Підбір пластинчастих теплообмінників при проектуванні об'єктів теплопостачання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пластинчасті теплообмінники

Зміст

Вступ

1. Вплив забруднень і конструктивних особливостей пластинчастих теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі

1.1 Вплив конструкції теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі

2. Проблеми боротьби з забрудненнями

3. Досвід боротьби з забрудненнями пластинчастих теплообмінників

4. Досвід проведення хімічних промивок ПТО

5. Сучасні методи очищення мережної води від механічних домішок

5.1 Установка освітлювального фільтра ФОР-1 ,0-06

5.2 Установка інерційно-гравітаційного грязьовика ГІГ-300

5.3 Застосування акустичних протинакипних пристроїв

6. Рекомендації з підбору ПТО при проектуванні об'єктів теплопостачання

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

пластинчастий теплообмінник механічний забруднення

У моїй роботі порушено тему накипформування в теплообмінних апаратах (ТА), виявлено основні параметри, що впливають на інтенсивність цього процесу.

Для визначення інтенсивності карбонатного накипформування на поверхні нагрівання ТА може бути використана формула:

m = 35,5 * К1 * К2 * Кз * К4 * lk,

де m - інтенсивність карбонатного накипформування на поверхні нагрівання паро-водяних і водо-водяних підігрівачів, мг / (м2 * год);

K1-4 - коефіцієнти, отримані дослідним шляхом;

К1 - коефіцієнт, що враховує температуру нагрівання;

К2 - коефіцієнт, що враховує швидкість потоку води, що нагрівається;

К3 - коефіцієнт, що враховує ступінь рециркуляції води, що нагрівається;

К4 - коефіцієнт, що враховує водневий показник води, що нагрівається;

lk - карбонатний індекс (мг * екв / л) 2.

Вплив швидкості руху води і частки рециркуляції на інтенсивність накипформування підтверджується досвідом експлуатації пластинчастих теплообмінників марки тиж. Ці теплообмінники були встановлені для нагрівання води в системах ГВС г.Магнітогорска. При експлуатації підігрівників тиж, не спостерігалося зростання втрати напору, пов'язане з накипформування.

Для порівняння, пластинчасті теплообмінники інших виробників, що працюють в аналогічних умовах г. Магнітогорска, вимагають профілактики та очищення від утворилася накипу не рідше, ніж 1 раз за опалювальний сезон. Проведення очищення ускладнено великою кількістю накипу, яка призводить до «склеювання» пластин і утрудняє розбирання теплообмінника.

Після сезону роботи один з теплообмінників Тиж був зупинений для огляду. На поверхні пластин слідів накипу не виявлено.

Особливий тип гофрування пластин цих теплообмінників включає в себе 2 типу ділянок - з високою швидкістю руху і з рециркуляцією. Це дозволяє вирішити ряд завдань:

1. Збільшення пульсуючої турбулентності призводить до збільшення коефіцієнта теплопередачі теплообмінника.

2. Спеціальна конструкція гофри забезпечує зміну швидкості з локальної зворотного рециркуляцією.

Практика застосування даних підігрівачів дозволяє зробити висновок про ефективність їх використання і підтверджує актуальність даного напрямку досліджень.

1. Вплив забруднень і конструктивних особливостей пластинчастих теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі

