Cтраница 2

Для предупреждения образования накипи и загрязнений поверхности теплообмена своевременно очищают продувкой паром, промывкой химическими растворителями, удалением отложений механическим путем.  

Необходимо иметь в виду, что загрязнение поверхности теплообмена изменяет значения температур стенки t cm и t по сравнению со случаем чистой стенки. Наибольшую опасность при этом представляют случаи работы теплообменных аппаратов при больших разностях температур и отложении загрязнений со стороны вторичной (холодной) рабочей среды. В этих случаях может иметь место значительный перегрев стенок аппарата.  

В зависимости от характера и интенсивности загрязнения поверхности теплообмена могут очищаться механическим и химическим способами.  

Для устранения завихрений газа, способствующих загрязнению поверхности теплообмена, вход и выход газа в камеру котла производится сверху. По этой причине барабан 2 размещен в боковой части котла.  

Поскольку в замкнутой системе нет оснований опасаться загрязнения поверхности теплообмена со стороны газа, при выборе оребрения следует исходить исключительно из теплогидродинами-ческих соображений.  

Наиболее распространенная неисправность в АВО - это загрязнение поверхностей теплообмена, создающее не только дополнительное термическое сопротивление теплопередачи, но и увеличивающее аэродинамическое сопротивление, что приводит к снижению общей производительности основного вентилятора и коэффициента теплоотдачи со стороны охлаждающего воздуха.  

Поскольку в замкнутой системе нет оснований опасаться загрязнения поверхности теплообмена со стороны газа, при выборе оребрения следует исходить исключительно из тешюгидродинами-ческих соображений.  

Основной причиной снижения эффективности работы охладителей является загрязнение поверхностей теплообмена как со стороны охлаждающей воды, так и со стороны газа. Отложения на поверхности трубок резко ухудшают условия теплообмена, поскольку имеют высокое термическое сопротивление. Кроме того, отложения сужают проходное сечение, что приводит к уве - - личению гидравлического сопротивления охладителя. При ограниченных напорах, создаваемых насосами охлаждающей воды, снижается ее скорость в трубках и соответственно уменьшается расход через охладитель. Загрязнения со стороны охлаждаемого газа приводят к повышению гидравлического сопротивления охладителя по газу, что вместе с повышением температуры газа снижает производительность компрессора.  

На коэффициент теплопередачи большое влияние оказывает и степень загрязнения поверхности теплообмена. В табл. 5.2 показано, как уменьшается коэффициент теплопередачи после очистки теплообменных аппаратов.  

Поэтому при выполнении тепловых расчетов всегда необходимо учитывать некоторое загрязнение поверхности теплообмена, уменьшающее числовые значения коэффициентов теплопередачи.  

Для предупреждения подобных опасностей следует принимать меры, направленные на снижение загрязнений поверхностей теплообмена, а если такая возможность исключается, то должны предусматриваться специальные средства для постоянной эффективной очистки теплообменной аппаратуры. Наиболее ответственные аппараты оборудуют устройствами гидродинамической очистки. Например, реакторы полимеризации хлорвинила снабжают специальными устройствами, представляющими собой складывающиеся зонты с форсунками для распыления воды под давлением 25 МПа через специальные сопла. Устройство располагают на реакторе. Внутрь аппарата его вводят через центральную трубу обратного конденсатора. Операция очистки проводится автоматически после каждого цикла полимеризации без вскрытия реактора. Чистка осуществляется в течение 15 мин при возвратно-поступательном перемещении зонта по вертикали.  

В ряде процессов оптимальный режим смещается по мере падения активности катализатора или загрязнения поверхностей теплообмена. В тех случаях, когда такие изменения эффективности процесса происходят достаточно медленно, когда удается провести достаточное число измерений в установившихся условиях по методике эволюционной разработки, имеется возможность строго поддерживать оптимальные условия при помощи этого метода. Эта возможность создает предпосылки для использования счетных машин в системах автоматического управления процессами и использования эволюционного метода анализа для контроля за смещением оптимального режима.  

