Содержание
1.Введение
2.Влияние загрязнений и конструктивных особенностей пластинчатых теплообменниковна коэффициент теплопередачи
2.1Влияние конструкции теплообменников на коэффициент теплопередачи
3.Проблемы борьбы с загрязнениями
4. Опытборьбы с загрязнениями пластинчатых теплообменников
5. Опытпроведения химических промывок ПТО
6. Современныеметоды очистки сетевой воды от механических примесей
6.1Установка осветлительного фильтра ФОВ-1,0-06
6.2Установка инерционно-гравитационного грязевика ГИГ-300
6.3Применение акустических противонакипных устройств
7.Рекомендации по подбору ПТО при проектировании объектов теплоснабжения
Выводы
Списокиспользованной литературы
1. Введение
В моей работе затронута тема накипеобразования втеплообменных аппаратах (ТА), выявлены основные параметры, влияющие наинтенсивность этого процесса.
Для определения интенсивности карбонатногонакипеобразования на поверхности нагрева ТА может быть использована формула:
m=35,5•К1•К2•Кз•К4•lk,
где m – интенсивность карбонатного накипеобразования наповерхности нагрева паро-водяных и водо-водяных подогревателей, мг/(м2•ч);
K1-4 – коэффициенты, полученные опытным путем;
К1 – коэффициент, учитывающий температуру нагрева;
К2 – коэффициент, учитывающий скорость потока нагреваемойводы;
К3 – коэффициент, учитывающий степень рециркуляциинагреваемой воды;
К4 – коэффициент, учитывающий водородный показательнагреваемой воды;
lk – карбонатный индекс (мг•экв/л)2.
Влияние скорости движения воды и доли рециркуляции наинтенсивность накипеобразования подтверждается опытом эксплуатации пластинчатыхтеплообменников марки ТИЖ. Эти теплообменники были установлены для нагреванияводы в системах ГВС г.Магнитогорска. При эксплуатации подогревателей ТИЖ, ненаблюдалось возрастание потери напора, связанное с накипеобразованием.
Для сравнения, пластинчатые теплообменники другихпроизводителей, работающие в аналогичных условиях г.Магнитогорска, требуютпрофилактики и очистки от образовавшейся накипи не реже, чем 1 раз заотопительный сезон. Проведение очистки осложнено большим количеством накипи,которая приводит к «склеиванию» пластин и затрудняет разборку теплообменника.
После сезона работы один из теплообменников ТИЖ былостановлен для осмотра. На поверхности пластин следов накипи не обнаружено.
Особый тип гофрирования пластин этих теплообменниковвключает в себя 2 типа участков – с высокой скоростью движения и с рециркуляцией.Это позволяет решить ряд задач:
1.Увеличение пульсирующей турбулентности приводит кувеличению коэффициента теплопередачи теплообменника.
2. Специальная конструкция гофры обеспечивает изменениескорости с локальной обратной рециркуляцией.
Практика применения данных подогревателей позволяетсделать вывод об эффективности их использования и подтверждает актуальностьданного направления исследований.