Накип на поверхні нагрівання теплообмінника збільшує термічний опір теплопередаючої стінки і, отже, знижує коефіцієнт теплопередачі апарату. Так як коефіцієнт теплопровідності накипу має досить низьке значення, то навіть незначний шар відкладень створює велике термічний опір (шар котельні накипу товщиною 1 мм по термічному опору приблизно еквівалентний 40 мм сталевий стінки) [1]. Однак один і той же по товщині і хімічним складом шар накипу надає істотно різний вплив на теплову ефективність теплообмінних апаратів, різних по конструкції і режимів роботи. На практиці виявляється нерівномірне забруднення пластин і окремих каналів по ширині, довжині і висоті підігрівача, що пов'язано, очевидно, з нерівномірністю полів температур і швидкостей теплоносія. Значну складність представляє також коректне визначення коефіцієнта теплопровідності накипу, який згідно [1] в залежності від щільності і хімічного складу відкладень змінюється в широких межах 0,13-3,14 Вт / (м2 * ° С). На рис. 1 з залежностей можна витягти важливий наслідок, а саме: теплообмінник з високим розрахунковим (конструктивних) значенням коефіцієнта теплопередачі (до0) значно більш чутливий до забруднення, ніж теплообмінник з низьким розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі (тобто його коефіцієнт теплопередачі при одному і тому ж забрудненні зменшується на велику частку). Традиційно застосовувалися у вітчизняній теплоенергетиці кожухотрубні водопідігрівачі (з гладкими трубками), як відомо, вибиралися з невисоким коефіцієнтом теплопередачі в розрахунковому режимі - на рівні 800-1200 Вт / (м2 * ° С). При товщині шару накипу днакіп = 0,3 мм такий теплообмінник має відносну теплову ефективність (k / ko) = O, 8, що цілком прийнятно. Інакше йде справа з пластинчастими апаратами, які, як правило, з міркувань економії вибираються з високим розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі - 5000-7000 Вт / (м2 * ° С). При тій же товщині шару накипу днакіп = 0,3 мм цей теплообмінник вже буде мати відношення (k / ko) = O, 4, тобто коефіцієнт теплопередачі, заявлений виробником, знизиться у 2,5 рази! Враховуючи повсюдно низька якість водопровідної води в містах Росії (у порівнянні з Європою) і безладне відношенню до водопідготовки (особливо в комунальному секторі), стає зрозуміло, до яких негативних наслідків може призвести непрофесійний підхід до проектування і застосування «економічно вигідних» теплообмінних апаратів.

1.1 Вплив конструкції теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі

Навіть для нових ПТО, що працюють на досить м'якою і чистої води, відносний коефіцієнт теплопередачі (k/k0) не перевищував 0,9. При цьому була відзначена цікава особливість ПТО - при значній різниці тисків між порожнинами гріє і нагрівається теплоносіїв (2-3 кгс/см2) відносний коефіцієнт теплопередачі істотно погіршувався і становив всього лише 0,7-0,8. Як виявилося, даний ефект пояснюється «розпухання» порожнини з великимтиском, і, відповідно, стиском порожнини з меншим тиском внаслідок прогину пластин. У «розпухлою" порожнини, мабуть, виникає зазор між ребрами рифлення сусідніх пластин, який призводить до порушення рівномірності розподілу теплоносія по ширині пластин. На одномутеплообміннику марки «APV» навіть проводився досвід з визначення відносного зміни внутрішнього обсягу стислій порожнини - воно склало близько 10%.

Можливість деякого прогину пластин з утворенням зазору випливає також з того загальновідомого факту, що виробники ПТО в технічній документації завжди вказують певний діапазон розміру затягування пакету пластин, наприклад 345 - 350 мм , Тобто новий ПТО обтягується до 350 мм , З плином часу (із-за старіння прокладок) необхідний розмір затягування зменшується до мінімуму - 345мм. У всякому разі, вищевказані особливості ПТО вимагають додаткового дослідження.

2. Проблеми боротьби з забрудненнями

Багато фахівців відзначають втрату теплової ефективності ПТО в процесі експлуатації внаслідок забруднення поверхні нагрівання.

Наприклад, колеги з Санкт-Петербурга в статті наводять наступну статистику втрати теплової ефективності теплообмінника Альфа-Лаваль, встановленого на ЦТП:

- Після 1-ого року експлуатації - 5%;

- Після 2-ого - 15%;

- Після 3-його - більше 25%.

Були випадки, коли теплообмінник втрачав до 50-70% теплової ефективності за 3-6 тижнів. На цьому підприємстві експлуатується достатньо великий парк - більше 50 одиниць - водо-водяних ПТО різних фірм виробників («Альфа-Лаваль Потік», «Ріда», «Машім-Пекс», «Funke») одиничної тепловою потужністю 0,3-8, 0 МВт. Водопідігрівачі встановлені в опалювальних котелень, розташованих у двох містах Нижегородської області: м. Дзержинськ та м. Сергач.

У 2001-2002 рр.. у зазначених містах із залученням інвестицій ВАТ «ГАЗПРОМ» була проведена масштабна реконструкція систем теплопостачання, в результаті якої замість старих опалювальних котелень з чавунно-секційними котлами («Енергія," Тула »тощо) були побудовані і реконструйовані: у м. Дзержинськ - 18 котелень загальною встановленою потужністю 158,5 МВт, у м. Сергач - 8 котелень загальною встановленою потужністю 32,5 МВт. У м. Дзержинську, крім того, проведена заміна 100% теплових мереж від реконструйованих котелень сумарною довжиною 36 км . Всі котельні в даний час працюють в автоматичному режимі (без постійної присутності обслуговуючого персоналу). Котельні виконані за єдиною двоконтурної технологічній схемі (див. рис. 2). Пластинчасті теплообмінники опалення (2 шт. По 50% продуктивності кожен) виконують функцію поділу контурів.Розрахунковий температурний графік: 95/70 ° С - з мережевого контуру, 110/80 ° С - за котлового контуру.

