В последние годы в России широко проводится замена устаревшего тепломеханического оборудования в тепловых пунктах (ТП) и котельных. Используемые ранее в системах теплоснабжения секционные кожухотрубные подогреватели заменяют на разборные пластинчатые теплообменники.
В настоящее время такая работа ведется во всех регионах России, включая Сибирь, Дальний Восток и Заполярье. Для нового строительства проектными институтами разработаны типовые проекты тепловых пунктов с установкой пластинчатых теплообменников.
Серийно в заводских условиях с соблюдением технологии производства выпускают пластинчатые теплообменники предприятие «Теплотекс» ГУП «Мостеплоэнерго» и компания “Альфа-Лаваль Поток” (Швеция). Также на Российском рынке представлены пластинчатые теплообменники компании SWEP (Швеция), компании LPM (Финляндия) и ряда других фирм.
Широкая популярность пластинчатых теплообменников и высокий спрос на них приводит к тому, что сегодня их начинают изготавливать практически во всех регионах России, но не серийно, а штучно.
Преимущества
Преимущества пластинчатых теплообменников перед секционными кожухотрубными заключаются в следующем:
1. Коэффициент теплопередачи в пластинчатых теплообменниках в 3–4 раза больше, чем в кожухотрубных, благодаря специальному гофрированному профилю проточной части пластины, обеспечивающему высокую степень турбулизации потоков теплоносителей. Соответственно, площадь теплопередающей поверхности теплообменников в 3–4 раза меньше, чем кожухотрубных. Вследствие этого пластинчатые теплообменники имеют малую металлоемкость, компактны, их можно установить в небольшом помещении.
2. Высокая ремонтопригодность:
- в отличие от кожухотрубных они легко разбираются и быстро чистятся. При этом не требуется демонтаж подводящих трубопроводов;
- в пластинчатом теплообменнике можно легко и быстро заменить пластину или прокладку, а также увеличить поверхность теплообмена, если со временем возросла тепловая нагрузка.
3. Пластинчатые теплообменники набираются из отдельных пластин, поверхность нагрева которых, как правило, не превышает 1 м2. Это обстоятельство в сочетании с оптимально выбранным типом пластины позволяет точно, без лишнего запаса, выбрать теплопередающую поверхность теплообменника.
Требования к пластинчатым теплообменникам в системах теплоснабжения
Многообразие рекламы производителей пластинчатых теплообменников не отражает основного подхода в выборе этого оборудования для систем теплоснабжения.
Цель данной статьи – обратить внимание заказчика на ключевые моменты в подборе теплообменников для систем теплоснабжения.
«Теплотекс» ГУП «Мостеплоэнерго» наряду с производством и обслуживанием пластинчатых теплообменников занимается проектированием, монтажом и наладкой тепловых пунктов в г. Москве, а также производством блочных тепловых пунктов, которые смонтированы и успешно работают в различных регионах России. Накопленный опыт работы в этой области позволяет сформулировать основные требования к пластинчатым теплообменникам, которые применяются в системе теплоснабжения.
1. Пластинчатые теплообменники должны быть обязательно разборными. Качество химводоподготовки сетевой воды невысокое, а водопроводная вода в России, как правило, очень жесткая. Химическая промывка полностью не очищает теплообменники, поэтому должна существовать возможность их разборки.
2. Предпочтительно использовать одноходовые теплообменники. В этом случае все соединения расположены на неподвижной плите и при разборке теплообменника не требуется демонтаж трубопроводов.