2. Влияние загрязнений и конструктивных особенностейпластинчатых теплообменников на коэффициент теплопередачи
Накипь на поверхности нагрева теплообменника увеличиваеттермическое сопротивление теплопередающей стенки и, следовательно, снижаеткоэффициент теплопередачи аппарата. Так как коэффициент теплопроводности накипиимеет весьма низкое значение, то даже незначительный слой отложений создаетбольшое 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 существенноразное влияние на тепловую эффективность теплообменных аппаратов, различных поконструкции и режимам работы. На практике обнаруживается неравномерноезагрязнение пластин и отдельных каналов по ширине, длине и высотеподогревателя, что связано, очевидно, с неравномерностью полей температур искоростей теплоносителя. Значительную сложность представляет также корректноеопределение коэффициента теплопроводности накипи, который согласно [1] взависимости от плотности и химического состава отложений изменяется в широкихпределах 0,13-3,14 Вт/(м2•°С). На рис. 1 из зависимостей можно извлечь важноеследствие, а именно: теплообменник с высоким расчетным (конструктивным)значением коэффициента теплопередачи (к0) значительно более чувствителен кзагрязнению, чем теплообменник с низким расчетным коэффициентом теплопередачи(т.е. его коэффициент теплопередачи при одном и том же загрязнении уменьшаетсяна большую долю). Традиционно применявшиеся в отечественной теплоэнергетикекожухотрубные водоподогреватели (с гладкими трубками), как известно, выбиралисьс невысоким коэффициентом теплопередачи в расчетном режиме — на уровне 800-1200Вт/(м2•°С). При толщине слоя накипи δнакип=0,3 мм такой теплообменникимеет относительную тепловую эффективность (k/ko) = O,8, что вполне приемлемо.Иначе обстоит дело с пластинчатыми аппаратами, которые, как правило, изсоображений экономии выбираются с высоким расчетным коэффициентом теплопередачи- 5000-7000 Вт/(м2•°С). При той же толщине слоя накипи δнакип=0,3 мм этоттеплообменник уже будет иметь отношение (k/ko)=O,4, т.е. коэффициенттеплопередачи, заявленный изготовителем, снизится в 2,5 раза! Учитываяповсеместно низкое качество водопроводной воды в городах России (по сравнению сЕвропой) и безалаберное отношению к водоподготовке (особенно в коммунальномсекторе), становится понятно, к каким негативным последствиям может привестинепрофессиональный подход к проектированию и применению «экономически выгодных»теплообменных аппаратов.
2.1 Влияние конструкции теплообменников на коэффициенттеплопередачи
Даже для новых ПТО, работающих на достаточно мягкой ичистой воде, относительный коэффициент теплопередачи (k/k0) не превышал 0,9.При этом была отмечена интересная особенность ПТО — при значительной разницедавлений между полостями греющего и нагреваемого теплоносителей (2-3 кгс/см2)относительный коэффициент теплопередачи существенно ухудшался и составлял всеголишь 0,7-0,8. Как оказалось, данный эффект объясняется «распуханием» полости сбольшим давлением, и, соответственно, сжатием полости с меньшим давлениемвследствие прогиба пластин. В «распухшей» полости, по-видимому, возникает зазормежду ребрами рифления соседних пластин, который приводит к нарушению равномерностираспределения теплоносителя по ширине пластин. На одном теплообменнике марки«APV» даже проводился опыт по определению относительного изменения внутреннегообъема сжатой полости — оно составило около 10%.
Возможность некоторого прогиба пластин с образованиемзазора следует также из того общеизвестного факта, что производители ПТО втехнической документации всегда указывают некоторый диапазон размера затяжкипакета пластин, например 345-350 мм, т.е. новый ПТО обтягивается до 350 мм, с течением времени (из-за старения прокладок) требуемый размер затяжки уменьшается доминимума – 345мм. Во всяком случае, вышеуказанные особенности ПТО требуютдополнительного исследования.
3. Проблемы борьбы с загрязнениями
Многие специалисты отмечают потерю тепловой эффективностиПТО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения поверхности нагрева.
Например, коллеги из г.Санкт-Петербурга в статье приводятследующую статистику потери тепловой эффективности теплообменника Альфа-Лаваль,установленного на ЦТП:
— после 1 –ого года эксплуатации — 5%;
— после 2-ого — 15%;
— после 3-его — более 25%.
Были случаи, когда теплообменник терял до 50-70% тепловойэффективности за 3-6 недель. На этом предприятии эксплуатируется достаточнобольшой парк – более 50 единиц – водо-водяных ПТО различных фирм производителей(«Альфа-Лаваль Поток», «РИДАН», «Машим-пекс», «Funke») единичной тепловоймощностью 0,3-8,0 МВт. Водоподогреватели установлены в отопительных котельных,расположенных в двух городах Нижегородской области: г. Дзержинск и г. Сергач.