При аппаратурном оформлении теплообменных процессов часто испытываются затруднения в учете возможных шероховатостей и загрязнений поверхностей теплообмена, от которых в большой мере зависят значения коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и стенками и, соответственно, общие коэффициенты теплопередачи. Отложения в виде твердой корки из различных солей или других неорганических продуктов на поверхностях теплопередачи приводят к резкому снижению или практически к полному прекращению теплопередачи через стенку и серьезным авариям.  

Специалисты компании «Теплообмен» на основании предоставленных индивидуальных данных производят быстрый расчет теплообменников по заявкам клиентов.

Метод расчета теплообменника

Чтобы решить задачу теплообмена, необходимо знать значение нескольких параметров. Зная их, можно определить другие данные. Самыми важными представляются шесть параметров:

• Количество тепла, которое должно быть передано (тепловая нагрузка или мощность).
• Температура на входе и выходе на стороне первого и второго контура теплообменника.
• Максимально допустимые потери напора на стороне и первого, и второго контура.
• Максимальная рабочая температура.
• Максимальное рабочее давление.
• Расход среды на стороне первого и второго контура.

Если расход среды, удельная теплоемкость и разность температур на одной стороне контура известны, можно рассчитать величину тепловой нагрузки.

Температурная программа

Этот термин означает характер изменения температуры среды обоих контуров между ее значениями на входе в теплообменник и выходе из него.

T1 = Температура на входе – горячая сторона

T2 = Температура на выходе – горячая сторона

T3 = Температура на входе – холодная сторона

T4 = Температура на выходе – холодная сторона

Средний логарифмический температурный напор

Средний логарифмический температурный напор (LMTD) является эффективной движущей силой теплообмена.

Если не учитывать потери тепла в окружающее пространство, которыми можно пренебречь, правомерно утверждать, что количество тепла, отданное одной стороной пластинчатого теплообменника (тепловая нагрузка) равно количеству тепла, полученному другой его стороной.

Тепловая нагрузка (P) выражается в кВт или в ккал/ч.

P = m x c p x δt,

m = Массовый расход, кг/с

c p = Удельная теплоемкость, кДж/(кг x °C)

δt = Разность температур на входе и выходе одной стороны, °C

Термическая длина

Термическая длина канала или тета-параметр (Θ) является безразмерной величиной, которая характеризует соотношение между разностью температур δt на одной стороне теплообменника и его LMTD.

Плотность

Плотностью (ρ) является масса единицы объема среды и выражается в кг/м 3 или г/дм 3 .

Расход

Этот параметр может выражаться с использованием двух различных терминов: массы или объема. Если имеется в виду массовый расход, тогда он выражается в кг/с или в кг/ч, если объемный расход, то используются такие единицы, как м 3 /ч или л/мин. Чтобы перевести объемный расход в массовый, нужно величину объемного расхода умножить на плотность среды. Выбор теплообменника для выполнения конкретной задачи обычно определяет требуемая величина расхода среды.

Потери напора

Размер пластинчатого теплообменника непосредственно зависит от величины потери напора (∆p). Если есть возможность увеличить допустимые потери напора, то можно будет использовать более компактный и, следовательно, менее дорогой теплообменник. За ориентир для пластинчатых теплообменников для рабочих жидкостей вода/вода можно считать допустимой потери напора в диапазоне от 20 до 100 кПа.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (с p) представляет собой количество энергии, которое необходимо для повышения температуры 1 кг какого-либо вещества на 1 °C при данной температуре. Так, удельная теплоемкость воды при температуре 20 °C равна 4,182 кДж/(кг х °C) или 1,0 ккал/(кг х °C).

Вязкость

Вязкость является мерой текучести жидкости. Чем ниже вязкость, тем выше текучесть жидкости. Вязкость выражается в сантипуазах (сП) или в сантистоксах (сСт).

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи теплообменника является важнейшим параметром, от которого зависит сфера применения устройства, а также его эффективность. На данную величину влияет скорость движения рабочих сред, а также особенности конструкции агрегата.

Коэффициент теплопередачи теплообменника представляет собой совокупность следующих величин:

• теплоотдача от греющей среды к стенкам;
• теплопередача от стенок к нагреваемой среде;
• теплопередача водонагревателя.

