Методы диагностики состояния загрязненности и качества химических промывок теплообменных аппаратов

Наиболее распространенным методом определения загрязненности теплообменников является периодический контроль перепада давления на входе и выходе аппарата в процессе эксплуатации (а также до и после химических промывок). Указанный метод отличается простотой и хорошо зарекомендовал себя на практике. Однако, этот метод не всегда применим. В частности, на основании него невозможно сделать вывод о способности конкретного теплообменника выполнить свою функцию (нагреть определенное количество воды до нужной температуры), если он в момент измерения перепада давления работает в нерасчетном режиме и, в особенности, если этот теплообменник изначально подобран с запасом или недостатком поверхности нагрева.

Поясним вышесказанное на примере. Рассмотрим ПТО, работающий на отопление. Температурный график теплосети 95/70 ^ОС. Пусть расчетные (принятые при подборе ПТО) и фактические (измеренные) параметры при одинаковом (расчетном) расходе сетевой воды составляют (см. табл. 3).

Как видим, в процессе эксплуатации перепад давления по сетевой воде возрос до 18 м вод. ст.

Вопрос: как определить, до какой температуры наружного воздуха указанный теплообменник сможет обеспечить подогрев сетевой воды до требуемой температуры по графику, и когда следует планировать промывку ПТО?

Очевидно, что простое измерение перепада давления ответа на этот вопрос дать не может.

Некоторые авторы наоборот предлагают излишне усложненные способы контроля загрязнения ПТО. Так, в статье [5] для контроля качества химической промывки ПТО предлагается использовать специальный стенд (совмещенный с промывочной установкой), работающий по принципу определения времени схождения температур воды в двух циркуляционных контурах, разделенных испытываемым ПТО. Стенд насыщен большим количеством дополнительного оборудования (насосы, электроподогреватель, расходомеры и пр.), требует подключения к обоим контурам ПТО (хотя промывке подвергается только один) и, по этим причинам, практически не применим для широкого использования на объектах малой теплоэнергетики. (Указанный стенд может быть рекомендован только для отработки различных технологий промывок с применением новых моющих растворов.).

Автором настоящей статьи разработан эффективный метод диагностики состояния загрязненности теплообменных аппаратов, позволяющий легко определять относительный коэффициент теплопередачи k/k₀ загрязненного теплообменника по отношению к этому же теплообменнику с абсолютно чистой поверхностью. Для анализа используются только результаты измерения 4-х температур (на входе и выходе теплообменника по обоим потокам).

Сущность метода заключается в следующем. Признанные авторитеты отечественной теплоэнергетики Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер в своих работах (см. например [1], стр. 125) теоретически и практически обосновали существование замечательного параметра водо-водяного подогревателя «Ф», значение которого для данного подогревателя величина практически постоянная.

Параметр подогревателя Ф в общем случае определяется по формуле:

Параметр подогревателя остается практически постоянным в широком диапазоне изменения.

Так, значение параметра секционных водо-водяных подогревателей прямо пропорционально их длине:, где: Ф_у — удельный параметр, отнесенный к единице длины подогревателя, lдлина подогревателя, м.

Удельный параметр Ф_у зависит в основном от отношений площадей сечений трубок и межтрубного пространства и практически не зависит от удельной площади поверхности нагрева, приходящейся на единицу длины подогревателя, т. е. от номера или диаметра корпуса подогревателя. Для всех типоразмеров секционных водо-водяных подогревателей по ОСТ 34−588−68 и ГОСТ 27 590−88 можно практически принимать одно и то же значение удельного параметра при чистой поверхности нагрева, т. е. при отсутствии на ней накипи и загрязнений.

Параметр Ф пластинчатого водо-водяного подогревателя зависит от типоразмера (конструкции и профиля пластин) и не зависит от количества пластин в ПТО.

Параметр подогревателя в расчетном (основном) режиме равен:

При абсолютно чистой поверхности нагрева водоподогревателя:

При загрязнении поверхности нагрева водоподогревателя фактическое значение параметра Ф уменьшается:

Очевидно также, что если сравнивать загрязненный и чистый теплообменники при одних и тех же расходах рабочих сред, получим:

Выполним преобразование формулы (2), подставив в нее известные соотношения:

Нетрудно видеть, что все параметры, входящие в формулу (7), вычисляются на основании значений 4-х температур, которые легко измерить на работающем аппарате.

Для вычисления расчетного (Ф₀) и фактического (Ф) параметра теплообменника в формулу (7) следует подставить соответствующие значения температур рабочих сред на входе и выходе теплообменника.

Затем, по формуле (6) легко определить: (k/k₀)=(Ф/Ф₀).

Например, в вышеприведенном примере:

Аналогично, фактический параметр теплообменника составит: Ф=0,76.

Получим: (k/k₀)=(Ф/Ф₀)=0,34.

При известном отношении (k/k₀) по графику рис. 1 можно определить эквивалентную толщину накипи на поверхности нагрева теплообменника.

При известном фактическом значении параметра Ф загрязненного теплообменника, на основании формулы (7) и уравнений теплового баланса, описывающих характеристики оборудования и схемные решения конкретной котельной, можно получить систему нелинейных алгебраических уравнений для определения важного параметра — граничной температуры наружного воздуха, ниже которой котельная не сможет обеспечивать поддержание расчетного температурного графика в теплосети (это касается только подогревателей отопления).

Для тепловой схемы, показанной на рис. 2, система уравнений легко решается численным методом на ПЭВМ. В качестве варьируемых параметров используются:(G_сет/G_сет, ₀) — отношение фактического расхода сетевой воды к расчетному;^Tвых, к — температура воды на выходе из котлов (равна температуре греющего теплоносителя на входе в подогреватель).

На графиках рис. 8 (а, б) представлены полученные решения системы уравнений для котельной № 20 г. Дзержинска.

Для вышеприведенного численного примера при (Ф/Ф₀)=0,34, Т_вых=105 ^ОС, (G_сет/G_сет,₀) = 1 по графику рис. 8 получим граничную температуру гр. = -17,0 ^ОС.