В 2001-2002 гг. в указанных городах с привлечениеминвестиций ОАО «ГАЗПРОМ» была проведена масштабная реконструкция системтеплоснабжения, в результате которой взамен старых отопительных котельных счугунно-секционными котлами («Энергия, «Тула» и др.) были построены иреконструированы: в г. Дзержинск – 18 котельных общей установленной мощностью158,5 МВт, в г. Сергач – 8 котельных общей установленной мощностью 32,5 МВт. Вг. Дзержинске, кроме того, произведена замена 100% тепловых сетей отреконструированных котельных суммарной протяженностью 36 км. Все котельные в настоящее время работают в автоматическом режиме (без постоянного присутствияобслуживающего персонала). Котельные выполнены по единой двухконтурнойтехнологической схеме (см. рис. 2). Пластинчатые теплообменники отопления (2шт. по 50% производительности каждый) выполняют функцию разделения контуров.Расчетный температурный график: 95/70 °С – по сетевому контуру, 110/80 °С – покотловому контуру.
Внутренний (котловой) контур заполнен химически очищеннойводой с жесткостью не более 200 мкг•экв/кг. При отсутствии утечек во внутреннемконтуре и исправной работе системы компенсации температурных расширений,выполненной на базе мембранных расширительных баков (МРБ), подпитка контурапрактически не требуется, что обеспечивает отсутствие накипеобразования икоррозии на поверхностях нагрева котлов и теплообменников (со стороны котловогоконтура).
Внешний (сетевой) контур подпитывается водой, в которуюнепрерывно дозируется реагент-ингибитор накипиобразования и коррозии (марки«Аква-М» или ОЭДФ-Zn). Дозирование осуществляется установкой СДР-5(изготовитель – ОАО «Аква-Хим», г. Тверь).
Непосредственно в процессе пуска в эксплуатацию и впоследующих отопительных сезонах 2001-2003 гг. наше предприятие столкнулось ссерьезными трудностями, выразившимися в невозможности передачи требуемогоколичества тепла через ПТО и, следовательно, в невозможности поддержания проектноготемпературного
графика в тепловых сетях ряда котельных при низкихтемпературах наружного воздуха – приблизительно при -15 °С и ниже. Как показалопроведенное обследование, причина заключалась в интенсивном загрязненииповерхности нагрева теплообменников по сетевой стороне продуктами коррозиижелеза (г. Дзержинск) и накипью (г. Сергач). В качестве иллюстрации на рис. 3 –представлена фотография образца отложений, извлеченного из теплообменника в г.Сергач, на рис. 4 –фотография пластины, извлеченной из теплообменника в г.Дзержинске.
Загрязнение теплообменников также оказывало негативноевлияние на гидравлический режим тепловых сетей. При расчетном гидравлическомсопротивлении теплообменников 0,4 кгс/см2, фактическое его значение достигало2,0-2,5 кгс/см2, после чего теплообменники поочередно подвергались разборке имеханической чистке. Механическая очистка пластинчатого теплообменникаоказалась сложной и длительной по времени операцией (очистка 1 теплообменникабригадой из 3-х человек занимала 6-8 ч.), что в условиях отопительного сезонаприводило к ограничению подачи тепла потребителям.
Ситуация усугублялась также тем обстоятельством, что из-забольшого расхода подпитки (до 10 раз больше норматива) длительное время неудавалось наладить надежное функционирование систем реагентной водоподготовки.Качество сетевой воды в первый год эксплуатации не отвечало никаким нормам и наряде котельных было таким, что теплообменники загрязнялись в течение 2-3недель.
Нескончаемый поток жалоб от потребителей поставил подсомнение саму идею реконструкции котельных, в ходе которой производилась заменаустаревшего оборудования – чугунно-секционных котлов на современныеавтоматизированные жаротрубные котлоагрегаты, пластинчатые теплообменники и пр.
4. Опыт борьбы с загрязнениями пластинчатыхтеплообменников
В сложившихся условиях с февраля 2002 г. на предприятии была развернута планомерная работа по анализу причин нарушений в работетеплообменников и разработке мероприятий по стабилизации теплового игидравлического режимов отпуска тепловой энергии.
