Теплообменник ТИЖ

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверской государственный технический университет»

(ТвГТУ)

Производственная практика

Научно - исследовательская работа

«Теплообменник ТИЖ»

Крюков Е.С.

Тверь 2020

Содержание

Введение

1. Влияние загрязнений и конструктивных особенностей пластинчатых теплообменников на коэффициент теплопередачи

2. Опыт борьбы с загрязнениями пластинчатых теплообменников

3. Опыт проведения химических промывок ПТО

4. Современные методы очистки сетевой воды от механических примесей

Список литературы

Введение

Влияние скорости движения воды и доли рециркуляции на интенсивность накипеобразования подтверждается опытом эксплуатации пластинчатых теплообменников марки ТИЖ. Эти теплообменники были установлены для нагревания воды в системах ГВС ОАО «Волжский пекарь». При эксплуатации подогревателей ТИЖ, не наблюдалось возрастание потери напора, связанное с накипеобразованием.

Для сравнения, пластинчатые теплообменники других производителей, работающие в аналогичных условиях на предприятии, требуют профилактики и очистки от образовавшейся накипи не реже, чем 1 раз за отопительный сезон. Проведение очистки осложнено большим количеством накипи, которая приводит к «склеиванию» пластин и затрудняет разборку теплообменника. пластинчатый теплообменник загрязнение

После сезона работы один из теплообменников ТИЖ был остановлен для осмотра. На поверхности пластин следов накипи не обнаружено.

Особый тип гофрирования пластин этих теплообменников включает в себя 2 типа участков - с высокой скоростью движения и с рециркуляцией. Это позволяет решить ряд задач:

1.Увеличение пульсирующей турбулентности приводит к увеличению коэффициента теплопередачи теплообменника.

2. Специальная конструкция гофры обеспечивает изменение скорости с локальной обратной рециркуляцией.

Практика применения данных подогревателей позволяет сделать вывод об эффективности их использования и подтверждает актуальность данного направления исследований.

1. Влияние загрязнений и конструктивных особенностей пластинчатых теплообменников на коэффициент теплопередачи

Накипь на поверхности нагрева теплообменника увеличивает термическое сопротивление теплопередающей стенки и, следовательно, снижает коэффициент теплопередачи аппарата. Так как коэффициент теплопроводности накипи имеет весьма низкое значение, то даже незначительный слой отложений создает большое термическое сопротивление (слой котельной накипи толщиной 1 мм по термическому сопротивлению примерно эквивалентен 40 мм стальной стенки)[1].Однако один и тот же по толщине и химическому составу слой накипи оказывает существенно разное влияние на тепловую эффективность теплообменных аппаратов, различных по конструкции и режимам работы. На практике обнаруживается неравномерное загрязнение пластин и отдельных каналов по ширине, длине и высоте подогревателя, что связано, очевидно, с неравномерностью полей температур и скоростей теплоносителя. Значительную сложность представляет также корректное определение коэффициента теплопроводности накипи, который согласно [1] в зависимости от плотности и химического состава отложений изменяется в широких пределах 0,13-3,14 Вт/(м2*°С). На рис. 1 из зависимостей можно извлечь важное следствие, а именно: теплообменник с высоким расчетным (конструктивным) значением коэффициента теплопередачи (к0) значительно более чувствителен к загрязнению, чем теплообменник с низким расчетным коэффициентом теплопередачи (т.е. его коэффициент теплопередачи при одном и том же загрязнении уменьшается на большую долю). Традиционно применявшиеся в отечественной теплоэнергетике кожухотрубныеводоподогреватели (с гладкими трубками), как известно, выбирались с невысоким коэффициентом теплопередачи в расчетном режиме - на уровне 800-1200 Вт/(м2*°С). При толщине слоя накипи днакип=0,3 мм такой теплообменник имеет относительную тепловую эффективность (k/ko) = O,8, что вполне приемлемо. Иначе обстоит дело с пластинчатыми аппаратами, которые, как правило, из соображений экономии выбираются с высоким расчетным коэффициентом теплопередачи - 5000-7000 Вт/(м2*°С). При той же толщине слоя накипи днакип=0,3 мм этот теплообменник уже будет иметь отношение (k/ko)=O,4, т.е. коэффициент теплопередачи, заявленный изготовителем, снизится в 2,5 раза! Учитывая повсеместно низкое качество водопроводной воды в городах России (по сравнению с Европой) и безалаберное отношению к водоподготовке (особенно в коммунальном секторе), становится понятно, к каким негативным последствиям может привести непрофессиональный подход к проектированию и применению «экономически выгодных» теплообменных аппаратов.

