Эксплуатационный контроль функционирования теплообменных аппаратов, установленных в системах теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эксплуатационный контроль функционирования теплообменных аппаратов, установленных в системах теплоснабжения

Введение

теплоснабжение отопление автоматизированный

В некоторых крупных городах России для повышения устойчивости централизованного теплоснабжения объектов, при строительстве высотных зданий применяется многоконтурная независимая схема присоединения системы отопления через теплообменники, которые установлены на центральных тепловых пунктах (ЦТП) и автоматизированных индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

Так, например, в период интенсивного жилищного строительства прошлого столетия в г. Санкт-Петербурге была разработана и внедрена в новых жилых микрорайонах схема подключения нагрузки отопления по независимой схеме. При данной схеме присоединения предусматривается подключение потребителей через водо-водяные подогреватели, устанавливаемые в ЦТП, с подключением квартальной системы ГВС к первичному источнику теплоснабжения. В настоящее время в городе эксплуатируются около 500 ЦТП с установленной мощностью от 5 до 100 МВт.

Кроме того, при закрытых системах теплоснабжения для приготовления горячей воды на тепловых пунктах устанавливаются подогреватели различных типов и конструкций. В процессе эксплуатации происходят изменения режимов теплоотпуска, а также технического состояния самих теплообменных аппаратов, что отрицательно может сказаться на качестве отопления зданий или на ГВС потребителей (непрерывность, температура или цветность).

Существуют методики, позволяющие осуществлять эксплуатационный контроль за работой подогревателей, но они требуют привлечения высококвалифицированных специалистов и наличия соответствующего оборудования. К сожалению, в эксплуатационных жилищных организациях они зачастую отсутствуют, особенно в небольших системах теплоснабжения. Поэтому для проведения оперативного контроля за эксплуатационным состоянием подогревателей систем отопления и ГВС, появляется необходимость разработки такой методики, которая позволяла бы эксплуатационному персоналу при помощи установленных штатных приборов измерения и учета вести постоянный мониторинг, по результатам которого можно своевременно проводить мероприятия по восстановлению эксплуатационных паспортных характеристик теплообменных аппаратов или предъявлять претензии к поставщику тепловой энергии на качество поставляемой продукции.

1. Результаты наблюдений

Для обоснования возможности создания и разработки такой методики авторами был проведен сбор необходимых данных условий работы и фактического эксплуатационного состояния водо-водяных подогревателей систем отопления на примере четырех ЦТП (см. табл. 1).

На всех ЦТП, перечисленных в таблице, установлены водо-водяные кожухотрубные подогреватели ВВП 325x4 (исп. ПВ1, т.е. с фланцами на патрубках и без компенсаторов). Греющая вода (первый контур) проходит по трубному пучку, нагреваемая вода (второй контур) - по меж- трубному пространству.

Здесь необходимо также отметить, что при выполнении новых проектов ЦТП следует иметь в виду, что в соответствии с ГОСТ 27590-2005 (введен в действие с 01.10.2007 г.) для подогревателей систем отопления и ГВС нагреваемая вода проходит по трубному пучку, а греющая - в межтрубном пространстве.

При перемене мест движения теплоносителей на обратное, гарантийный срок службы блоков-секций уменьшается на 50%.

Расчетные и фактические показатели работы подогревателей: средний температурный напор Tср и коэффициент теплопередачи k, определялись по известным формулам:

где G - расход теплоносителя, т/ч (G1k - по первому контуру, G2k - по второму контуру); F - поверхность нагрева подогревателя (блок-секции) или группы секций, м2; Т1к=Т1-Т2 - перепад температур в первом контуре, ОС; Т2к=Т3-Т4 - перепад температур во втором контуре, ОС.

2. Общая информация о ЦТП

На ЦТП № 1 установлено 9 стоек подогревателей типа ВВП № 16 0325x4000 по 10 секций в каждой стойке (8 стоек находится в работе, 1 - в ремонте около 6 лет). Поверхность нагрева каждой секции - 28,49 м2. На первом и втором контурах установлены грязевики, чистка которых осуществляется при перепаде давления на них более 1 кг/см2. На момент посещения ЦТП перепад давления на грязевиках составлял 0,6 кг/см2 на первом контуре и 0,7 кг/см2 на втором контуре. Чистки (промывки) самих теплообменников производятся редко. Приборы, измеряющие расходы теплоносителей, теплосчетчики - отсутствуют.