Внутрішній (котлової) контур заповнений хімічно очищеною водою з жорсткістю не більше 200 мкг * екв / кг. При відсутності витоків у внутрішньому контурі і справній роботі системи компенсації температурних розширень, виконаної на базі мембранних розширювальних баків (МРБ), підживлення контуру практично не потрібна, що забезпечує відсутність накипформування і корозії на поверхнях нагріву котлів і теплообмінників (з боку котлового контуру).

Зовнішній (мережевою) контур підживлюється водою, в яку безперервно дозується реагент-інгібітор накіпіобразованія і корозії (марки «Аква-М» або ОЕДФ-Zn). Дозування здійснюється установкою СДР-5 (виробник - ВАТ «Аква-Хім», м. Тверь).

Безпосередньо в процесі пуску в експлуатацію і в наступних опалювальних сезонах 2001-2003 рр.. наше підприємство зіткнулося з серйозними труднощами, виразилися в неможливості передачі необхідної кількості тепла через ПТО і, отже, в неможливості підтримки проектного температурного

графіка в теплових мережах ряду котельних при низьких температурах зовнішнього повітря - приблизно при -15 ° С і нижче. Як показало проведенеобстеження, причина полягала в інтенсивному забрудненні поверхні нагріву теплообмінників з мережевої стороні продуктами корозії заліза (м. Дзержинськ) і накипом (м. Сергач). В якості ілюстрації на рис. 3 - представлена ??фотографія зразка відкладень, витягнутого з теплообмінника в м. Сергач, на рис. 4-малюнок пластини, витягнутої з теплообмінника в м. Дзержинську.

Забруднення теплообмінників також надавало негативний вплив на гідравлічний режим теплових мереж. При розрахунковому гідравлічному опорі теплообмінників 0,4 кгс/см2, фактичне його значення досягало 2,0-2,5 кгс/см2, після чого теплообмінники по черзі піддавалися розбиранню і механічної чищенні. Механічне очищення пластинчастого теплообмінника виявилася складною і тривалою за часом операцією (очищення 1 теплообмінника бригадою з 3-х осіб займала 6-8 ч.), що в умовах опалювального сезону призводило до обмеження подачі тепла споживачам.

Ситуація погіршувалася також тією обставиною, що з-за великої витрати підживлення (до 10 разів більше нормативу) тривалий час не вдавалося налагодити надійне функціонування систем реагентної водопідготовки. Якість мережевої води в перший рік експлуатації не відповідало ніяким нормам і на ряді котелень було таким, що теплообмінники забруднювалися протягом 2-3 тижнів.

Нескінченний потік скарг від споживачів поставив під сумнів саму ідею реконструкції котелень, в ході якої проводилася заміна застарілого устаткування - чавунно-секційних котлів на сучасні автоматизовані жаротрубні котлоагрегати, пластинчасті теплообмінники та ін.

3. Досвід боротьби з забрудненнями пластинчастих теплообмінників

У сформованих умовах з лютого 2002 р . на підприємстві була розгорнута планомірна робота з аналізу причин порушень у роботі теплообмінників та розробці заходів щодо стабілізації теплового та гідравлічного режимів відпуску теплової енергії.

На першому етапі був організований безперервний моніторинг хімічного складу початкової і мережної води за основними показниками (прозорість по шрифту, вміст заліза, рН, жорсткість, концентрація реагенту та ін), налагоджений контроль стану забрудненості теплообмінників за найпростішим показником - перепаду тиску.

Аналіз отриманої інформації за результатами роботи в опалювальних сезонах 2001 -02 рр.. і 2002-03 рр.. дозволив зробити висновки про дійсні причини, що призводять до швидкого забруднення пластинчастих теплообмінників. У м. Сергач вихідна, а, отже, і мережна вода, має високу жорсткість (15-20 мг * екв / кг). Цим визначається її висока схильність до накипформування і порівняно низька корозійна агресивність (індекс стабільності позитивний). При цьому вихідна вода прозора, не містить великої кількості механічних домішок і заліза. Внаслідок низької інтенсивності процесів корозії трубопроводи тепломереж та внутрішніх систем опалення не забруднені великою кількістю залізо-окисних відкладень, що скупчилися за попередній період експлуатації.