Даже для новых ПТО, работающих на достаточно мягкой и чистой воде, относительный коэффициент теплопередачи (k/k0) не превышал 0,9. При этом была отмечена интересная особенность ПТО - при значительной разнице давлений между полостями греющего и нагреваемого теплоносителей (2-3 кгс/см2) относительный коэффициент теплопередачи существенно ухудшался и составлял всего лишь 0,7-0,8. Как оказалось, данный эффект объясняется «распуханием» полости с большим давлением, и, соответственно, сжатием полости с меньшим давлением вследствие прогиба пластин. В «распухшей» полости, по-видимому, возникает зазор между ребрами рифления соседних пластин, который приводит к нарушению равномерности распределения теплоносителя по ширине пластин. На одном теплообменнике марки «APV» даже проводился опыт по определению относительного изменения внутреннего объема сжатой полости - оно составило около 10%.

Возможность некоторого прогиба пластин с образованием зазора следует также из того общеизвестного факта, что производители ПТО в технической документации всегда указывают некоторый диапазон размера затяжки пакета пластин, например 345-350 мм, т.е. новый ПТО обтягивается до 350 мм, с течением времени (из-за старения прокладок) требуемый размер затяжки уменьшается до минимума - 345мм. Во всяком случае, вышеуказанные особенности ПТО требуют дополнительного исследования.

2. Опыт борьбы с загрязнениями пластинчатых теплообменников

В сложившихся условиях с февраля 2019 г. на предприятии была развернута планомерная работа по анализу причин нарушений в работе теплообменников и разработке мероприятий по стабилизации теплового и гидравлического режимов отпуска тепловой энергии.

На первом этапе был организован непрерывный мониторинг химического состава исходной и сетевой воды по основным показателям (прозрачность по шрифту, содержание железа, рН, жесткость, концентрация реагента и др.), налажен контроль состояния загрязненности теплообменников по простейшему показателю - перепаду давления.

Анализ полученной информации по результатам работы в отопительных сезонах 2019 -20 гг. позволил сделать выводы об истинных причинах, приводящих к быстрому загрязнению пластинчатых теплообменников. В г. Тверь сетевая вода имеет высокую жесткость (15-20 мг*экв/кг). Этим определяется ее высокая склонность к накипеобразованию и сравнительно низкая коррозионная агрессивность (индекс стабильности положительный). При этом исходная вода прозрачна, не содержит большого количества механических примесей и железа. Вследствие низкой интенсивности процессов коррозии трубопроводы теплосетей и внутренних систем отопления не загрязнены большим количеством железо-окисных отложений, скопившихся за предыдущий период эксплуатации.

Поэтому, отложения на поверхностях нагрева твердые, от светло-серого до коричневого цвета, состоят на 80% из карбоната кальция с вкраплениями твердых частиц продуктов коррозии железа. Толщина слоя отложений достигала 0,6-0,8 мм. Скорость образования отложений достаточно высока - за 1,5-2 месяца достигался критический перепад давления по сетевой стороне - 2,5 кгс/см2.

За предшествующий период эксплуатации в системах теплопотребления абонентов и теплосетях скопилось огромное количество продуктов коррозии железа и других механических примесей. К этому необходимо добавить то обстоятельство, что жилищно-эксплуатационные организации традиционно (по крайней мере, предшествующие 5-10 лет) практически не готовили жилой фонд к зиме, т.е. такие важные операции, как опрессовка и промывка внутренних систем отопления (ВСО) практически не проводились.

После ввода в эксплуатацию реконструированных котельных, наладки гидравлического режима теплосетей, поток загрязнений из ВСО хлынул в сеть, что привело к быстрому загрязнению пластинчатых теплообменников.

Отложения на поверхностях нагрева ПТО в г. Твери имеют ярко выраженный железо-окисный характер: рыжего цвета; слой, прилегающий к поверхности пластин - твердый, прочно сцеплен с металлом пластины; наружный слой - рыхлый, при высыхании образует тонкодисперсную пыль. Средний состав отложений: оксиды железа - 80-90%; карбонат кальция - 5-10%; оксид кремния и др. - 5-10%.

Эквивалентная толщина слоя отложений -0,3-0,7 мм.

На основании анализа всей имеющейся информации были разработаны мероприятия по стабилизации работы систем теплоснабжения и теплообменного оборудования котельных на предприятии.

3. Опыт проведения химических промывок ПТО

В 2019-20 гг. на предприятии отлаживались процедуры проведения химических промывок ПТО. Были сконструированы и изготовлены 2 установки для химической промывки оборудования. Весь парк теплообменников оснащен патрубками Dy 40 с запорной арматурой для присоединения промывочной установки. Разработаны и внедрены технологии промывки с использованием различных моющих составов.