ЦТП работает по расчетному температурному графику в первом контуре 146/76 ОС, во втором контуре 130/70 ОС.

На ЦТП № 2 установлено 2 стойки подогревателей типа ВВП № 16 0325x4000 по 5 секций в каждой стойке. Поверхность нагрева каждой секции - 28,49 м2. На первом и втором контурах установлены грязевики, чистка которых осуществляется при перепаде давления на них более 1 кг/см2. На момент посещения ЦТП перепад давления на них составлял около 0,5 кг/см2. Чистки (промывки) самих теплообменников производятся редко. Приборы, измеряющие расходы теплоносителей, теплосчетчики - отсутствуют.

ЦТП работает по расчетному температурному графику: в первом контуре 146/76 ОС, во втором контуре 115/70 ОС.

На ЦТП № 3 и № 4 установлены 3 стойки по 14 блок-секций в каждой стойке. Поверхность нагрева каждой блок-секции - 28,49 м2. На первом и втором контурах установлены грязевики, чист

ка которых осуществляется при перепаде давления на них более 1 кг/см2. По каждой стойке подогревателей установлены манометры и термометры. Непосредственно на втором контуре установлена расходомерная шайба и вторичный прибор. ЦТП работают по расчетному температурному графику: в первом контуре 160/75 ОС, во втором контуре 130/70 ОС.

3. Анализ результатов наблюдений

В табл. 2 представлен анализ результатов наблюдений водо-водяных подогревателей в рассматриваемых ЦТП.

ЦТП № 1.

1. Фактическая температура воды на входе в первый контур составляет 77 ОС, тогда как должна быть 85 ОС. Это связано с несоблюдением температурного графика со стороны поставщика тепловой энергии (ТЭЦ).

2. В соответствии с расчетным графиком температур теплоносителя в первом (146/76 ОС) и во втором (130/70 ОС) контурах расход теплоносителя во втором контуре G2 должен быть всегда больше расхода теплоносителя в первом контуре G1 и их соотношение должно составлять G2/G1=(Т1-Т2)/(Тз-Т4)=1,17. Фактические температуры теплоносителя составили в первом контуре 77 и 48 ОС, что соответствует температуре наружного воздуха +2^+3 ОС; во втором - 55 и 34 ОС, что соответствует температуре наружного воздуха более +8 ОС. При этом фактическая температура наружного воздуха была на уровне -2 ОС. Отношение перепада температур теплоносителя в первом контуре к перепаду во втором составило 1,38 против 1,17 по расчету. Такое несоответствие перепадов температур, а следовательно, и несоответствие расходов теплоносителя, говорит о наличии недоотпуска тепловой энергии от первого контура ко второму и может быть связано прежде всего с наличием загрязнения поверхностей нагрева первого контура подогревателя, либо, что менее вероятно, просадкой трубных пучков подогревателей.

3. Фактическое гидравлическое сопротивление трубного пучка одной секции составляет

0,2 кг/см2, т.е. несколько выше нормы; для межтрубного пространства фактическое сопротивление почти в 3,5 раза больше нормы по ГОСТ 27590-2005.

4. Фактическая температура прямой воды во втором контуре составляет 55 ОС против заданной 77 ОС, что является следствием недоотпуска тепловой энергии от первого контура.

5. Повышенное гидравлическое сопротивление в контурах, высокий усредненный температурный напор ЛТср и, как следствие, низкий коэффициент теплопередачи k свидетельствуют о наличии загрязнения поверхностей нагрева теплообменников.

ЦТП № 2.

1. Фактическая температура воды на входе в первый контур составляет 74 ОС, тогда как должна быть 85 ОС. Это связано с несоблюдением температурного графика со стороны поставщика тепловой энергии (ТЭЦ).

