Теплообменные аппараты

В современных котельных наибольшее распространение нашли пластинча­тые теплообменники, выпускаемые как российскими, так и западными про­изводителями.

В последнее время в связи с применением новых конструктивных решений в котельных стали также использовать, казалось бы, забытые, кожухотрубные теплообменники.

Пластинчатые теплообменники на российский рынок поставляет большое количество зарубежных фирм. Российские производители в основном осу­ществляют только изготовление вспомогательных деталей, а пластины, уплотнительную резину приобретают у иностранных фирм. Причина заключается в том, что в России не производится необходимая для штамповки пластин «мягкая» коррозионно-стойкая сталь, устойчивая к хлору.

Зарубежные поставщики пластинчатых теплообменников привыкли к тому, что, в европейских странах водопроводная вода для ГВС обязательно умягчается. В России холодная вода, поступающая из городской водопроводной сети, в большинстве регионов имеет повышенную жесткость. Температу­ра воды, используемая на ГВС (50-60 ºС), способствует активному отложении минеральных солей на поверхности пластин теплообменника и выделению О₂. Во многих случаях реконструируемая или новая котельная работает на старые внешние и внутридомовые трубопроводы, в которых постоянно протекают коррозийные процессы внутренних поверхностей и выпадение различных солей, оседающих на внутренних поверхностях оборудования, трубопроводов, в том числе и на пластинчатых подогревателях, что увеличивает термическое сопротивление теплопередачи [17].

На интенсивность загрязнения поверхностей теплообмена влияет также величина циркуляции воды внутри подогревателя. При снижении циркуляции по первичному или вторичному контуру внутри подогревателя ниже 65 % от номинальной циркуляции эффект самоочистки пластин исчезает.

Некоторые производители подогревателей в целях удешевления используют пластины из менее качественной стали - AISI 304, а уплотнительные прокладки - NBR. В этом случае срок службы теплообменников значительно снижается, уплотнительные прокладки придется менять гораздо чаще. Поэтому пластины в теплообменниках должны быть выполнены из коррозионно-стойкой, устой­чивой к хлору стали AISI 316, а уплотнительные прокладки - из термостойкой резины EPDM. В этом случае срок службы теплообменников составит не ме­нее 30 лет, а прокладки придется менять не чаще, чем раз в 7-9 лет [17].

Необходимо также отметить, что пластины одного типоразмера у одного или разных изготовителей могут иметь угол наклона гофр к горизонтальной оси 30º (так называемые «жесткие» пластины) и 60º («мягкие» пластины). Для жестких пластин характерна большая тепловая производительность и большие поте­ри напора, для мягких пластин - меньшие потери напора и меньшая тепловая производительность. Потери напора потребуют увеличенного расхода элект­роэнергии, а меньшая тепловая производительность - относительно большие габариты и металлоемкость.

При выборе пластинчатых теплообменников следует обращать внимание на ма­териал и тип резиновых прокладок. Предпочтение следует отдавать прокладкам, имеющим неклеевой способ крепления к пластине, так как такой вариант обес­печивает максимальную простоту ремонта и обслуживания теплообменника. Следует обращать внимание также на способ испытания теплообменных ап­паратов избыточным давлением. Некоторые производители испытывают ап­параты подачей избыточного давления на обе стороны одновременно. Такого рода испытания нельзя считать достаточными. Отсутствие информации о спо­собе опрессовки может привести к аварийным ситуациям в процессе эксплуа­тации (разрушение аппарата) [17].

При разборке и сборке пластинчатых теплообменников страдают многочисленные резиновые уплотнительные прокладки, имеющие сложную форму, их требуется заменять. Однако стоимость комплекта таких прокладок составляет порядка 30 % полной стоимости нового пластинчатого теплообменника.

В настоящее время на российском рынке появились новые кожухотрубные ма­логабаритные подогреватели с улучшенными теплообменными свойствами, например, типа ТТАИ (тонкостенный теплообменный аппарат интенсифициро­ванный), выпускаемые фирмой «Теплообмен», г. Севастополь. Эти аппараты, согласно данным фирмы-изготовителя, на сопоставимые параметры имеют массогабаритные характеристики почти в 10 раз лучшие, чем современные разборные пластинчатые аппараты; имеется возможность их индивидуально­го, почти бесступенчатого подбора. Аппараты в процессе эксплуатации по пря­мому назначению обладают эффектом самоочистки, легко и полностью разби­раются с обеспечением извлечения пучка из корпуса, термически разгружены в месте сопряжения корпуса с трубными решетками. Теплообменники типа ТТАИ могут размещаться вдоль стен, как полотенцесушители в ванной, рас­полагаться под потолком и укладываться в каналах или располагаться просто как элемент трубопровода в пучке труб, не требуя для своего крепления иных опор, кроме предусмотренных штатных путевых креплений трубопроводов. Еще одним из преимуществ теплообменников ТТАИ является присущая им исключительно малая тепловая инерция, почти всегда находящаяся в пределах одной минуты [17].