Сложность подбора реагентов заключалась в том, что необходимо было подобрать реагент комбинированного действия, одинаково эффективно отмывающий карбонатную накипь и оксиды железа. Промывочный раствор также должен содержать ингибиторы, предохраняющие металлические поверхности нагрева теплообменников (нержавеющая сталь AISI 316) и подводящие патрубки от коррозионного износа при промывках. На основании полученного опыта можно рекомендовать к применению следующие химреагенты комбинированного действия.

К недостаткам метода безразборной химической промывки ПТО следует отнести:

1. Сравнительно высокую стоимость, выражающуюся в затратах на реагенты и оплату труда квалифицированного персонала. По нашим оценкам, себестоимость химической промывки одного ПТО тепловой мощностью 4-6 МВт составляет 6-10 тыс. руб.

2. Большие затраты времени и трудозатраты. Химическая промывка одного ПТО со всеми сопутствующими процедурами (транспортировка установки, подключение/отключение, нейтрализация отработанного раствора, отмывка и т.д.) занимает по времени 1 рабочую смену (8 часов) при численности бригады 2-3 человека, т.е. 3x8 = 24 чел/ч.

3. Сложности, возникающие при утилизации отработанного промывочного раствора.

4. Имеется вероятность повреждения пластин, патрубков теплообменников при нарушении технологии промывки.

К безусловным достоинствам метода следует отнести:

1. Высокое качество отмывки (при плотных отложениях механическая очистка эффекта не дает).

2. Продление ресурса эксплуатации уплотнительных прокладок, которые составляют до 50% от стоимости ПТО в сборе. (По опыту известно, что ресурс прокладок зависит от рабочей температуры и составляет 6-8 разборок при сроке эксплуатации около 5 лет).

3. Возможность проведения работ в стесненных условиях (например, в котельных блочно-модульной конструкции механическая очистка ПТО практически невозможна, требуется демонтаж и вывоз пластин в приспособленное помещение).

Обобщая накопленный опыт химических промывок ПТО можно также дать следующие рекомендации по их проведению:

1. ПТО должны иметь исправную запорную арматуру по всем потокам, максимально приближенную к портам теплообменника. По сетевой стороне между ПТО и запорной арматурой целесообразно иметь фланцевое соединение под установку заглушки на период промывки.

2. ПТО должны быть оснащены дренажами, воздушниками и КИП (манометры, термометры) на всех патрубках.

3. Вварные штуцера теплообменников, предназначенные для подключения промывочной установки, должны иметь толщину стенки не менее 6 мм, т.к. они подвергаются наибольшему износу в процессе химических промывок (были случаи отрыва штуцеров).

4. Вся арматура, трубопроводы, шланги, бак, насос и другие изделия, входящие в состав промывочной установки, должны изготавливаться из химически стойких материалов (нержавеющая сталь, пластмасса и др.).

5. Промывочный раствор не должен содержать хлор и сульфатсодержащие компоненты и иметь в своем составе ингибитор коррозии нержавеющей стали.

6. При проведении химпромывок ПТО не допускать превышения указанной в инструкции (технологической карте) температуры и концентрации промывочного раствора. После завершения хим-промывки немедленно производить нейтрализацию (пассивацию) и отмывку теплообменника.

7. Работы по химической промывке ПТО должны выполняться только подготовленным персоналом по наряду-допуску.

4. Современные методы очистки сетевой воды от механических примесей

На котельной была смонтирована установка механического фильтрования сетевой воды на базе фильтра ФОВ-1,0-06 (фильтрующий агент - кварцевый песок). Обрабатываемая сетевая вода поступает из обратного трубопровода сетевой воды расходом -5% от расчетного расхода в теплосети. Указанная установка работает в автоматическом режиме с управлением от блока автоматики. Обслуживающий персонал периодически контролирует работу установки, измеряя прозрачность сетевой воды до и после фильтра. В процессе пуско-наладочных испытаний в результате работы фильтра прозрачность сетевой воды за 5 суток выросла с 10 до 35 см по шрифту. Основные недостатки: достаточно высокие габаритные размеры, значительный расход исходной воды на взрыхляющую промывку фильтра.

Грязевик смонтирован на обратном трубопроводе теплосети и рассчитан на пропуск 100% расхода сетевой воды. Минимальный размер улавливаемых загрязнений, согласно паспорту, составляет около 30 мкм. Механические примеси оседают и накапливаются в нижней части грязевика. Удаление примесей производится периодически обслуживающим персоналом. При проведении пуско-наладочных испытаний зафиксирован рост прозрачности сетевой воды с 3,5 до 38 см в течение 10 суток. По нашим оценкам указанный грязевик за один проход улавливает около 10% всех загрязнений, содержащихся в очищаемой воде (с размером частиц свыше 30 мкм). К основным недостаткам можно отнести высокую стоимость и значительные массогабаритные характеристики грязевика.

Список использованной литературы

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

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

3. Техпаспорт теплообменника ТИЖ.

Размещено на Allbest.ru