На первом этапе был организован непрерывный мониторингхимического состава исходной и сетевой воды по основным показателям(прозрачность по шрифту, содержание железа, рН, жесткость, концентрацияреагента и др.), налажен контроль состояния загрязненности теплообменников попростейшему показателю — перепаду давления.
Анализ полученной информации по результатам работы вотопительных сезонах 2001 -02 гг. и 2002-03 гг. позволил сделать выводы обистинных причинах, приводящих к быстрому загрязнению пластинчатыхтеплообменников. В г. Сергач исходная, а, следовательно, и сетевая вода, имеетвысокую жесткость (15-20 мг•экв/кг). Этим определяется ее высокая склонность кнакипеобразованию и сравнительно низкая коррозионная агрессивность (индексстабильности положительный). При этом исходная вода прозрачна, не содержитбольшого количества механических примесей и железа. Вследствие низкойинтенсивности процессов коррозии трубопроводы теплосетей и внутренних системотопления не загрязнены большим количеством железо-окисных отложений,скопившихся за предыдущий период эксплуатации.
Поэтому, отложения на поверхностях нагрева твердые, отсветло-серого до коричневого цвета, состоят на 80% из карбоната кальция свкраплениями твердых частиц продуктов коррозии железа. Толщина слоя отложенийдостигала 0,6-0,8 мм. Скорость образования отложений достаточно высока — за1,5-2 месяца достигался критический перепад давления по сетевой стороне — 2,5 кгс/см2.
Ситуация в г. Дзержинске кардинальным образом отличалась.Исходная водопроводная вода в г. Дзержинске — относительно мягкая (общаяжесткость 4,0-5,0 (мг•экв/кг), периодически наблюдается значительное превышениесанитарных норм по содержанию железа (до 2-3 мг/кг). При рН = 6,5-7,5 инагревании до рабочей температуры в теплосети такая вода сохраняетотрицательный индекс стабильности, т.е. является коррозионно-агрессивной (приневысокой склонности к накипеобразованию).
За предшествующий период эксплуатации (более 30 лет) всистемах теплопотребления абонентов и теплосетях скопилось огромное количествопродуктов коррозии железа и других механических примесей. К этому необходимодобавить то обстоятельство, что жилищно-эксплуатационные организации традиционно(по крайней мере, предшествующие 5-10 лет) практически не готовили жилой фонд кзиме, т.е. такие важные операции, как опрессовка и промывка внутренних системотопления (ВСО) практически не проводились.
После ввода в эксплуатацию реконструированных котельных,наладки гидравлического режима теплосетей, поток загрязнений из ВСО хлынул всеть, что привело к быстрому загрязнению пластинчатых теплообменников.
Типичная динамика изменения прозрачности сетевой воды всистемах теплоснабжения г. Дзержинска представлена на рис. 5.
Отложения на поверхностях нагрева ПТО в г. Дзержинскеимеют ярко выраженный железо-окисный характер: рыжего цвета; слой, прилегающийк поверхности пластин — твердый, прочно сцеплен с металлом пластины; наружныйслой — рыхлый, при высыхании образует тонкодисперсную пыль. Средний составотложений: оксиды железа — 80-90%; карбонат кальция — 5-10%; оксид кремния идр. — 5-10%.
Эквивалентная толщина слоя отложений -0,3-0,7 мм.
На основании анализа всей имеющейся информации былиразработаны мероприятия по стабилизации работы систем теплоснабжения итеплообменного оборудования котельных г. Дзержинска и г. Сергач с учетомместной специфики. Мероприятия сведены в табл. 1.
Реализация мероприятий, перечисленных в табл. 1, планомернопроводилась в период с 2002 по 2004 гг. и в настоящее время в основномзакончена. Так, в отопительном сезоне 2002 — 2003 гг. были полностью завершеныналадочные работы на тепловых сетях всех 18 котельных г. Дзержинска. Начиная с 2002 г. в летний период стали проводиться гидравлические испытания теплотрасс на прочность иплотность, что позволило существенно сократить объем подпиточной воды. Кокончанию отопительного сезона 2003 -2004 гг. удалось снизить расход подпиточнойводы по котельным г. Дзержинска в 2,5 раза, по котельным г. Сергач в 3 раза.
