Контроль качества химической промывки от загрязнения теплообменных аппаратов

Контроль качества химической промывки от загрязнения теплообменных аппаратов

Д.т.н. А. М. Тарадай, профессор, к.т.н. Л. М. Коваленко, к.т.н. Е. П. Гурин В системах теплоснабжения городов и промышленных предприятий развивается тенденция применения теплообменных аппаратов интенсивного действия, среди которых ведущее положение заняли пластичные теплообменники [1, 2].

Коэффициент теплопередачи у водяных пластинчатых водоподогревателей систем горячего водоснабжения, при чистой поверхности теплообмена, достигает 5−8 кВт/м²к [3]. Однако в процессе эксплуатации на поверхности теплообмена происходит отложение солей жесткости из водопроводной воды, что увеличивает в несколько раз термическое сопротивление теплопередающей стенки, и коэффициент теплопередачи со временем снижается до 2−3 кВт/м^2.К, при этом возрастает гидравлическое сопротивление теплообменника.

Загрязнённый теплообменник, у которого в процессе эксплуатации снизился коэффициент теплопередачи, возросло гидравлическое сопротивление и изменились конечные температуры рабочих сред, подлежит выключению из работы для очистки (промывки) поверхности теплообмена от загрязнения.

Разборные и полуразборные пластинчатые теплообменники сравнительно легко очищаются от отложений после их разборки механическим способом. Компактные неразборные (сварные или паяные) пластинчатые теплообменники механической очистке не поддаются, и их очищают химической промывкой [2].

В условиях эксплуатации практически избежать загрязнения поверхностей теплообмена не представляется возможным. Если для предотвращения загрязнения теплообменников твердыми частицами песка, сварочным гратом и т. п. в магистралях устанавливаются фильтры-ловушки, то отложения солей жесткости необходимо удалять только химической промывкой.

Методика контроля качества химической промывки теплоэнергетического оборудования, изложенная в технической литературе [4] для пластинчатых неразборных теплообменников практически непригодна.

В связи с этим нами разработан довольно простой, но надёжный способ контроля качества промывки неразборных теплообменников. Способ заключается в определении времени получения температуры «схождения» теплоносителя и нагреваемой среды для теплообменника, снятого с эксплуатации, до и после промывки в сравнении со временем, полученным для эталонного (нового) теплообменника до выхода их на стационарный режим работы.

Рассмотрим рекуперативный теплообменник, в котором рабочие среды движутся прямотоком, как это схематически показано на рис.1а. Определим температуру «схождения» t_сх при прямоточном движении рабочих сред и их ровных расходах G₁=G₂=G.

Исходя из уравнения теплопередачи [4] Q=kFt_ср = kF (t₁-t₂) и считая, что теплота, отданная теплоносителем Q₁, равна теплоте, полученной нагреваемой средой Q₂ (без учёта малых потерь в окружающую среду), и температуры рабочих сред изменяются по линейному закону, находим температуру «схождения».

Приняв, что Q₁=Q₂ и подставив текущие значения температур, получим.

kF (t₁-t_сх) = kF (t_сх -t₂), откуда,, где:

t₁ — средняя температура теплоносителя;

t₂ — средняя температура нагреваемой среды;

F — площадь поверхности теплообмена;

K — коэффициент теплопередачи.

Температурой схождения будем считать среднюю величину из температур рабочих сред, рис.1б.

Исследования проводились на экспериментальном стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 2.

С помощью данного стенда решались две задачи: первая — промывка теплообменников с использованием моющих растворов по двум контурам и вторая — проверка качества промывки. Особенности промывки в данной работе не рассматриваются, а остановимся на основных этапах контроля качества промывки. теплообменник химический промывка.

Для получения эталона времени, усредненных температур и температуры «схождения» первоначально был испытан новый теплообменник Н0,1−5-КУ. Ставилась задача — определить промежуток времени от начала циркуляции теплоносителя и нагреваемой среды до получения одинаковых температур в 2-х контурах, т. е. температуры «схождения».