Тому, відкладення на поверхнях нагріву тверді, від світло-сірого до коричневого кольору, складаються на 80% з карбонату кальцію з вкрапленнями твердих частинок продуктів корозії заліза. Товщина шару відкладень досягала 0,6 - 0,8 мм . Швидкість утворення відкладень досить висока - за 1,5-2 місяці досягався критичний перепад тиску по мережевій стороні - 2,5 кгс/см2.

Ситуація в м. Дзержинську кардинальним чином відрізнялася. Вихідна водопровідна вода у м. Дзержинську - відносно м'яка (загальна жорсткість 4,0-5,0 (мг * екв / кг), періодично спостерігається значне перевищення санітарних норм за вмістом заліза (до 2-3 мг / кг). При рН = 6,5-7,5 і нагріванні до робочої температури в тепломережі така вода зберігає негативний індекс стабільності, тобто є корозійно-агресивного (при невисокій схильності до накипформування).

За попередній період експлуатації (більше 30 років) у системах теплоспоживання абонентів і тепломережах накопичилася величезна кількість продуктів корозії заліза та інших механічних домішок. До цього необхідно додати ту обставину, що житлово-експлуатаційні організації традиційно (принаймні, попередні 5-10 років) практично не готували житловий фонд до зими, тобто такі важливі операції, як опресовування і промивання внутрішніх систем опалення (ВСО) практично не проводилися.

Після введення в експлуатацію реконструйованих котелень, налагодження гідравлічного режиму тепломереж, потік забруднень з ВСО ринув в мережу, що призвело до швидкого забруднення пластинчастих теплообмінників.

Типова динаміка зміни прозорості мережної води в системах теплопостачання м. Дзержинська представлена ??на рис. 5.

Відкладення на поверхнях нагріву ПТО у м. Дзержинську мають яскраво виражений залізо-окисной характер: рудого кольору; шар, прилеглий до поверхні пластин - твердий, міцно зчеплений з металом пластини; зовнішній шар - пухкий, при висиханні утворює тонкодисперсну пил. Середній склад відкладень: оксиди заліза - 80-90%; карбонат кальцію - 5-10%; оксид кремнію та ін - 5-10%.

Еквівалентна товщина шару відкладень -0,3 - 0,7 мм .

На підставі аналізу всієї наявної інформації було розроблено заходи щодо стабілізації роботи систем теплопостачання і теплообмінного обладнання котелень м. Дзержинська та м. Сергач з урахуванням місцевої специфіки. Заходи зведені в табл. 1.

Реалізація заходів, перелічених у табл. 1, планомірно проводилася в період з 2002 по 2004 рр.. і в даний час в основному закінчена. Так, в опалювальному сезоні 2002 - 2003 рр.. були повністю завершені налагоджувальні роботи на теплових мережах всіх 18 котелень м. Дзержинська. Починаючи з 2002 р . в літній період стали проводитися гідравлічні випробування теплотрас на міцність і щільність, що дозволило істотно скоротити обсяг підживлювальної води. До закінчення опалювального сезону 2003 -2004 рр.. вдалося знизити витрату підживлювальної води по котельних м. Дзержинська в 2,5 рази, по котельних р. Сергач в 3 рази.

4. Досвід проведення хімічних промивок ПТО

У 2002-2003 рр.. на підприємстві налагоджували процедури проведення хімічних промивок ПТО. Були сконструйовані і виготовлені 2 установки для хімічної промивки обладнання (рис. 6). Весь парк теплообмінників оснащений патрубками Dy 40 з запірною арматурою для приєднання промивної установки. Розроблені та впроваджені технології промивання з використанням різних миючих складів.

Складність підбору реагентів полягала в тому, що необхідно було підібрати реагент комбінованої дії, однаково ефективно відмивають карбонатну накип і оксиди заліза. Промивний розчин також повинен містити інгібітори, що оберігають металеві поверхні нагріву теплообмінників (нержавіюча сталь AISI 316) і підбивають патрубки від корозійного зносу системи очистки. На підставі отриманого досвіду можна рекомендувати до застосування наступні хімреагенти комбінованої дії (див. табл. 2).