5. Опыт проведения химических промывок ПТО
В 2002-2003 гг. на предприятии отлаживались процедурыпроведения химических промывок ПТО. Были сконструированы и изготовлены 2 установкидля химической промывки оборудования (рис. 6). Весь парк теплообменниковоснащен патрубками Dy 40 с запорной арматурой для присоединения промывочнойустановки. Разработаны и внедрены технологии промывки с использованиемразличных моющих составов.
Сложность подбора реагентов заключалась в том, чтонеобходимо было подобрать реагент комбинированного действия, одинаковоэффективно отмывающий карбонатную накипь и оксиды железа. Промывочный раствортакже должен содержать ингибиторы, предохраняющие металлические поверхностинагрева теплообменников (нержавеющая сталь AISI 316) и подводящие патрубки откоррозионного износа при промывках. На основании полученного опыта можнорекомендовать к применению следующие химреагенты комбинированного действия (см.табл. 2).
К недостаткам метода безразборной химической промывки ПТОследует отнести:
1. Сравнительно высокую стоимость, выражающуюся в затратахна реагенты и оплату труда квалифицированного персонала. По нашим оценкам,себестоимость химической промывки одного ПТО тепловой мощностью 4-6 МВтсоставляет 6-10 тыс. руб.
2. Большие затраты времени и трудозатраты. Химическаяпромывка одного ПТО со всеми сопутствующими процедурами (транспортировкаустановки, подключение/отключение, нейтрализация отработанного раствора, отмывкаи т.д.) занимает по времени 1 рабочую смену (8 часов) при численности бригады 2-3человека, т.е. 3x8 = 24 чел/ч.
3. Сложности, возникающие при утилизации отработанногопромывочного раствора.
4. Имеется вероятность повреждения пластин, патрубков теплообменниковпри нарушении технологии промывки.
К безусловным достоинствам метода следует отнести:
1. Высокое качество отмывки (при плотных отложениях механическаяочистка эффекта не дает).
2. Продление ресурса эксплуатации уплотнительныхпрокладок, которые составляют до 50% от стоимости ПТО в сборе. (По опытуизвестно, что ресурс прокладок зависит от рабочей температуры и составляет 6-8разборок при сроке эксплуатации около 5 лет).
3. Возможность проведения работ в стесненных условиях(например, в котельных блочно-модульной конструкции механическая очистка ПТОпрактически невозможна, требуется демонтаж и вывоз пластин в приспособленноепомещение).
Обобщая накопленный опыт химических промывок ПТО можнотакже дать следующие рекомендации по их проведению:
1. ПТО должны иметь исправную запорную арматуру по всемпотокам, максимально приближенную к портам теплообменника. По сетевой сторонемежду ПТО и запорной арматурой целесообразно иметь фланцевое соединение подустановку заглушки на период промывки.
2. ПТО должны быть оснащены дренажами, воздушниками и КИП(манометры, термометры) на всех патрубках.
3. Вварные штуцера теплообменников, предназначенные дляподключения промывочной установки, должны иметь толщину стенки не менее 6 мм, т.к. они подвергаются наибольшему износу в процессе химических промывок (были случаи отрываштуцеров).
4. Вся арматура, трубопроводы, шланги, бак, насос и другиеизделия, входящие в состав промывочной установки, должны изготавливаться изхимически стойких материалов (нержавеющая сталь, пластмасса и др.).
5. Промывочный раствор не должен содержать хлор исульфатсодержащие компоненты и иметь в своем составе ингибитор коррозиинержавеющей стали.
6. При проведении химпромывок ПТО не допускать превышенияуказанной в инструкции (технологической карте) температуры и концентрациипромывочного раствора. После завершения хим-промывки немедленно производитьнейтрализацию (пассивацию) и отмывку теплообменника.