2. В соответствии с расчетным графиком температур теплоносителя в первом (146/76 ОС) и во втором (115/70 ОС) контурах расход теплоносителя во втором контуре G2 должен быть всегда больше расхода теплоносителя в первом контуре G1 и их соотношение должно составлять G2/G1=(Т1-Т2)/(Тз-Т4)=1,62. Фактические температуры теплоносителя составили в первом контуре 74 и 45 ОС, что соответствует температуре наружного воздуха +1^+2 ОС, во втором - 55 и 43 ОС, что соответствует температуре наружного воздуха +8 ОС. Отношение перепада температур в первом контуре к перепаду во втором контуре составило 2,4 против 1,62 по расчету. Такое несоответствие перепадов температур, а следовательно, и несоответствие расходов теплоносителя говорит о наличии недоотпуска тепловой энергии от первого контура ко второму, что может быть следствием заниженного расхода теплоносителя в первом контуре или завышенного во втором, или наличия загрязнений поверхностей нагрева подогревателей.

3. Фактическое гидравлическое сопротивление трубного пучка одной секции почти в 4 раза выше нормы; для межтрубного пространства фактическое сопротивление почти в 3 раза больше нормы.

4. Фактическая температура прямой воды во втором контуре составляет 55 ОС против заданной 69 ОС, что является следствием недоотпуска тепловой энергии от первого контура.

5. Большое гидравлическое сопротивление по контурам, высокий усредненный температурный напор ЛТср и, как следствие, низкий коэффициент теплопередачи k свидетельствуют о наличии загрязнения теплообменников.

Фактический коэффициент теплопередачи для этих двух ЦТП не определялся, т.к. отсутствует измерение расхода теплоносителя по одному из контуров.

ЦТП № 3.

Для определения фактического состояния подогревателей, в работе была оставлена только одна стойка № 1 с расходом теплоносителя по трубному пучку 180 м3/ч, который определялся по известным температурам теплоносителей и расходу воды по второму контуру по формуле:

1. Фактическая температура теплоносителя на выходе из первого контура составила 53 ОС против 43,5 ОС по температурному графику «Приморская котельная» - ЦТП. Фактические температуры теплоносителя на входе и выходе второго контура подогревателя составили соответственно 68 и 42 ОС против 66 и 43 ОС по графику.

2. Фактическое гидравлическое сопротивление трубного пучка одной секции почти в 2 раза выше нормы; для межтрубного пространства фактическое сопротивление почти в 2,5 раза больше нормы.

Такие показатели температур и давлений позволяют предположить о наличии недоотпуска тепловой энергии от первого контура ко второму, причиной которого может быть занос как трубной системы (в основном), так и межтрубного пространства в меньшей степени. Это подтверждается низким фактическим коэффициентом теплопередачи, равным 1000 ккал/м2.ч.ОС против расчетного ~3800 ккал/м2.ч.ОС, т.е. много более чем на 30% ниже расчетного при теплопроизводительности блока-секции, равной 4,93 Гкал/ч.

ЦТП № 4.

1. Фактическое гидравлическое сопротивление трубного пространства одной секции почти в 2 раза выше нормы; для межтрубного пространства фактическое сопротивление также почти в 2 раза больше нормы.

2. Результаты определения фактического состояния подогревателей (по той же методике) практически повторяют результаты по ЦТП № 3.

3. Фактический коэффициент теплопередачи составил 600 ккал/м2.ч.ОС при теплопроизводительности 3,14 Гкал/ч против расчетного значения ~4200 ккал/м2.ч.ОС, т.е. фактический коэффициент теплопередачи много более чем на 30% ниже расчетного.

Результаты определения расчетного и фактического значений коэффициента теплопередачи на период проверки ЦТП № 3 и 4 приведены на рисунке.

По результатам наблюдений за состоянием всех ЦТП и по информации, полученной от отдела метрологического контроля Управления эксплуатации и ремонта оборудования котельных ГУП ТЭК «СПб», на ряде ЦТП:

¦ отсутствуют измерительные приборы, позволяющие определять расход теплоносителя непосредственно по контурам;

¦ ряд приборов по расходу теплоносителя установлены с отступлением от требований ГОСТ 8.586.5.-2005;

¦ имеются факты эксплуатации подогревателей с заглушенными трубками или с перетоками воды между первым и вторым контурами.