Коэффициент теплопередачи теплообменника рассчитывается по определенным формулам, состав которых также зависит от вида теплообменного агрегата, его габаритов, а также от характеристик веществ, с которыми работает система. Кроме того, необходимо учитывать внешние условия эксплуатации аппаратуры – влажность, температуру и т.д.

Коэффициент теплопередачи (k) является мерой сопротивления тепловому потоку, вызываемого такими факторами, как материал пластин, количество отложений на ее поверхности, свойства жидкостей и тип используемого теплообменника. Коэффициент теплопередачи выражается в Вт/(м 2 x °C) или в ккал/(ч x м 2 x °C).

Выбор теплообменника

Каждый параметр в этих формулах может повлиять на выбор теплообменника. Выбор материалов же обычно не влияет на эффективность теплообменника, от них зависит только его прочность и стойкость к коррозии.

Применяя пластинчатый теплообменник , мы получаем преимущества в виде небольших разностей температур и малой толщины пластин, которая обычно равна от 0,3 до 0,6 мм.

Коэффициенты теплоотдачи (α1 и α2) и коэффициент загрязнения (Rf), как правило, очень малы, что объясняется высокой степенью турбулентности течения среды в обоих контурах теплообменника. Этим же обстоятельством можно объяснить и высокое значение расчетного коэффициента теплопередачи (k), которое при благоприятных условиях может достигать величины 8 000 Вт/(м 2 х °C).

В случае применения обычных кожухотрубных теплообменников величина коэффициента теплопередачи (k) не превысит значение 2 500 Вт/(м 2 х °C).

Важными факторами минимизации стоимости теплообменника являются два параметра:

1. Потери напора. Чем выше допустимая величина потерь напора, тем меньше размеры теплообменника.

2. LMTD. Чем выше разность температур жидкостей в первом и втором контуре, тем меньше размеры теплообменника.

Ограничения по давлению и температуре

Стоимость пластинчатого теплообменника зависит от максимально допустимых значений давления и температуры. Основное правило можно сформулировать следующим образом: чем ниже максимально допустимые значения рабочих температуры и давления, тем меньше стоимость теплообменника.

Загрязнение и коэффициенты

Допустимое загрязнение может быть учтено в вычислении через расчетный запас (M), то есть, за счет дополнительного процента поверхности теплообмена или введения коэффициента загрязнения (Rf), выражаемого в таких единицах, как (м 2 х °C)/Вт или (м 2 х ч х °C)/ккал.

Коэффициент загрязнения при расчете пластинчатого теплообменника должен браться значительно меньшим, чем при расчете кожухотрубного теплообменника. Для этого есть две причины.

Более высокая турбулентность потока (k) означает меньший коэффициент загрязнения.

Конструкция пластинчатых теплообменников обеспечивает гораздо более высокую степень турбулентности и, следовательно, более высокий тепловой коэффициент полезного действия (кпд), чем это имеет место в традиционных кожухотрубных теплообменниках. Обычно коэффициент теплопередачи (k) пластинчатого теплообменника (вода/вода) может составлять от 6 000 до 7 500 Вт/(м 2 х °C), в то время как традиционные кожухотрубные теплообменники при одинаковом применении обеспечивают коэффициент теплопередачи порядка лишь 2 000–2 500 Вт/(м 2 х °C). Типичное значение Rf, обычно используемое в расчетах кожухотрубных теплообменников, равно 1 х 10-4 (м 2 х °C)/Вт. В этом случае использование значения k от 2 000 до 2 500 Вт/(м 2 х °C) дает расчетный запас (M = kc х Rf) порядка 20–25 %. Чтобы получить такое же значение асчетного запаса (M) в пластинчатом теплообменнике с коэффициентом теплопередачи порядка 6 000–7 500 Вт/(м 2 х °C), надо взять коэффициент загрязнения, равный всего лишь 0,33 х 10-4 (м 2 х °C)/Вт.