До недоліків методу безрозбірного хімічної промивки ПТО слід віднести:

1. Порівняно високу вартість, що виражається у витратах на реагенти та оплату праці кваліфікованого персоналу. За нашими оцінками, собівартістьхімічної промивки одного ПТО тепловою потужністю 4-6 МВт складає 6-10 тис. крб.

2. Великі витрати часу і трудозатрати. Хімічна промивка одного ПТО з усіма супутніми процедурами (транспортування установки, підключення / відключення, нейтралізація відпрацьованого розчину, відмивання і т.д.) займає за часом 1 робочу зміну (8 годин) при чисельності бригади 2-3 людини, тобто 3x8 = 24 чол / год

3. Складнощі, що виникають при утилізації відпрацьованого розчину для промивання.

4. Є ймовірність пошкодження пластин, патрубків теплообмінників при порушенні технології промивання.

До безумовних переваг методу слід віднести:

1. Висока якість відмивання (при щільних відкладеннях механічне очищення ефекту не дає).

2. Продовження ресурсу експлуатації ущільнювальних прокладок, які складають до 50% від вартості ПТО в зборі. (З досвіду відомо, що ресурс прокладок залежить від робочої температури і складає 6-8 розборок при терміні експлуатації близько 5 років).

3. Можливість проведення робіт в обмежених умовах (наприклад, у котельнях блочно-модульної конструкції механічне очищення ПТО практично неможлива, потрібен демонтаж і вивіз пластин в пристосоване приміщення).

Узагальнюючи накопичений досвід хімічних промивок ПТО можна також дати наступні рекомендації щодо їх проведення:

1. ПТО повинні мати справну запірну арматуру по всіх потоків, максимально наближену до портів теплообмінника. За мережевий стороні між ПТО і запірною арматурою доцільно мати фланцеве з'єднання під установку заглушки на період промивки.

2. ПТО повинні бути оснащені дренажами, воздушником і КВП (манометри, термометри) на всіх патрубках.

3. Вварной штуцера теплообмінників, призначені для підключення промивної установки, повинні мати товщину стінки не менш 6 мм , Тому що вони піддаються найбільшому зносу в процесі хімічних промивань (були випадки відриву штуцерів).

4. Вся арматура, трубопроводи, шланги, бак, насос та інші вироби, що входять до складу промивної установки, повинні виготовлятися з хімічно стійкихматеріалів (нержавіюча сталь, пластмаса та ін.)

5. Промивний розчин не повинен містити хлор і сульфатсодержащіе компоненти і мати у своєму складі інгібітор корозії нержавіючої сталі.

6. При проведенні хімпромивок ПТО не допускати перевищення зазначеної в інструкції (технологічній карті) температури і концентрації промивного розчину. Після завершення хім-промивання негайно виробляти нейтралізацію (пасивацію) і відмивання теплообмінника.

7. Роботи з хімічної промиванні ПТО повинні виконуватися тільки підготовленим персоналом за нарядом-допуском.

Таблиця 2. Хімічні реагенти комбірінованного дії

Найменування реагенту	Параметри миючого розчину
	Концентрація реагенту,%	Температура, ° С
Кислотний реагент ВП-1с з інгібітором корозії нержавіючої сталі І-55 (ТОВ «Аква-Хім», м. Тверь)	10	50-55
Трилон-Б з підкислювачів ВП-1С	10	50-60
Сульфамінова кислота	5	85-95
Азотна кислота	4	50-55

5. Сучасні методи очищення мережної води від механічних домішок

5.1 Установка освітлювального фільтра ФОР-1 ,0-06

На котельні була змонтована установка механічного фільтрування мережної води на базі фільтру ФОР-1 ,0-06 (фільтруючий агент - кварцовий пісок). Схема установки фільтра представлена ??на рис. 7.

Оброблювана мережна вода надходить із зворотного трубопроводу мережної води витратою -5% від розрахункової витрати у тепломережі. Зазначена установка працює в автоматичному режимі з управлінням від блоку автоматики. Обслуговуючий персонал періодично контролює роботу установки, вимірюючи прозорість мережевої води до і після фільтру. У процесі пуско-налагоджувальних випробувань в результаті роботи фільтра прозорість мережної води за 5 діб зросла з 10 до 35 см за шрифтом. Основні недоліки: досить високі габаритні розміри, значна витрата вихідної води на розпушують промивання фільтра.