3. При 2-х ступенчатой схеме подключения подогревателей ГВС на каждую ступень должен устанавливаться отдельный теплообменник. Моноблоки, которые некоторые производители предлагают в целях удешевления теплообменников, имеют ряд существенных недостатков:
- в моноблоке на одной раме объединены 1-я и 2-я ступени ГВС. Это 2-х ходовой теплообменник, в котором каждый теплоноситель движется сначала вниз, затем вверх. Такая U -образная конструкция приводит к быстрому засорению нижнего коллектора моноблока;
- при раздельной установке теплообменников в случае отключения одной ступени большую часть нагрузки ГВС возможно обеспечить при помощи оставшейся в работе ступени. При установке моноблока потребитель полностью лишается горячей воды в случае его ремонта;
- в моноблоке трубопроводы присоединяются и к неподвижной, и к подвижной плитам. При разборке моноблока требуется демонтаж трубопроводов, что усложняет ремонт и увеличивает сроки его проведения.
Существует лишь одна причина, которая допускает установку моноблока – это отсутствие места для размещения двух теплообменников. Следует особо отметить, что расчет моноблоков чаще всего проводят неквалифицированно, что на практике приводит к занижению поверхности и превышению допустимых потерь напора. Расчет моноблока требует специальных знаний в области теплоснабжения и теплопередачи.
4. Пластины в теплообменниках должны быть из коррозионно-стойкой стали, устойчивой к воздействию хлора, AISI 316, уплотнительные прокладки – из термостойкой резины EPDM (максимальная рабочая температура – 150оС). В этом случае срок службы теплообменников составляет не менее 30 лет, а прокладки придется менять не чаще, чем раз в 7–9 лет.
Многие производители теплообменников в целях удешевления продукции используют пластины из менее качественной стали AISI 304, которые выходят из строя за 5–7 лет из-за сквозной коррозии, и прокладки NBR , для которых максимальная рабочая температура – 110оС. В этом случае срок службы теплообменников значительно снижается, уплотнительные прокладки придется менять гораздо чаще. Следует отметить, что у многих производителей стоимость уплотнительных прокладок составляет большую долю от общей стоимости теплообменника.
5. Обычно максимальное рабочее давление в тепловом пункте составляет 12 кгс/см2, при проведении гидравлических испытаний – 16 кгс/см2. Именно с учетом данных параметров должны подбираться теплообменники. Рабочее давление в аппарате определяется в меньшей степени толщиной и конструкцией пластин, а в большей степени толщиной прижимных плит рамы и стяжными болтами теплообменника. На российском рынке появились производители, которые с целью удешевления теплообменников делают облегченные рамы. Вызывает опасение, что такой теплообменник сможет надежно работать при указанных выше давлениях, особенно при значительных изменениях температуры и давления.
6. Как правило, на тепловых пунктах принята двухступенчатая схема присоединения подогревателей ГВС и независимое присоединение системы отопления. Расчет пластинчатых теплообменников должен быть проведен с учетом схемы их присоединения, температурных графиков и располагаемых напоров. В расчете должна быть учтена также циркуляция ГВС.
7. Единичная мощность тепловых пунктов для разных городов России различна и находится в диапазоне от 0,1 Гкал/ч до 20 Гкал/ч. Для оптимального покрытия таких нагрузок предприятия производители должны иметь широкий типоразмерный ряд теплообменников, не менее 10–12 различных по площади проточной части и диаметру проходных отверстий пластин.
8. Следует также отметить, что зарубежные поставщики пластинчатых теплообменников привыкли к тому, что в европейских странах водопроводная (исходная) вода для ГВС обязательно умягчается перед поступлением в теплообменник. В России жесткость исходной воды очень высока, поэтому при установке пластинчатых теплообменников для систем ГВС необходимо принимать соответствующие меры. С этой целью надо обязательно автоматизировать систему ГВС. Желательно предусмотреть установку для умягчения исходной воды или применять другое техническое решение: стабилизировать температуру теплоносителя на входе в теплообменник горячего водоснабжения. Известно, что наиболее интенсивное образование карбонатных отложений происходит в диапазоне температур от 60 до 90оС. Для стабилизации температуры теплоносителя можно установить насос на перемычке между подающим и обратным трубопроводами со встроенным частотным преобразователем. Управление частотным преобразователем и, следовательно, насосом осуществляет электронный автоматический регулятор, контролирующий температуру теплоносителя на входе в теплообменник ГВС. Применение такой схемы позволяет продлить межремонтный цикл промывки теплообменников в несколько раз.