7. Работы по химической промывке ПТО должны выполнятьсятолько подготовленным персоналом по наряду-допуску.
Таблица 2. Химреагенты комбиринованного действияНаименование реагента Параметры моющего раствора Концентрация реагента, % Температура, °С Кислотный реагент ВП-1с с ингибитором коррозии нержавеющей стали И-55 (ООО «Аква-Хим», г. Тверь) 10 50-55 Трилон-Б с подкислителем ВП-1С 10 50-60 Сульфаминовая кислота 5 85-95 Азотная кислота 4 50-55
6. Современные методы очистки сетевой воды от механическихпримесей
6.1 Установка осветительного фильтра ФОВ-1,0-06
На котельной была смонтирована установка механическогофильтрования сетевой воды на базе фильтра ФОВ-1,0-06 (фильтрующий агент –кварцевый песок). Схема установки фильтра представлена на рис. 7.
Обрабатываемая сетевая вода поступает из обратного трубопроводасетевой воды расходом –5% от расчетного расхода в теплосети. Указаннаяустановка работает в автоматическом режиме с управлением от блока автоматики.Обслуживающий персонал периодически контролирует работу установки, измеряяпрозрачность сетевой воды до и после фильтра. В процессе пуско-наладочныхиспытаний в результате работы фильтра прозрачность сетевой воды за 5 сутоквыросла с 10 до 35 см по шрифту. Основные недостатки: достаточно высокиегабаритные размеры, значительный расход исходной воды на взрыхляющую промывкуфильтра.
6.2 Установка инерционно-гравитационного грязевика ГИГ-300
Грязевик смонтирован на обратном трубопроводе теплосети ирассчитан на пропуск 100% расхода сетевой воды. Минимальный размер улавливаемыхзагрязнений, согласно паспорту, составляет около 30 мкм. Механические примесиоседают и накапливаются в нижней части грязевика. Удаление примесейпроизводится периодически обслуживающим персоналом. При проведениипуско-наладочных испытаний зафиксирован рост прозрачности сетевой воды с 3,5 до 38 см в течение 10 суток. По нашим оценкам указанный грязевик за один проходулавливает около 10% всех загрязнений, содержащихся в очищаемой воде (сразмером частиц свыше 30 мкм). К основным недостаткам можно отнести высокуюстоимость и значительные массогабаритные характеристики грязевика.
Неплохие результаты также получены в результате применениясамопромывного фильтра тонкой очистки F76S на котельной г. Дзержинска. Фильтрустановлен на байпасе сетевых насосов и рассчитан на пропуск З-5% сетевой воды.
6.3 Применение акустических противонакипных устройств(АПУ)
В 2003-04 гг. на одной из котельных в течение 3-х месяцевпроводился эксперимент по проверке эффективности действия АПУ марки «Акустик-Т»по предотвращению накипеобразования на поверхности нагрева разборного ПТО фирмыFunke. Акустические излучатели установлены на обоих патрубках ПТО по сетевойстороне вблизи от портов. В ходе испытаний еженедельно фиксировалисьтемпературы входа и выхода потоков и перепад давления на ПТО, оснащенном АПУ, иконтрольном ПТО (не оснащенном АПУ). Оба ПТО работали в параллель при одних итех же параметрах рабочих сред.
К сожалению, испытания показали полную неэффективность АПУна данном объекте. Вскрытие обоих ПТО, произведенное после окончания испытаний,не выявило каких-либо отличий между теплообменниками. В обоих ПТО былиобнаружены 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 ПТОс резиновыми уплотнительными прокладками), предварительно брать их (без оплаты)на период опытной эксплуатации.
7. Рекомендации по подбору ПТО при проектировании объектовтеплоснабжения
В настоящее время все фирмы-поставщики ПТО при их продажепредлагают заказчикам услуги по подбору теплообменников, в зависимости отисходных данных и специфических требований заказчика.