Судя по конструкции, они очень чувствительны к гидроударам, которые могут возникнуть в эксплуатационных режимах. Технические характеристики теплообменников ТТАИ приведены в табл. 3.31.

ОАО НПО ЦКТИ (г. Санкт-Петербург) ведет научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по различным видам теплообменного оборудования и совместно с ЗАО «Завод энергооборудования» и ООО «Бойлер» (Москва) осуществляет выпуск водо-водяных и пароводяных подогревателей.

Водо-водяные малогабаритные разборные подогреватели сетевой воды типа ПВМР предназначены для котельных, центральных и местных тепловых узлов. В табл. 3.32 приведены основные характеристики подогревателей типа ПВМР [18].

Расшифровка обозначения подогревателя ПВМР 114 2-1,0: ПВМР – подогреватель водо-водяной малогабаритный разборный; 114- наружный диаметр корпуса, мм; 2- длина трубной системы, м; 1,0 – рабочее давление, на которое рассчитаны полости аппарата, МПа.

Таблица3.31

Технические характеристики кожухотрубных теплообменников ТТАИ

Основными преимуществами разработанных ОАО НПО ЦКТИ подогревателей являются:

· унифицированная для всех типоразмеров длина трубной системы;

· возможность разборки и выемки трубной системы из корпуса для осмотра, очистки и ремонта;

· осуществление ремонта с помощью стандартных материалов и инструментов непосредственно на месте эксплуатации;

· проведение очистки внутренней поверхности труб, их заглушки или замены без выемки трубной системы из корпуса;

· повышенная на 25-30 % тепловая эффективность.

В ОАО НПО ЦКТИ разработана и поставлена на производство модернизированная серия горизонтальных пароводяных подогревате-

лей повышенной эффективности и надежности типа ПП-М. Все аппараты ПП-М имеют два хода сетевой воды в трубной системе, при этом обеспечивается соблюдение температурных графиков подогрева сетевой воды 70/105, 70/130, 70/150 ºС.

Основные характеристики подогревателей приведены в табл. 3.33.

Таблица3.32

Технические характеристики водо-водяных подогревателей типа ПВМР

Водо-водяные горизонтальные подогреватели типа ПВ из кожухотрубных секций для систем теплоснабжения по ГОСТ 27590-88 могут устанавливаться непосредственно в отопительных котельных, в местных и центральных тепловых пунктах. Эти подогреватели состоят из кожухотрубных секций, соединенных в блоки заданной теплопроизводительности с помощью соединитель-

ных калачей. Технические и конструктивные характеристики секций приведены в табл. 3.34 и 3.35.

Из западных поставщиков пластинчатых теплообменников следует выделить фирмы ALFA-LAVAL и APV-Теплотекс, это единственные западные производи­тели, открывшие в России полноразмерное производство, на котором разбор­ные пластинчатые

Таблица 3.33

Технические характеристики пароводяных теплообменников

Типоразмер подогревателя	Расход сетевой воды, т/ч	, ºС	Расход пара, т/ч	Площадь поверхнос­ти теплооб­мена, м2	Тепловой поток, кВт	Типоразмер охладителя конденсата
ППМР-114х2-1,6 ППМР-114х2-1,0	2,7	70/130 70/115	0,35 0,29	0,6	196,7 156,3	ПВМР-114x2-1,6 ПВМР-114х2-1,0
ППМР-159х2-1,6 ППМР-159х2-1,0	10,0	70/130 70/115	1,35 1,0	2,2	737,8 574,5	ПВМР-159х2-1,6 ПВМР-159х2-1,0
ППМР-168х2-1,6 ППМР-168х2-1,0	13,1	70/130 70/115	1,7 1,2	2,7	924,6 688,9	ПВМР-168х2-1,6 ПВМР-168х2-1,0
ППМР-219х2-1,6 ППМР-219х2-1,0	22,4	70/130 70/115	3,0 2,2	4,8	1607,7 1251,8	ПВМР-219х2-1,6 ПВМР-219х2-1,0
ППМР-273х2-1,6 ППМР-273х2-1,0	32,8	70/130 70/115	4,2 3,3	7,2	2305,4 1877,6	ПВМР-273х2-1,6 ПВМР-273х2-1,0
ППМР-325х2-1,6 ППМР-325х2-1,0	57,1	70/130 70/115	7,0 5,6	12,4	4152,8 3233,4	ПВМР-325х2-1,6 ПВМР-325х2-1,0
ППМР-377х2-1,6 ППМР-377х2-1,0	90,3	70/130 70/115	9,8 8,0	17,6	5894,2 4589,3	ПВМР-377х2-1,6 ПВМР-377х2-1,0
ППМР-426х2-1,6 ППМР-426х2-1,0	108,0	70/130 70/115	13,3 10,5	23,2	7771,3 6050,9	ПВМР-377х2-1,6 ПВМР-377х2-1,0
ППМР-480х2-1,6 ППМР-480х2-1,0	140,3	70/130 70/115	18,7 13,8	30,4	10179,9 7926,2	ПВМР-426х2-1,6 ПВМР-426х2-1,0
ППМР-530х2-1,6 ППМР-530х2-1,0	184,2	70/130 70/115	22,4 17,2	38,0	12726,6 9907,2	ПВМР-530х2-1,6 ПВМР 530x2-1,0
ППМР-630х2-1,6 ППМР-630х2-1,0	255,0	70/130 70/115	32,7 25,4	56,1	17767,6 14613,3	ПВМР-630х2-1,6 ПВМР-630х2-1,0
ППМР-720х2-1,6 ППМР-720х2-1,0	345,5	70/130 70/115	44,4 34,2	75,4	24253,2 19662,5	ПВМР-630х2-1,6 ПВМР-630х2-1,0
ППМР-820х2-1,6 ППМР-820х2-1,0	430,0	70/130 70/115	58,9 44,9	99,1	33168,2 25825,8	ПВМР-720х2-1,6 ПВМР-720х2-1,0