Выводы по результатам обследований ЦТП

1. Низкий уровень температур во втором контуре, несоответствующий температурам в первом контуре, может быть следствием:

¦ увеличенного расхода теплоносителя во втором контуре подогревателей или недостаточного расхода в первом контуре;

¦ загрязнения поверхностей нагрева подогревателей;

¦ просадки трубных пучков подогревателей.

2. Повышенная температура воды на выходе из первого контура говорит о недоотпуске тепловой энергии от первого контура ко второму.

3. Пониженные коэффициенты теплопередачи связаны, прежде всего, с загрязнением их поверхностей нагрева, что подтверждается повышенным гидравлическим сопротивлением как в трубных пучках, так и в межтрубном пространстве по всем адресам ЦТП.

4. Загрязнение поверхностей нагрева подогревателей, просадка их трубной системы, от- глушенные трубки, перетоки воды между контурами приводят к снижению тепловой мощности подогревателей и, следовательно, к недоотпус- ку тепловой энергии потребителю.

5. Несоблюдение расчетного температурного графика со стороны источника тепла, пониженная циркуляция во втором контуре приводят к недоотпуску тепловой энергии потребителю.

Методика эксплуатационного контроля за состоянием водо-водяных подогревателей

Проведенные исследования условий эксплуатации подогревателей позволяют создать для эксплуатации «Методику эксплуатационного контроля за состоянием водо-водяных подогревателей, эксплуатирующихся в системах отопления и горячего водоснабжения». Причем, данная методика распространяется на кожухотрубные и пластинчатые подогреватели. Имея в наличии штатные измерительные и коммерческие приборы, устанавливаемые на ЦТП или автоматизированных ИТП, соответствующее программное обеспечение, можно проводить своими силами без привлечения высококлассных специалистов постоянный мониторинг состояния подогревателей. Кроме того, используя результаты мониторинга, можно дать качественную оценку механической или химической очистки поверхностей теплообмена подогревателей, выполняемых подрядными организациями.

Методика устанавливает порядок определения основных показателей и оценку состояния поверхностей нагрева водо-водяных подогревателей в целях поддержания экономичных режимов работы оборудования и предназначена для персонала служб наладки и эксплуатации указанных подогревателей котельных.

1. Общая часть.

1.1. Метод оценки состояния водо-водяного подогревателя заключается в определении фактического коэффициента теплопередачи теплообменника и сравнении его с расчетным коэффициентом теплопередачи.

1.2. Фактический коэффициент теплопередачи определяется на основании измерений, выполняемых в любом эксплуатационном режиме работы подогревателя, желательно при расходах теплоносителя, близких к номинальным расходам для данного типа подогревателя.

1.3. Расчетный коэффициент теплопередачи определяется по паспортным данным или данным ГОСТ 27590-88, ГОСТ 27590-2005 или СП 41-101-95 для конкретного кожухотрубного или пластинчатого подогревателя при его теплопроизводительности, соответствующей расходу теплоносителя на период испытания или температурному графику работы подогревателей ЦТП. По каждому типоразмеру подогревателя должна быть построена зависимость расчетного коэффициента теплопередачи от его теплопроизводительности.

1.4. Измерения необходимых параметров по каждому подогревателю или группе подогревателей производятся с помощью штатных контрольно-измерительных приборов, которые должны проходить периодическую проверку и могут дублироваться с использованием специальных приборов и устройств. Все измерительные приборы должны быть установлены в соответствии с ГОСТ 8.586.5-2005.

1.5. Измерения всех необходимых параметров производятся в один прием за минимальный промежуток времени. Повторная запись показаний измерений производится через 10-15 мин.

1.6. Отклонение значений измеряемых величин по результатам двух измерений не должно превышать:

¦ по расходу воды ±5%;

¦ по температуре воды ±1 ОС;

¦ по давлению теплоносителя ±5%.

1.7. Достоверность данных о состоянии во- до-водяных подогревателей зависит от точности измерения требуемых величин.