5.2 Установка інерційно-гравітаційного грязьовика ГІГ-300

Грязьовик змонтований на зворотному трубопроводі тепломережі і розрахований на пропуск 100% витрати мережної води. Мінімальний розмір уловлюваних забруднень, згідно з паспортом, становить близько 30 мкм. Механічні домішки осідають і накопичуються в нижній частині грязьовика. Видалення домішок проводиться періодично обслуговуючим персоналом. При проведенні пуско-налагоджувальних випробувань зафіксовано зростання прозорості мережної води з 3,5 до 38 см протягом 10 діб. За нашими оцінками вказаний грязьовик за один прохід вловлює близько 10% всіх забруднень, що містяться в очищується воді (з розміром частинок понад 30 мкм). До основних недоліків можна віднести високу вартість і значні масогабаритні характеристики грязьовика.

Непогані результати також одержані в результаті застосування самопромивних фільтра тонкого очищення F76S на котельні м. Дзержинська. Фільтр встановлений на байпасі мережних насосів і розрахований на пропуск З-5% мережної води.

5.3 Застосування акустичних протинакипних пристроїв (АПУ)

У 2003-04 рр.. на одній з котельних протягом 3-х місяців проводився експеримент з перевірки ефективності дії АПУ марки «Акустик-Т» щодо запобігання накипформування на поверхні нагріву розбірного ПТО фірми Funke. Акустичні випромінювачі встановлені на обох патрубках ПТО з мережевої стороні поблизу від портів. В ході випробувань на тижні фіксувалися температури входу і виходу потоків і перепад тиску на ПТО, оснащеному АПУ, та контрольному ПТО (не оснащеному АПУ). Обидва ПТО працювали в паралель при одних і тих же параметрах робочих середовищ.

На жаль, випробування показали повну неефективність АПУ на даному об'єкті. Розтин обох ПТО, проведене після закінчення випробувань, не виявило яких-небудь відмінностей між теплообмінниками. В обох ПТО були виявлені відкладення карбонатної накипу товщиною близько 0,6 мм (Див. рис. 3).

У зв'язку з цим слід рекомендувати експлуатаційникам, перш ніж купувати АПУ для ПТО (в першу чергу це стосується розбірних ПТО з гумовими прокладками ущільнювачів), попередньо брати їх (без оплати) на період дослідної експлуатації.

6. Рекомендації з підбору ПТО при проектуванні об'єктів теплопостачання

В даний час всі фірми-постачальники ПТО при їх продажу пропонують замовникам послуги з підбору теплообмінників, в залежності від вихідних даних і специфічних вимог замовника.

При цьому обидві сторони зацікавлені в позитивному ефекті в результаті впровадження ПТО. Самі замовники, як правило, не можуть кваліфіковано підібрати ПТО, оскільки методики їх теплового і гідравлічного розрахунку є комерційною таємницею. В якості вихідних даних для вибору ПТО запитуються:

- Теплова потужність;

- Температури входу / виходу робочих середовищ по обох потоків;

- Максимально допустимий (наявний) перепад тиску по обом потокам. У результаті розрахунку по програмі фірми-виробника отримують величини:

- Типорозмір ПТО;

- Тип і кількість пластин;

- Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі;

- Розрахунковий перепад тиску по обом потокам.

Нюанс полягає в тому, що за одних і тих же заданих значеннях теплового потоку і температур теплоносіїв можуть бути підібрані ПТО, різного типорозміру з істотно різним розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі, кількістю пластин і т.д. (Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі до0, як правило, безпосередньо залежить від призначених величин допустимого перепаду тиску). Очевидно, наприклад, що теплообмінник з ко = 45ОО Вт / (м2 * ° С) буде мати в 1,7 рази меншу поверхню, ніж теплообмінник з до0 = 7500 Вт / (м2 * ° С). При цьому другий ПТО приблизно в 1,5 рази дешевше.

Багато замовників, не досвідчені в проблемах підбору ПТО, і, до того ж, обмежені у фінансових коштах підтверджують вибір ПТО з більш високим коефіцієнтом теплопередачі. При цьому вони прирікають себе на повний комплекс вищеописаних у попередніх розділах проблем, пов'язаних з втратою теплової ефективності ПМО при забрудненні.

Як же бути в такій ситуації? Відповідь на це питання неоднозначна.

По-перше, слід рекомендувати експлуатаційникам при видачі технічного завдання на підбір ПТО в обов'язковому порядку враховувати перспективу їх можливого забруднення на основі наявних даних хіміко-аналітичного контролю теплообменівающіхся середовищ з урахуванням сезонних змін.