Емкости 1 и 3 заполнялись водопроводной водой, вода в емкости 1 подогревалась электронагревателем до температуры 70^оС и подавалась насосом 7 в теплообменник 2 по замкнутому контуру для его прогрева до полной стабилизации температуры. После чего включался насос 4, обеспечивая циркуляцию холодной воды по второму контуру теплообменника, одновременно начинался отсчёт времени с фиксацией температуры воды по двум контурам циркуляции через определённые промежутки времени. Электронагреватель в емкости 1 выключался. Далее определялось время «схождения» температур, т. е. время, когда средняя температура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника приближалась к средней температуре на входе и выходе холодной среды.

Стенд оснащен расходомерами 5, 6 для измерения расходов рабочих сред, арматурой, термометрами, манометрами, соединительными трубопроводами.

Результаты испытаний снятого с эксплуатации теплообменника до и после промывки представлены на графике = f (t), рис. 3.

Кривые температур рабочих сред для загрязненного теплообменника (кривые 3, рис. 3) не достигают теоретической температуры «схождения» и только после его промывки (кривые 2, рис. 3) приближаются к кривым эталонного теплообменника (кривые 1, рис.3), и точка температур «схождения» близка к теоретической.

Определим расчетным путем время «схождения» температур рабочих сред, воспользовавшись параметрами, приведенными на рис. 3, и уравнением теплопередачи:

Q = k (t₁— t₂) F ,.

.

при этом: ₁ = 2000 Вт/м² град., коэффициент теплоотдачи теплоносителя к стенке пластин теплообменника;

₂ = 1250 Вт/м² град, коэффициент теплоотдачи от стенки пластины к нагреваемой среде;

= 40 Вт/м² град., теплопроводность стали;

S = 0,8 мм, толщина стенки пластины;

F = 5 м², для теплообменника Н 0,1−5-КУ.

Подставив значение параметров, определяем k:

Количество тепла, передаваемого от теплоносителя к нагреваемой среде до достижения t_сх = 45^оС, равно:

Q = V c (t₁`- t_cх),.

Принимая = 1000 кг/м³ — плотность воды;

c = 1 ккалч — теплоемкость воды (1 ккал/час = 1,163 Вт);

V1 = V2 = 0,12 м (объем воды 1 и 2 баков), тогда.

_сх =.

Как видим, расчетное время «схождения» температур рабочих сред для нового теплообменника соответствует времени, полученному при стендовых испытаниях.

Следует заметить, что _сх для теплообменников с пластинами Н 0,1 будет кратно их площади теплообмена, так, если для теплообменника Н 0,1−5-КУ оно равно 2,2 мин., то для Н 0,1−10-КУ _сх = 1,1 мин. И т.д. при одних и тех же начальных температурах рабочих сред.

В заключение следует отметить, что применение выше изложенной методики контроля качества химической промывки теплообменников позволяет с достаточной достоверностью говорить об эффективности промывки. В то же время вид температурных кривых теплоносителя и нагреваемой среды позволяет судить о степени загрязнённости теплообменника, что предопределяет и время промывки.

Теоретически можно с достаточной степенью достоверности определить толщину накипи, зная природу солевых отложений, и допуская, что они равномерно распределены по всей площади пластин неразборного теплообменника.

• 1. Тарадай А. М., Гуров О. И., Коваленко Л. М. Под ред. Зингера Н. М. Пластинчатые теплообменные аппараты. — Харьков.: Прапор, 1995 — 60 с.
• 2. СНиП. Своды правил по проектированию и строительству. Проектирование типовых пунктов СП41−101−95, Москва, 1997 г.
• 3. Коваленко Л. М., Глушков А. Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М. Энергоатомиздат, 1986, — 240 с.
• 4. Моргулова А. Н., Константинов С. М., Недужий И. А. Под ред. Константинова С. М. Теплотехника. — Киев.: Выща школа, 1986 — 255 с.