Различие в добавлении расчетного запаса

При расчете кожухотрубных теплообменников расчетный запас добавляется путем увеличения длины труб при сохранении расхода среды через каждую трубу. При расчете пластинчатого теплообменника такой же расчетный запас обеспечивается за счет добавления параллельных каналов или посредством уменьшения расхода в каждом канале. Это приводит к снижению степени турбулентности течения среды, уменьшению эффективности теплообмена и увеличению опасности загрязнения каналов теплообменника. Использование слишком большого коэффициента загрязнения может привести к повышенной интенсивности образования отложений.Для пластинчатого теплообменника, работающего в режиме вода/вода, значение расчетного запаса от 0 до 15 % (в зависимости от качества воды) можно считать вполне достаточным.

Здесь достаточно отметить что, либо система правильно спроектирована и надлежащим образом эксплуатируется, и в этом случае теплообменники работают без проблем, либо происходит загрязнение и теплообменники могут быстро закупориться . Даже при хорошем техническом обслуживании системы происходит небольшое загрязнение, поэтому теплообменники следует проектировать с избыточной тепловой мощностью. Этот запас мощности ПТО можно обеспечить тремя способами:

1) При расчете величины К учитывается коэффициент загрязнения (Rf). Термин « » употребляется в данном случае неправильно, поскольку он предполагает умножение, а здесь Rf используется в качестве слагаемого.

Смысл введения коэффициента загрязнения заключается в следующем. Загрязнение представляет собой нарастание изолирующего слоя на поверхности теплообмена. Через некоторое время, определяемое интервалом между чистками, слой достигает некоторой толщины. Зная его , легко рассчитать термическое сопротивление этого слоя, что вместе со значением величины К для чистой поверхности (значение U) и даст эффективное значение К.

Рекомендованы различные методики (ARI, TEMA и т.д.) определения коэффициента загрязнения для разных жидкостей. К сожалению, вода, самая важная жидкость для инженеров-холодильщиков, чрезвычайно изменчива по своим свойствам. Они меняются в зависимости от местности, сезона и т.д.

Не только свойства воды, но и другие факторы, в основном, касательное напряжение и температура поверхности, также существенно влияют на процесс загрязнения. Кроме того, загрязнение в воде, за исключением образования известкового налета, не является процессом постоянного роста загрязняющего слоя на поверхности.

2) Другим способом является обеспечение запаса площади, что численно эквивалентно запасу по величине К. В реальном теплообменнике площадь поверхности теплопередачи на несколько процентов больше полученной в расчетах для чистой поверхности.

Основная причина введения такого запаса не в том, что ПТО будет работать в загрязненном состоянии. Необходимость в избыточной площади обусловлена не только неизбежным небольшим загрязнением из-за наличия в воде мусора, взвеси, масла или из-за износа оборудования. Она обусловлена также недостатком точных данных о физических свойствах среды и наличием определенного несоответствия расчетных и фактических условий эксплуатации. Достоинством этого способа является то, что имеется возможность сравнивать различные типы оборудования, например, «если имеет запас площади 30%, то запас может быть нулевым.

3) Избыточная производительность. С точки зрения разработчиков, это менее удачный из-за своей двусмысленности способ выразить, в основном, ту же информацию, что и при втором способе. Неясно, как достигается избыточная производительность. Путем увеличения расходов теплоносителей? Если так, то что произойдет с Др? Соответственно возрастет или же упадет Др из-за снижения напора насоса? Или необходимо изменить температурный режим? Это может привести к выравниванию температур теплоносителей (рис. 17), в этом случае потребуется бесконечно большой теплообменник.

Без точного определения условий, для которых должна рассчитываться избыточная производительность, такой способ предотвращения проявления загрязненности является неприемлемым. Можно ли сопоставить между собой методы 1) и 2)? Пусть коэффициент загрязнения равен 0,0001 м2*°С / Вт, а значение К равно 5000 Вт/(м2*°С) в одном случае и 1000 Вт/(м2*°С) - в другом. Это типичные значения для ПТО и кожухотрубных теплообменников (КТТО), где в качестве теплоносителей применяется вода. В первом случае суммарный коэффициент будет равен:

Кэфф = 1/(0,0001 + 1/5000) = 3333 - 50% запас, а во втором:
Кэфф = 1/(0,0001 + 1/1000) = 909 - 10% запас.

