Новые теплообменные аппараты с пониженной загрязняемостью

Новые теплообменные аппараты с пониженной загрязняемостью.

О преимуществах трубчатых теплообменных систем

Не занимаясь в данной работе подробным анализом достоинств и недостатков трубчатых и пластинчатых аппаратов, отметим, что, по нашему мнению, у каждой из этих групп теплообменников есть свои эксплуатационные ниши, где их положительные свойства могут быть раскрыты в наибольшей степени.

Сами мы при этом являемся убежденными сторонниками трубчатых теплообменных систем по следующим причинам:

трубчатые поверхности технологичны, ремонтопригодны, дешевы;

в трубчатых системах легко обеспечиваются условия прочности с запасами, соответствующими требованиям Госгортехнадзора;

при использовании современных отечественных достижений теплогидравлики, теплообменным трубам может придаваться нужный профиль поверхности для увеличения теплоотдачи в 2…3 раза по отношению к гладким поверхностям (что соответствует интенсификации на волнистых пластинах) при лучшем соотношении теплоотдачи и гидравлических потерь в сравнении с пластинчатыми;

трубчатые системы допускают как химическую, так и все виды механической очистки, в т. ч. кавитационно-ударную, механическими щетками и т. п.

Отличительные качества трубчатых теплообменных систем обеспечивают потенциальную возможность создания кожухотрубных аппаратов с массогабаритными и теплогидравлическими характеристиками, не уступающими теплообменникам никаких других типов.

При этом, однако, необходимо иметь ввиду, что аппараты, работающие на городских и промышленных объектах теплоснабжения, находятся далеко не в идеальных условиях в отношении качества теплоносителей.

Совместная атака накипеобразующих элементов, коррозионно-активных ионов и выносимых из старых сетей взвесей на основе гидроокиси железа способна, при неблагоприятном стечении обстоятельств, за две недели похоронить надежды на хорошую работу изначально очень эффективного теплообменника.

В связи с этим, в числе важнейших требований к подогревателям систем теплоснабжения должны быть стабильность теплогидравлических характеристик и возможность быстрой, малотрудоемкой очистки.

Новые качества — результат конструктивных решений Идея минимизации темпа роста загрязняющих отложений лежит в основе проекта теплообменных аппаратов серии ВВПИ, выпускаемых в Нижнем Новгороде на предприятии «Гидротермаль».

Высокие скорости течения (1,5−2,0 м/с) греющего и нагреваемого теплоносителей достигаются путем организации продольного реверсивного тока в трубном и межтрубном пространствах. Примерное равенство проходных сечений обоих пространств обеспечивается выбором предельно малого шага труб в трубных решетках (S=1,2−1,21). Продольный ток в межтрубном пространстве позволяет не только в 3 раза увеличить скорость течения, но и уменьшить объем застойных зон с 25−30 до 5%.

Нанесение на поверхность теплообменных труб турбулизирующих кольцевых канавок и выступов обеспечивает интенсивную пристенную турбулизацию, увеличивающую теплоотдачу в 2,0−2,5 раза и способствующую периодическому срыву загрязнений.

С целью уменьшения обводных течений в теплообменниках ВВПИ малой мощности (от 60 до 300 кВт) их корпуса в поперечном сечении имеют форму многогранников, при этом.

трубные пучки вписываются в них с минимальными зазорами. В теплообменниках повышенной мощности (до 4500 кВт) с указанной целью устанавливаются поперечные сегментные вытеснители между трубными пучками и корпусом.

Анализ многочисленных эксплуатационных и экспериментальных данных показал, что одним из наиболее перспективных материалов для формирования теплообменной поверхности является легированная сталь аустенитного класса 08…12Х18Н10Т. Она практически не корродирует в сетевой и котельной воде, в том числе при организации щелочных режимов водоподготовки, обладает низкой адгезией к взвешенным частицам и кристаллам накипи.