При этом обе стороны заинтересованы в положительномэффекте в результате внедрения ПТО. Сами заказчики, как правило, не могутквалифицированно подобрать ПТО, поскольку методики их теплового игидравлического расчета являются коммерческой тайной. В качестве исходныхданных для выбора ПТО запрашиваются:
— тепловая мощность;
— температуры входа/выхода рабочих сред по обоим потокам;
— максимально допустимый (располагаемый) перепад давленияпо обоим потокам. В результате расчета по программе фирмы-изготовителя получаютвеличины:
— 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 заданныхзначениях теплового потока и температур теплоносителей могут быть подобраныПТО, разного типоразмера с существенно разным расчетным коэффициентомтеплопередачи, количеством пластин и т.д. (Расчетный коэффициент теплопередачик0, как правило, напрямую зависит от назначенных величин допустимого перепададавления). Очевидно, например, что теплообменник с ко=45ОО Вт/(м2•°С) будетиметь 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 сболее высоким коэффициентом теплопередачи. При этом они обрекают себя на полныйкомплекс вышеописанных в предыдущих разделах проблем, связанных с потерейтепловой эффективности ПТО при загрязнении.
Как же быть в такой ситуации? Ответ на этот вопроснеоднозначен.
Во-первых, следует рекомендовать эксплуатационникам привыдаче технического задания на подбор ПТО в обязательном порядке учитыватьперспективу их возможного загрязнения на основе имеющихся данных химико-аналитическогоконтроля теплообменивающихся сред с учетом сезонных изменений.
Во-вторых, не следует устанавливать ПТО со слишком высокимзначением к0. На мой взгляд оптимальный диапазон к0 для ПТО составляет4500-6000 Вт/(м2 °•С).
Здесь необходимо заметить, что проблема устранилась бысама собой, если бы фирмы-изготовители ПТО в своих расчетных программахучитывали возможность подбора ПТО при наличии заданной степени загрязненности(толщины слоя накипи). Однако такая услуга не предоставляется. Приходится искатьобходные пути. Некоторые ошибочно полагают, что решить проблему можно путемвведения запаса поверхности нагрева, т.е. рассчитать ПТО без учета загрязнения,а затем добавить некоторое количество пластин (например 20%). Однако этонеправильный подход, поскольку при тех же расходах теплоносителей уменьшаетсяскорость их течения по каналам, что ведет к снижению коэффициента теплопередачипримерно в той же пропорции. Тепловой поток же при этом практически неизменяется (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 теплопередачитеплообменника, обусловленного добавлением пластин, его относительная величина(k/k0) при том же слое отложений становится больше. В результате ростповерхности нагрева не компенсируется снижением коэффициента теплопередачи итепловой поток (при прочих равных условиях) несколько увеличивается. Расчетыпоказывают, что для теплообменника с расчетным коэффициентом теплопередачи
5000 Вт/(м2•°С) и расчетным параметром Ф0=2,22, притолщине слоя накипи 0,2 мм увеличение количества пластин на 20% обеспечиваетприрост теплового потока только на 4,08%.
Таким образом, прирост поверхности нагрева ПТО (путемдобавления пластин) не обеспечивает эквивалентного прироста теплового потока.
Добавление пластин экономически оправдано только в двухслучаях:
— при необходимости увеличения тепловой нагрузки ПТО, т.е.расходов теплоносителей по обоим потокам;
— при необходимости уменьшения гидравлическогосопротивления ПТО при неизменных расходах теплоносителей и тепловой нагрузке.
Правильная методика подбора ПТО с учетом прогнозируемогозагрязнения следует из вышеприведенной теоретической модели и заключается вследующем:
1. Исходя из требований технологического процессаопределяются расчетные температуры теплоносителей (при загрязненном состоянииПТО), например:Параметры Греющей воды Нагреваемой воды Температура на входе 110 70 Температура на выходе 80 95
2. Определяется соответствующий этим температурам параметртеплообменника 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 коэффициенттеплопередачи (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 системыуравнений:
В итоге получим четыре расчетные температуры для выбораПТО 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 техническоезадание, передаваемое фирме-изготовителю для подбора ПТО.