Вывод. Чем выше значение К, тем больше оказывается запас при заданном значении Rf. Проблема заключается в том, что опубликованные значения величины Rf почти всегда относятся к КТТО. Если эти значения использовать в расчетах для ПТО, у которых К, обычно, гораздо выше, то запас становится большим, в ряде случаев - чрезвычайно большим. Необходимо учесть несколько моментов:

а) Проблемы управления. Теплообменник не управляется по запасу площади. В нем устанавливаются такие температуры, при которых запас (и коэффициент загрязнения) становятся равными нулю. Поэтому, если для расчета ПТО применять значения Rf, относящиеся к КТТО, то полученные большие запасы площади могут привести к замерзанию или перегреву жидкости из-за дросселирования потока для снижения СРТ. Кроме того, работа ПТО может быть неустойчивой.

б) Уменьшение касательного напряжения. Одним из способов увеличения запаса площади в ПТО является установка дополнительных пластин. При этом очень быстро уменьшается падение давления, а, значит, и касательное напряжение. Результат может оказаться противоположным требуемому, поскольку загрязнение увеличится.

в) Последовательно соединенные пластины. Если к первому ПТО последовательно присоединить второй, то перепад давлений Dр удвоится. Для сохранения прежнего значения Dр добавим пластины в оба ПТО. В результате запас по площади станет, скорее всего, значительно больше, чем требуется. В то же время касательное напряжение уменьшится. Получим эффект, который является комбинацией случаев а) и б).

г) Перепад температур. Предположим, что теплообменники ПТО рассчитаны на режимы, приведенные ниже. В обоих случаях запас равен нулю.

42 - 37°С 49 - 44°С
40 - 35°С 25 - 20°С
СРТ = 2 К СРТ = 24 К

Пусть из-за загрязнения номинальное значение К уменьшилось на 20%. Насколько должна измениться температура охлаждаемой воды для сохранения номинального уровня теплопередачи? Если коэффициент К уменьшился на 20%, то СРТ должна возрасти на 1/0,8 - 25%. Новые значения температур будут следующими:

42,5 - 37,5 55 - 50
40 - 35 25 - 20
СРТ = 2,5 К СРТ = 30 К

Возрастание температуры на 0,5 К может оказаться допустимым, но на 6 К, конечно же, нет.

Вывод. Важно учитывать влияние запаса площади на температурный режим.

д) Тип установки. Если установка кондиционирования воздуха не сможет поддерживать расчетную температуру воздуха при необычно высокой , это приведет к некоторому дискомфорту. Если же подобное произойдет в больнице или на фармакологическом заводе, результат может быть катастрофическим. Очевидно, конфигурации таких установок, включая запасы по тепловой мощности для ПТО, должны быть разными.

е) Чистка должна проводиться перед началом самого теплого периода года. Тогда ПТО смогут работать в самых тяжелых условиях с высоким значением коэффициента К.

ж) Тип установки. Например, для офиса, который закрыт в нерабочее время, запас по тепловой мощности может быть меньше, чем для непрерывно работающей установки в больнице.

Вывод. Не следует применять ПТО с избыточными размерами. В зависимости от типа нагрузки и других условий запас должен быть 0 - 15%, в редких случаях допускается 15 - 25%.

Журнал «Новости теплоснабжения» № 3, 2005 г., www.ntsn.ru

О.В. Жаднов, заместитель главного инженера, ООО «Нижегородтеплогаз»

О влиянии загрязнений и конструктивных особенностей пластинчатых теплообменников на коэффициент теплопередачи (или о чем умалчивают производители)

Влияние загрязнения. Каждому теплоэнергетику с институтской скамьи известно, что накипь на поверхности нагрева теплообменника увеличивает термическое сопротивление теплопере-дающей 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 ).

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.

Тепловая эффективность загрязненного теплообменника по отношению к такому же теплообменнику с чистой поверхностью характеризуется отношением коэффициентов теплопередачи (к/к 0), которое согласно определяется по формуле:

На рис. 1 представлены графики зависимости относительной тепловой эффективности загрязненного теплообменного аппарата от толщины слоя накипи при различных значениях коэффициента теплопередачи чистого теплообменника (коэффициент теплопроводности накипи принят 1,2 Вт/(м 2 * о С)).