По-друге, не слід встановлювати ПТО з дуже високим значенням до0. На мій погляд оптимальний діапазон до0 для ПТО становить 4500-6000 Вт / (м2 ° * С).

Тут необхідно зауважити, що проблема усунулася б сама собою, якби фірми-виробники ПТО у своїх розрахункових програмах враховували можливість підбору ПТО при наявності заданого ступеня забрудненості (товщини шару накипу). Однак така послуга не надається. Доводиться шукати обхідні шляхи. Деякі помилково вважають, що вирішити проблему можна шляхом введення запасу поверхні нагрівання, тобто розрахувати ПТО без урахування забруднення, а потім додати деяку кількість пластин (наприклад 20%). Однак це неправильний підхід, оскільки при тих же витратах теплоносіїв зменшується швидкість їх перебігу по каналах, що веде до зниження коефіцієнта теплопередачі приблизно в тій же пропорції. Тепловийпотік ж при цьому практично не змінюється (Q = k * F * Дt).

Правда, вищесказане справедливо тільки для чистого ПТО. У випадку з забрудненим ПТО виникає цікавий ефект, що виражається в тому, що внаслідок зниження абсолютного значення коефіцієнта теплопередачі теплообмінника, обумовленого додаванням пластин, його відносна величина (k/k0) при тому ж шарі відкладень стає більше. У результаті зростання поверхні нагрівання не компенсується зниженням коефіцієнта теплопередачі і тепловий потік (за інших рівних умов) дещо збільшується. Розрахунки показують, що для теплообмінника з розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі

5000 Вт / (м2 * ° С) і розрахунковим параметром Ф0 = 2,22, при товщині шару накипу 0,2 мм збільшення кількості пластин на 20% забезпечує приріст теплового потоку тільки на 4,08%.

Таким чином, приріст поверхні нагрівання ПТО (шляхом додавання пластин) не забезпечує еквівалентного приросту теплового потоку.

Додавання пластин економічно виправдано тільки в двох випадках:

- При необхідності збільшення теплового навантаження ПТО, тобто витрат теплоносіїв по обох потоків;

- При необхідності зменшення гідравлічного опору ПТО при незмінних витратах теплоносіїв і теплового навантаження.

Правильна методика підбору ПТО з урахуванням прогнозованого забруднення випливає з вищенаведеної теоретичної моделі і полягає в наступному:

1. Виходячи з вимог технологічного процесу визначаються розрахункові температури теплоносіїв (при забрудненому стані ПТО), наприклад:

Параметри	Гріючої води	Води, що нагрівається
Температура на вході	110	70
Температура на виході	80	95

2. Визначається відповідний цим температур параметр теплообмінника Ф = 2,22.

3. Призначається бажаний коефіцієнт теплопередачі ПТО, наприклад 5000 Вт / (м2 * ° С). За графіком рис.1 при заданій товщині шару накипу (наприклад

0,2 мм) визначається відносний коефіцієнт теплопередачі (k / ko = O, 545).

4. Обчислюється параметр Фо при чистій поверхні нагрівання: Ф0 = Ф / (к/к0) = 4,07.

5. При відомих відносинах витрат (Gнагр / Gгр = (110-80) / (95-70) = 1,2) і вхідних температурах теплоносіїв, вихідні температури знайдуться із системи рівнянь:

У результаті отримаємо чотири розрахункові температури для вибору ПТО при проектуванні.

Параметри	Гріючої води	Води, що нагрівається
Температура на вході	110	70
Температура на виході	75,3	99,0

Саме ці температури повинні бути включені в технічне завдання, яке передається фірмі-виробнику для підбору ПТО.

Питання: а що ж все-таки робити в ситуації, коли встановлені на об'єкті ПТО не забезпечують підігрів води до потрібної температури?

У першу чергу необхідно провести аналіз, під час якого визначити:

- Ступінь забруднення ПТО відкладеннями (за описаною вище методикою);

- Відповідність вхідних температур теплоносіїв і їхніх витрат розрахунковим.

Для підвищення теплопродуктивності ПТО можна рекомендувати наступні заходи:

1. Хімічна промивка (або механічна очистка).

2. Підвищення температури і витрати гріючого теплоносія.

3. Заміна ПТО.

4. Реконструкція ПТО з перекладом на двоходовий схему і збільшенням кількості пластин.