1.8. Состояние водо-водяного подогревателя определяется показателем в, выраженным в процентах. Показатель в характеризует уменьшение значения фактического коэффициента теплопередачи по сравнению с расчетным и учитывает влияние на фактический коэффициент теплопередачи как, собственно, загрязнения поверхности нагрева, так и несоответствие фактической поверхности нагрева расчетной вследствие прогиба трубного пучка или заглушения (удаления)части трубного пучка.

1.9. В зависимости от значения показателя в устанавливаются две степени состояния водоводяного подогревателя:

¦ при в< 30% -состояние удовлетворительное;

¦ при в равное 30% и более - состояние неудовлетворительное.

В последнем случае теплообменник необходимо отключать для осмотра и принятия соответствующих мер. При этом необходимо, чтобы количество заглушенных или удаленных трубок не превышало 5% [5].

1.10. Оценка состояния водо-водяных подогревателей производится обязательно перед началом и окончанием отопительного сезона и периодически, не реже одного раза в месяц в период отопительного сезона.

2. Порядок пользования способом оценки состояния водо-водяных подогревателей.

Для оценки состояния водо-водяного подогревателя необходимо выполнить измерения следующих величин:

¦ расход воды через первый или второй контур подогревателя;

¦ температура воды на входе в первый и второй контур;

¦ температура воды на выходе из первого и второго контура;

¦ давление теплоносителя на входе и выходе из первого и второго контура.

2.1. Показатель состояния теплообменника в (%), характеризующий чистоту поверхности теплообмена подогревателя и скорость среды как в трубном пучке, так и в межтрубном пространстве, определяется по формуле:

Коэффициенты теплопередачи: расчетный кр и фактический кф определяются по формулам:

где Qр/Qф - расчетная/фактическая тепловая производительность, Гкал/ч (при сравнении расчетного и фактического коэффициентов теплопередачи расчетная тепловая производительность принимается равной фактической - Qф=GфTф); Gф - замеренный (фактический) расход сетевой воды в первом или втором контуре, т/ч; Тф - фактическая разность температур теплоносителя в первом или втором контуре ОС; Fр/Fф - поверхность нагрева теплообменника расчетная/фактическая, если часть трубного пучка заглушена или удалена, м2; Тсрр/Тср.ф - расчетная/фактическая среднелогарифмическая разность температур, определяется по формуле: Тср=[(Т1-Т3)-(Т2-Т4)]/1п(Т1-Т3)/(Т2-Т4), ОС; Т1 - расчетная/фактическая температура воды на входе в первый контур теплообменника, ОС; Т2 - расчетная/фактическая температура воды на выходе из первого контура, ОС; Т4 - расчетная/фактическая температура воды на входе во второй контур теплообменника, ОС; Т3 - расчетная/фактическая температура воды на выходе из второго контура, ОС.

При определении расчетного коэффициента теплопередачи для теплообменника, соответствующего паспортным данным, его тепловая производительность принимается равной фактической теплопроизводительности, а температуры теплоносителя обоих контуров принимаются равными заданным на период испытания.

Литература

1. Исследование работы пластинчатого теплообменника фирмы Альфа Лаваль с целью разработки рекомендаций по его регламентному обслуживанию. УНЦ С-Пб ГТУ РП. 2001 г.

2. Иванов А.Н., Слепченок В. С. Опыт эксплуатации пластинчатых подогревателей в условиях г. Санкт-Петербурга // Новости теплоснабжения. 2003. № 5. С. 35-40.

3. В.С. Слепченок «Опыт эксплуатации коммунального теплоэнергетического предприятия». Изд-во: ПЭИПК Санкт-Петербург, 247 с., 2003 г.

4. Слепченок В.С., Иванов А.Н. «Опыт эксплуатации теплообменников в ГУП «ТЭК СПб» / Сборник докладов // Конгресс. «Энергоэффективные техника и технология», г. Санкт-Петербург. 2002 г.

5. МУ34-70-104-85 «Методические указания по эксплуатационному контролю за состоянием сетевых подогревателей».

6. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Москва, 2003 г.

7. ГОСТ 27590-88 «Подогреватели водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия».

8. ГОСТ 8.586.5-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений».

9. СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».

Размещено на Allbest.ru