Необходимо заметить, что реальная картина загрязнения для пластинчатого теплообменника (ПТО) существенно отличается от теоретической. 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 в зависимости плотности и химического состава отложений изменяется в широких пределах 0,13-3,14 Вт/(м 2 * О С).

Тем не менее, из показанных на рис. 1 зависимостей можно извлечь важное следствие, а именно: теплообменник с высоким расчетным (конструктивным) значением коэффициента теплопередачи (k 0) 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).

Действительно, традиционно применявшиеся в отечественной теплоэнергетике кожухотрубные водоподогреватели (с гладкими трубками), как известно, выбирались с невысоким коэффициентом теплопередачи в расчетном режиме - на уровне 800-1200 Вт/(м 2 * О С). При толщине слоя накипи мм такой теплообменник имеет относительную тепловую эффективность (k/k 0) = 0,8, что вполне приемлемо.

Иначе обстоит дело с пластинчатыми аппаратами, которые, как правило, из соображений экономии выбираются с высоким расчетным коэффициентом теплопередачи - 5000-7000 Вт/(м 2 * О С). При той же толщине слоя накипи мм этот теплообменник уже будет иметь отношение (k/k 0)=0,4, 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.

Влияние конструкции. Необходимо отметить, что за период своей профессиональной деятельности автору статьи ни на одном из обследованных ПТО не удалось зафиксировать расчетного (проектного) коэффициента теплопередачи (о методике испытаний теплообменников см. ниже в разделе 4). Даже для новых ПТО, работающих на достаточно мягкой и чистой воде, относительный коэффициент теплопередачи (k/k 0) не превышал 0,9. При этом была отмечена интересная особенность ПТО - при значительной разнице давлений между полостями греющего и нагреваемого теплоносителей (2-3 кгс/см 2) 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 - 345 мм. Во всяком случае, вышеуказанные особенности ПТО требуют дополнительного исследования.

Актуальность проблемы борьбы с загрязнениями

Многие специалисты отмечают потерю тепловой эффективности ПТО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения поверхности нагрева. Например, коллеги из г. Санкт-Петербурга в статье приводят следующую 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%.

Нам в своей деятельности пришлось многократно сталкиваться с сильнейшим загрязнением ПТО, при котором теплообменник терял до 50-70% тепловой эффективности за 3-6 недель!

На нашем предприятии эксплуатируется достаточно большой парк - более 50 единиц - водо-водяных ПТО различных фирм производителей («Альфа-Лаваль Поток», «РИДАН», «Машим-пекс», «Funke») единичной тепловой мощностью 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 привлечением инвестиций ОАО «ГАЗПРОМ» была проведена масштабная реконструкция систем теплоснабжения, в результате которой взамен старых отопительных котельных с чугунно-секционными котлами («Энергия, «Тула» и др.) были построены и реконструированы: в г. Дзержинск - 18 котельных общей установленной мощностью 158,5 МВт, в г. Сергач - 8 котельных общей установленной мощностью 32,5 МВт. В г. Дзержинске, кроме того, произведена замена 100% тепловых сетей от реконструированных котельных суммарной протяженностью 36 км. Все котельные в настоящее время работают в автоматическом режиме (без постоянного присутствия обслуживающего персонала). Котельные выполнены по единой двухконтурной технологической схеме (см. рис. 2). Пластинчатые теплообменники отопления (2 шт. по 50% производительности каждый) выполняют функцию разделения контуров. Расчетный температурный график: 95/70 О С - по сетевому контуру, 110/80 О С - по котловому контуру.

Внутренний (котловой) контур заполнен химически очищенной водой с жесткостью не более 200 мкг-экв/кг. При отсутствии утечек во внутреннем контуре и исправной работе системы компенсации температурных расширений, выполненной на базе мембранных расширительных баков (МРБ), подпитка контура практически не требуется, что обеспечивает отсутствие накипеобразования и коррозии на поверхностях нагрева котлов и теплообменников (со стороны котлового контура).

