Т подтверждает данный результат -превышение ?Т в тепловом пункте, оснащенном АПУ, над соответствующими значениями ?Т в контрольных ТП сохраняется до августа 2001 г.

Полученные данные по уменьшению расхода сетевой воды, при одновременном увеличении разницы температур сетевой воды в тепловых пунктах, оборудованных противонакипными устройствами, относительно расходов и ?Т в контрольных ТП, свидетельствуют об эффективности работы АПУ. Согласованность полученных результатов подтверждает данный вывод.

Перепад давлений нагреваемой воды на входе/выходе теплообменного оборудования так же является характеристикой эффективности его работы. Обработка зарегистрированных значений перепадов давлений была проведена, однако класс точности применяемых средств измерения давления воды не позволил выявить изменения в перепадах давления нагреваемой воды до и после установки АПУ, не обнаружены изменения в перепадах давления нагреваемой воды и в контрольных ТП.

Выводы

Обработка зарегистрированных данных выявила следующие изменения параметров работы оснащенных противонакипными устройствами и контрольных теплообменников:

* в летний период разница температур сетевой воды ?Т на входе/выходе каждого теплового пункта, оборудованного АПУ, выше ?Т в контрольных ТП, расположенных на той же теплотрассе

* темпы снижения удельного расхода сетевой воды, после отключения ЦО, в тепловых пунктах, оборудованных АПУ, выше, чем в контрольных

* относительно аналогичного периода прошлого года произошло уменьшение удельного расхода сетевой воды в оснащенных АПУ ТП и увеличение расхода сетевой воды в контрольных ТП

* класс точности средств измерения давления воды не позволил обнаружить отличия в перепадах давления нагреваемой воды до и после установки противонакипных устройств

* теплообменники, установленные в оборудованных АПУ тепловых пунктах, воспринимают большую часть тепла, содержащуюся в каждой тонне теплоносителя, чем контрольные.

Полученные результаты позволяют сформулировать следующие выводы: установка акустических противонакипных устройств серии «Акустик-Т2» производства ООО «Кольцо» и даже непродолжительная, в течение 1-3 месяцев, их непрерывная работа приводит к:

* уменьшению удельного расхода теплоносителя.

* увеличению разницы температур сетевой воды на входе/выходе теплообменника

* повышению эффективности использования теплоносителя

Для получения количественных показателей эффективности применения акустических противонакипных устройств, требуется более длительное наблюдение за параметрами работы оснащенных АПУ и контрольных тепловых пунктов, и проведение периодических измерений мгновенных значений температур, давлений и расходов греющей и нагреваемой воды на каждом установленном в ТП теплообменнике для прямых определений коэффициентов их теплопередачи.

Однако опыт применения акустических противонакипных устройств в малой энергетике показывает сложность получения количественной оценки эффективности их работы. Недостаточная оснащенность счетчиками расхода количества тепла тепловых пунктов, большая погрешность применяемых измерительных средств приводят к тому, что основным критерием эффективности АПУ служит длительность работы теплообменного оборудования между его вынужденными остановками для проведения очистки. Увеличение срока безостановочной работы теплообменного оборудования безусловно облегчает его эксплуатацию, однако экономическая эффективность применения акустических противонакипных устройств в этих случаях не очевидна. Проведение исследований, основанных на экспериментальном материале, позволяющих подтвердить фактическое повышение эффективности работы теплообменного оборудования при оснащении его противонакипными устройствами, обосновывает целесообразность применения АПУ.

Поддержание теплообменного оборудования в очищенном от отложений состоянии путем внедрения ультразвуковой технологии предотвращения образования накипи позволяет избежать необходимости увеличения расхода сетевой воды, что приводит к реальной экономии тепла и энергоносителей.

Размещено на Allbest.ru