Конструктивные особенности пластин, применяемых в теплообменниках
За основу в теплообменниках, производимых «Теплотекс» ГУП Мостеплоэнерго по лицензии датской компании APV , взят типоразмерный ряд пластин с различным профилем рабочей поверхности и площадью от 0,018 м2 до 0,991 м2.
Каналы, образованные пластинами APV , имеют несколько большее поперечное сечение, чем у теплообменников других фирм. На пластинах в распределительной части возле отверстий сделана специальная насечка, которая позволяет выровнять сопротивление по ширине канала и обеспечить равномерное обтекание рабочей поверхности пластины.
Пластины одного типоразмера могут иметь угол наклона гофр к горизонтальной оси 30о (так называемые «жесткие» пластины) и 60о («мягкие» пластины). Для жестких пластин характерна большая тепловая производительность и большие потери напора, для мягких пластин – меньшая тепловая производительность и меньшие потери напора. В одном аппарате допускается использовать и жесткие, и мягкие пластины. Это еще один способ максимально приблизиться к заданной производительности и допустимым потерям напора при минимальной поверхности нагрева.
В 2000 г. в APV разработана принципиально новая серия пластин, которая кроме модификаций с разным углом наклона гофр имеет модификации с различной глубиной гофры, что существенно увеличивает эффективность теплообменника.
Расчет теплообменника
Каждый расчет должен быть индивидуальным и учитывать все особенности теплового пункта заказчика: структуру теплового потребления, гидравлику, размеры помещения, качество водопроводной воды, схемные решения тепловых пунктов.
В основе расчета пластинчатых теплообменников лежит система критериальных уравнений. Но поскольку геометрические характеристики пластин и коэффициенты в критериальных уравнениях различны для различных производителей, то у каждой компании имеется своя программа расчета.
Однако, прежде чем приступить к расчету теплообменника, необходимо рассчитать оптимальное распределение нагрузки ГВС между ступенями подогревателей и температурный режим каждой ступени с учетом метода регулирования отпуска тепла от теплоисточника и схем присоединения подогревателей ГВС.
Заключение
Применять в теплоснабжении можно как пластинчатые, так и кожухотрубные теплообменники. В разных регионах сложились свои условия эксплуатации и подбора тепломеханического оборудования. Следует отметить, что первоначальные затраты на пластинчатые теплообменники при реконструкции старых тепловых пунктов несколько больше. Для вновь строящихся, отдельно стоящих, тепловых пунктов выбор пластинчатых теплообменников позволяет сократить капитальные затраты, так как существенно уменьшается объем здания теплового пункта. Тем не менее, применение пластинчатых теплообменников при реконструкции теплового хозяйства, особенно ИТП, когда стесненные помещения, нет монтажных люков, нормальных проходов, особенно оправданно.
Учитывая вышесказанное, заказчику целесообразно обращаться в организации, которые специализируются на теплоснабжении и комплексно решают проблему проектирования, монтажа и наладки тепловых пунктов.
В настоящее время в «Теплотексе» работают более 150 квалифицированных специалистов.
Каждый проект предприятия «Теплотекс» является индивидуальным и учитывает все особенности теплового пункта заказчика: структуру теплового потребления, гидравлику, размеры помещения, качество водопроводной воды. «Теплотекс» ГУП «Мостеплоэнерго» – это структурное подразделение ГУП «Мостеплоэнерго», созданное в 1995 г.
В мае 2000 г. «Теплотекс» получил сертификат ISO 9001 на производство пластинчатых теплообменников.
Бармина Л.С., ведущий инженер «Теплотекс» ГУП «Мостеплоэнерго»
