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 14249-89 – 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.
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 27590-88ЕЕ) 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.
К.т.н. С.Н. Валиулин, доцент, к.т.н. Н.Н.Бурдастов, В.В.Хуртин, О.В. Пыжов, ООО «Гидротермаль», г. Нижний Новгород