Вопрос: а что же все-таки делать в ситуации, когдаустановленные на объекте ПТО не обеспечивают подогрев воды до нужнойтемпературы?
В первую очередь необходимо провести анализ, в ходекоторого определить:
— степень загрязнения ПТО отложениями (по описанной вышеметодике);
— соответствие входных температур теплоносителей и ихрасходов расчетным.
Для повышения теплопроизводительности ПТО можно рекомендоватьследующие 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 иувеличением количества пластин.
Проводилось еще мероприятие на котельной в г. Сергач.
На указанной котельной по проекту были установлены два ПТОотопления марки FPS-43-163-1E фирмы «FUNKE» тепловой мощностью 8,0 МВт каждый.В процессе эксплуатации обнаружилось, что имеет место быстрое зарастание поверхностейнагрева 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 коэффициентетеплопередачи ПТО 6600 Вт/(м2•°С), фактическое его значение составляло всеголишь 1736-2343 Вт/(м2•°С), что соответствует относительному параметру (ф/фо)=0,26-0,36. При разборке ПТО на поверхности нагрева были обнаружены накипныеотложения толщиной 0,2-0,3 мм следующего состава: 78% солей кальция, 22%оксидов железа.
Для нормализации теплоснабжения от котельной в первуюочередь были предприняты меры по увеличению расхода (примерно на 30%) итемпературы котловой воды до максимальной — от 110 до 115 °С, а также корректировкереагентного водно-химического режима. Хотя все эти мероприятия далиограниченный эффект (удалось повысить температуру сетевой воды на 5-7 °С), всочетании с регулярными хим-промывками это позволило не допустить срыва теплоснабженияжилого 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 схемудвижения теплоносителей и увеличением количества пластин с 163 до 250 шт.
В результате реконструкции удалось полностью нормализоватьтеплоснабжение от котельной.
К отрицательным последствиям реконструкции ПТО следуетотнести 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 портови подводящих трубопроводов с двух сторон теплообменника.
Выводы
1. Поверхности нагрева ПТО подвержены загрязнениюотложениями накипи, окислов железа и других механических примесей, содержащихсяв сетевой воде. Интенсивность и характер загрязнения определяется качествомводы (жесткостью, концентрацией примесей) и ее температурой.
2. Загрязнение ПТО с высоким расчетным коэффициентомтеплопередачи сопровождается значительным снижением тепловой эффективностиаппарата.
3. Химическая промывка ПТО (в особенности загрязненныхокислами железа) является сложной технологической операцией, требуетпрофессионального подхода к выбору реагентов и технологий промывки.
4. С целью уменьшения загрязнения ПТО продуктами коррозиижелеза и другими механическими примесями, содержащимися в сетевой воде, следуетприменять осветлительные фильтры, инерционно-гравитационные грязевики типа ГИГи др. устройства очистки.
5. Для предотвращения накипеобразования на поверхностяхнагрева ПТО, подогревающих сетевую воду с высокой жесткостью, и сниженияскорости коррозии тепловых сетей рекомендуется применять реагентный(комплексонный) водно-химический режим тепловых сетей.
6. При проектировании и выборе ПТО в обязательном порядкенеобходимо учитывать возможное загрязнение поверхности нагрева. Предложенаметодика подбора ПТО с учетом загрязнения.
Список использованной литературы
1. Химические очистки теплоэнергетического оборудования, Вып./ Под общейред. 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, СмысловА.А. инженер.
4. Журнал «Теплоэнергетика» №4 2004г. Бухин В.Е., канд. техн. наук.
5. Журнал « Новости теплоснабжения» №9 (сентябрь); 2005г. К.т.нА.А.Шарапов, вед. научный сотрудник ЦНИ Ичермет И.П.Бардина
6. Тепло-технические испытания котельных установок, Трембовля В.И., ФингерЕ.Д., Авдеева А.А.; Москва; Энергоатомиздат 1991г.
7. Журнал «Новости теплоснабжения» №3 2005г.