Сталь 12Х18Н10Т используется для изготовления теплообменных труб, трубных решеток, перегородок и корпуса подогревателей ВВПИ. Все элементы подогревателей крепятся методом сварки с присадочной проволокой в среде аргона. Это обеспечивает отсутствие коррозионных пар, высокую прочность и герметичность соединений. Запас прочности элементов корпуса по отношению к номинальным допускаемым напряжениям по ГОСТ 14 249–89 — 350−400%. Запас прочности трубок — 1000−1500%.

В связи с этим подогреватели ВВПИ мало чувствительны к резким скачкам температуры и давления. Трубные пучки выдерживает гидроудары, вибрацию и т. п. В целом это обеспечивает высокую надежность подогревателей, в том числе, в условиях возможных нарушений режимов эксплуатации.

Все теплообменники ВВПИ имеют общие конструктивные черты:

* в корпусе имеется одна, две и более продольных перегородок, герметично вваренных в корпус, что обеспечивает прочность корпуса и повышенные скорости теплоносителя в межтрубном пространстве;

подводящий и отводящий патрубки располагаются на коллекторах, обеспечивающих малое сопротивление входа-выхода, легкую очистку от крупных твердых загрязнений, минимум застойных зон;

на корпусе имеется кольцевой температурный компенсатор;

отводящие и подводящие патрубки располагаются в районе головки теплообменника, что обеспечивает удобство обвязки подогревателей и уменьшение температурных деформаций.

При номинальных значениях расходов подогреватели ВВПИ имеют умеренное гидравлическое сопротивление 25−40 кПа, что позволяет, при необходимости достижения высоких значений тепловой эффективности (например, для случаев с низкой температурой греющего теплоносителя), соединять подогреватели последовательно.

При соединении теплообменников в блоки возможно их попарное отключение для проведения технического обслуживания. Очистка подогревателей может быть произведена любым известным способом: 1,5% раствором азотной кислоты, кавитационно-ударным методом, стальными проволочными ежиками и т. п. При незначительном загрязнении подогревателей для проведения очистки внутритрубного пространства снимается лишь задняя крышка. В случае сильного загрязнения трубную поверхность можно чистить с двух сторон при снятых передней и задней крышках.

Межтрубное пространство, омываемое химподготовленной водой внутреннего котельного контура, загрязняется накипными и иными отложениями очень мало.

Однако в практике, после пуска вновь построенных котельных, были случаи попадания в зону межтрубного пространства твердых включений типа окалины, кусочков сварочного металла, гидроокиси железа и т. п. Твердые посторонние частички задерживаются во входном коллекторе на корпусе, откуда благодаря достаточному размеру коллектора они легко удаляются руками после вскрытия фланца подводящего патрубка.

Отмеченные конструктивные особенности подогревателей ВВПИ, разработанных и выпускаемых ООО «Гидротермаль», обеспечивают достижение поставленных целей — увеличение стабильности теплового потока в период эксплуатации, улучшение массогабаритных показателей, увеличение надежности.

система трубчатый теплообменный Опыт эксплуатации Эксплуатация теплообменников серии ВВПИ в течение 8 лет подтвердила правильность использованных конструктивных решений. Так, загрязняемость подогревателей ВВПИ оказалась в 2−3 раза ниже, чем у стандартных трубчатых аппаратов ПВ (ГОСТ 27 590−88ЕЕ) при лучших в 3 раза массогабаритных характеристиках. Сравнительная эксплуатация в одинаковых условиях подогревателей ВВПИ-0800.00 и пластинчатых теплообменников «Alfa Laval» выявила трехкратное преимущество аппаратов ВВПИ по показателю ресурса работы без очистки. При работе в городских теплосетях пропускная способность подогревателей ВВПИ сохраняется в течение всего отопительного сезона в допустимых пределах.

Справочник по теплообменным аппаратам. П. И. Бажан, Г. Б. Каневец, В. М. Селиверстов. — М.: Машиностроение, 1989.

Справочник по теплообменникам в 2 т. Пер. с англ., под ред. Б. П. Петухова, В. К. Шикова. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

Калинин Э.К., Дрейцер Г. А., Копп И. З., Мякочин А. С. Эффективные поверхности теплообмена. — М.: Энергоатомиздат, 1998.