Внешний (сетевой) контур подпитывается водой, в которую непрерывно 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 в последующих отопительных сезонах 2001-2003 гг. наше предприятие столкнулось с серьезными трудностями, выразившимися в невозможности передачи требуемого количества тепла через ПТО и, следовательно, в невозможности поддержания проектного температурного графика в тепловых сетях ряда котельных при низких температурах наружного воздуха - приблизительно при -15 О С и ниже. Как показало проведенное обследование, причина заключалась в интенсивном загрязнении поверхности нагрева теплообменников по сетевой стороне продуктами коррозии железа (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 негативное влияние на гидравлический режим тепловых сетей. При расчетном гидравлическом сопротивлении теплообменников 0,4 кгс/см 2 , фактическое его значение достигало 2,0-2,5 кгс/см 2 , после чего теплообменники поочередно подвергались разборке и механической чистке. Механическая очистка пластинчатого теплообменника оказалась сложной и длительной по времени операцией (очистка 1 теплообменника бригадой из 3-х человек занимала 6-8 ч.), что в условиях отопительного сезона приводило к ограничению подачи тепла потребителям.

60% компаний рассчитывают теплообменники неверно – честное исследование ситуации
на рынке

Техническое задание

Для оценки корректности расчетов всем компаниям был разослан одинаковый запрос – нужно было подобрать теплообменник по следующим параметрам:

Температуры по горячей стороне 90/60 по холодной 40/70

Назначение – в систему отопления детского сада

Мы намеренно не стали давать подробное техническое задание, т.к. из нашей практики, чаще всего именно с такими запросами и обращаются клиенты. Задачей было проверить профессиональный уровень компании, а не способность правильно перепечатать данные из опросного листа в программу расчета. В любом случае, по этим параметрам можно корректно подобрать теплообменник.

Параметры для оценки расчетов

В первую очередь, расчет теплообменника оценивался на соответствие параметрам ТЗ: нагрузка 135 кВт, температуры греющей среды 90-60 С, температуры нагреваемой – 70-40 С.

Вроде 5 параметров, проще простого! Но были и те, кто почему-то путал температуры. На самом деле все просто – в расчетных отделах многих компаний царит мнение, что клиент сам отвечает за свою покупку, и поэтому часто даже не проверяют самих себя.

• Потери давления
• Коэффициент теплопередачи
• Запас поверхности на загрязнение
• Рабочее давление
• Рабочая температура
• Толщина пластин
• Диаметр патрубков
• Материалы пластин и прокладок

Объекты анализа

Мы обратились за расчетом теплообменника в 13 компаний – лидеров по запросам в интернете.

Среди них были: производители теплообменников, официальные дилеры заводов, поставщики, специализирующиеся на теплообменном оборудовании, поставщики инженерного оборудования широкого спектра.

Статистика результатов

Напоминаем, что задание было достаточно простым и понятным, можно сказать “будничным” для компаний, которые каждый день проводят десятки подобных расчетов. Что же мы получили в результате:

• Только 1 компания – рассчитала теплообменник абсолютно корректно.
• 4 компании сделали расчет с небольшими замечаниями
• 8 компаний рассчитали теплообменник с существенными ошибками

Честно сказать, мы были крайне удивлены таким низким качеством полученных расчетов. Более 60% компаний рассчитывают ПТО на «отвали», не анализирую перспективы его работы.

У нас нет цели обвинять конкретные компании в непрофессионализме, поэтому мы не будем раскрывать информацию о том, кто рассчитал правильно, а кто нет. Мы просто расскажем какие ошибки были сделаны (с нашей точки зрения намеренно с целью удешевления теплообменника) и как они могут повлиять на работу и эксплуатацию оборудования.

Типичные ошибки и их влияние на работу ПТО

1. Подбирают так, что запас поверхности на загрязнение менее 10%. Это может привести к быстрому загрязнению ПТО, частым разборным промывкам и уменьшению ресурса ТО. Вода в тепловых сетях НИКОГДА не бывает чистой настолько, чтобы при высокой температуре не загрязнять все, через что она проходит.Второй вариант манипуляции – значительно завышают запас – делают в тех случаях, когда типоразмер теплообменника не оптимально подходит под задачу, а другого или нет в линейке или получается значительно дороже.