Проводилося ще захід на котельні в м. Сергач.

На вказаній котельні за проектом було встановлено два ПТО опалення марки FPS-43-163-1E фірми «FUNKE» теплової потужністю 8,0 МВт кожний. У процесі експлуатації виявилося, що має місце швидке заростання поверхонь нагріву ПТО накипними відкладеннями, внаслідок чого котельня виявилася «замкнені» - не вдавалося нагріти мережеву воду вище 65-70 ° С (при графіку 95/70 ° С).

Обстеження показало - при розрахунковому коефіцієнті теплопередачі ПТО 6600 Вт / (м2 * ° С), фактичне його значення становило всього лише 1736-2343 Вт / (м2 * ° С), що відповідає відносному параметру (ф / фо) = 0,26 - 0,36. При розбиранні ПТО на поверхні нагрівання були виявлені накипні відкладення товщиною 0,2 - 0,3 мм наступного складу: 78% солей кальцію, 22% оксидів заліза.

Для нормалізації теплопостачання від котельні в першу чергу було вжито заходів щодо збільшення витрат (приблизно на 30%) і температури котлової води до максимальної - від 110 до 115 ° С, а також коригування реагентного водно-хімічного режиму. Хоча всі ці заходи дали обмежений ефект (вдалося підвищити температуру мережної води на 5-7 ° С), в поєднанні з регулярними хім-промивками це дозволило не допустити зриву теплопостачання житлового району.

Радикально проблема була вирішена тільки в літній період 2003 р ., Коли у співпраці з відомою фірмою-виробником пластинчастих теплообмінників «Рідан» була проведена реконструкція ПТО з перекладом на двоходовий схему руху теплоносіїв і збільшенням кількості пластин з 163 до 250 шт.

У результаті реконструкції вдалося повністю нормалізувати теплопостачання від котельні.

До негативних наслідків реконструкції ПТО слід віднести наступні:

- Гідравлічний опір ПТО збільшилася з 2,0 до 6,8 м вод. ст., тобто в 3,4 рази;

- Ускладнена операція розбирання ПТО з-за пристрої портів і підвідних трубопроводів з двох сторін теплообмінника.

Висновки

1. Поверхні нагріву ПТО схильні до забруднення відкладеннями накипу, оксидів заліза та інших механічних домішок, які у мережевій воді. Інтенсивність і характер забруднення визначається якістю води (жорсткістю, концентрацією домішок) і її температурою.

2. Забруднення ПТО з високим розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі супроводжується значним зниженням теплової ефективності апарату.

3. Хімічна промивка ПТО (особливо забруднених окислами заліза) є складною технологічною операцією, вимагає професійного підходу до вибору реагентів і технологій промивки.

4. З метою зменшення забруднення ПТО продуктами корозії заліза та іншими механічними домішками, що містяться в мережевій воді, слід застосовувати освітлювальні фільтри, інерційно-гравітаційні грязьовики типу ГІГ та інші пристрої очищення.

5. Для запобігання накипформування на поверхнях нагріву ПТО, що підігрівають мережеву воду з високою жорсткістю, і зниження швидкості корозії теплових мереж рекомендується застосовувати реагентний (комплексони) водно-хімічний режим теплових мереж.

6. При проектуванні і виборі ПТО в обов'язковому порядку необхідно враховувати можливе забруднення поверхні нагрівання. Запропоновано методику підбору ПТО з урахуванням забруднення.

Список використаної літератури

1. Хімічні очищення теплоенергетичного обладнання, Вип. / Під загальною ред. Т.Х.Маргуловой.-М.: Енергія, 1990. - 176 с., Іл.

2. Журнал «Теплоенергетика» № 8 2005р. Нікітін В.І доктор техн. наук.

3. Журнал «Теплоенергетика» № 4 2004р. Смислова М.К., канд. техн. наук, Смислов А.А. інженер.

4. Журнал «Теплоенергетика» № 4 2004р. Бухіна В.Є., канд. техн. наук.

5. Журнал «Новини теплопостачання» № 9 (вересень); 2005р. К.т.н А. А. Шарапов, вед. науковий співробітник цни Ічермет І. П. Бардіна

6. Тепло-технічні випробування котельних установок, Трембовля В.І., Фінгер Є.Д., Авдєєва А.А.; Москва; Вища 1991р.

7. Журнал «Новини теплопостачання» № 3 2005р.

Размещено на Allbest.ru

...