2. Завышают или занижают коэффициент теплопередачи.Его значение должно быть в диапазоне от 2500 до 5500-6000 ккал/м2*С. Высокий коэффициент теплопередачи достигается за счет увеличения скорости движения жидкости в каналах, а увеличение скорости жидкости достигается за счет уменьшения сечения каналов, что и дает уменьшение количества пластин в теплообменнике и его цены. Но в свою очередь это ведет к быстрому загрязнению пластин (до 2 раз быстрее, чем при стандартных коэффициентах теплопередачи).

3. Подключением теплообменника выбрана резьба с диаметром 32 мм. По расчету предельных скоростей диаметр подключения должен быть не менее 40 мм. Заужение диаметров увеличивает скорость в порту, что может привести к образованию завихрений на первой пластине и неэффективному распределению потоков. Кроме того, резьбовые соединения слабы к высоким давлениям и к перепаду давлений в принципе. В нашей практике многократно встречались случаи течи в резьбовых соединениях теплообменников.

4. Для пластин выбрана сталь AISI304, которая не устойчива к хлору. А хлор, как известно, широко используется в ЖКХ.

5. Пластины подобраны толщиной 0,4 мм. При такой толщине пластины гораздо быстрее износятся при разборных промывках, которые неизбежны из-за плохого качества воды.Теплообменник с такой толщиной пластин и может не выдержать резких перепадов давлений в магистральных тепловых сетях.

6. Расчетная температура взята минимальная(100 С). А так как в ТЗ это указано не было, мы всегда принимаем параметры для наихудших условий из учета подключения ТО к магистральным тепловым сетям – 150 С.

7. Расчетное давление принято минимальное (10 атм).Так же как и с температурой, так как в ТЗ это указано не было, мы всегда принимаем параметры для наихудших условий из учета подключения ТО к магистральным тепловым сетям – 16 атм. Несоблюдение максимальных расчетных параметров может привести к тому, что теплообменник, установленный на сетях с расчетным давлением более 10 атм начнет течь.

8. Потери давления завышены.При неизвестных располагаемых перепадах давлений, рекомендуют принимать их до 2 м в с. При низком располагаемом давлении от тепловых сетей может случиться так, что его будет недостаточно для преодоления сопротивления всех элементов ИТП (ТО, запорной и регулирующей арматуры и трубопроводов). Это повлечет за собой необходимость установки повысительного насоса на контур тепловых сетей и дополнительное согласование его с ресурсоснабжающей организацией (а это затраты денег и времени на проект). А при завышении потерь давления в теплообменнике по внутреннему контуру системы отопления, для циркуляции будет подобран более мощный насос, что повлечет дополнительные затраты на электроэнергию в процессе эксплуатации насоса, которых можно было избежать.

Выводы

Больше половины исследуемых компаний рассчитывают теплообменники ориентируясь на максимальное снижение цены. Есть формальное соответствие параметрам, которые указаны в ТЗ – отлично. Со всем остальным пусть разбирается клиент, ему же “этим” пользоваться.Кроме этого, буквально единицы менеджеров, обрабатывающих заявку, пытались, что-то выяснить, уточнить по параметрам, объяснить клиенту перспективы некорректного расчета, но об этом мы расскажем в другой статье.

Компаний, которые рассчитали теплообменник без замечаний менее 10%, а если точнее, то 1 из 13.

Кому-то эти результаты покажутся слишком негативными и не похожими на правду. Но проверить это просто, достаточно внимательно посмотреть на отношения менеджера к клиенту в процессе диалога: спрашивает ли он вас вообще что-нибудь, корректирует, может быть просит уточнить параметры, или просто рассчитывает по тому, что вы прислал.Дает ли он какие-либо пояснения по работе аппарата?

Исходя из всего вышеперечисленного, мы рекомендуем:

1 – внимательно проверяйте полученный расчет теплообменника, ошибки могут быть даже в самых простых параметрах

2 – попробуйте “банально” погонять вашего менеджера по расчетному листу, пусть объяснит подробнее, почему данные именно такие, что они значат. Если ответить на эти вопросы вам не могут, то стоит задуматься о том, хотите ли вы доверить последующую работу по данному оборудованию именно этой фирме.

P.S. Если вам уже рассчитали теплообменник и вы сомневаетесь в его корректности – отправьте лист расчета (или исходный опросный лист) специалистам нашей компании для проверки.

Для нового расчета теплообменника перейдите по ссылке –