Таблица 3.34

Технические характеристики секций водо-водяных теплообменников типа ПВ

Таблица 3.35

Основные конструктивные характеристики секций водо-водяных теплообменников типа ПВ

Наружный диаметр корпуса секции, мм	Количество труб в секции, шт	Площадь сечения межтрубного пространства, м2	Площадь сечения труб, м2	Площадь поверхности нагрева одной секции, м2, длиной
2 м	4 м
Трубная система из труб 16 x 1 мм
		0,00116	0,00062	0,38	0,75
		0,00233	0,00108	0,66	1,32
		0,00327	0,00154	0,94	1,88
114(108)		0,005(0,004)	0,00293	1,79	3,58
168(159)		0,0122(0,01)	0,00570	3,49	6,98
		0,02139	0,00930	5,76	11,51
		0,03077	0,01679	10,28	20,56
		0,04464	0,02325	14,24	28,49
Трубная система из труб 19 x 1 мм
		0,00136	0,00045	0,234	0,472
		0,00254	0,0091	0,468	0,944
		0,0041	0,0091	0,468	0,944
		0,0058	0,00227	1,17	2,36
		0,0101	0,00681	3,51	7,08
		0,0171	0,0118	6,08	12,27
		0,0242	0,0209	10,76	21,71
		0,348	0,0304	15,68	31,62
Трубная система из труб 22 x 1 мм
		0,00298	0,0006	0,27	0,55
		0,00376	0,00126	0,54	1,09
		0,00498	0,00314	1,35	2,73
		0,0107	0,00691	2,97	6,01
		0,017	0,0132	5,67	11,47
		0,020	0,0214	9,18	18,56
		0,0355	0,0327	14,04	28,39

теплообменники изготавливаются практически полностью, включая штамповку пластин и изготовление прокладок. Произведенные заводом «Альфа Лаваль-Поток» (г. Королев) теплообменники полностью соответствуют стандартам фирмы и наравне с использованием на рынке России поставляются в зарубежные страны.

В Северо-Западном регионе, в Санкт-Петербурге на базе ЗАО «СИНТО», ор­ганизовано сборочное производство разборных пластин­чатых теплообменников Альфа Лаваль из оригинальных компонентов.

Внешний вид пластинчатого теплообменника представлен на рис. 3.49.

Рис.3.49. Внешний вид пластинчатого теплообменника:

1 - неподвижная плита с присоединительными патрубками;

2 - задняя прижимная плита;

3 - теплообменные пластины с уплотнительны-

ми прокладками;

4 - верхняя направляющая;

5 - нижняя направляющая;

6 - задняя стойка;

7 - комплект резьбовых шпилек

Расшифровка типового обозначе-

ния марки теплообменника:

В автономных котельных рекомендуется производить нагрев воды для систем отопления и вентиляции во вторичном контуре в водоподогревателях, производительность которых должна определяться по максимальным расходам теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирование. Коли­чество подогревателей должно быть не менее двух. При этом при выходе из строя одного из них оставшиеся должны обеспечить отпуск теплоты в режиме самого холодного месяца.

Для систем отопления, вентиляции и кондиционирования, не допус­кающих перерывов в подаче теплоты, следует предусматривать установку резервного подогревателя.

Производительность подогревателей для системы горячего водо­снабжения определяется по максимальному расходу теплоты на горячее водоснабжение. Количество подогревателей должно быть не менее двух. При этом каждый из них рассчитывается на отпуск теплоты на горячее во­доснабжение в режиме ее среднего расхода.

Производительность подогревателей для технологических установок должна определяться по максимальному расходу теплоты на технологиче­ские нужды с учетом коэффициента одновременности потребления теплоты различными технологическими потребителями. Количество подогревателей должно быть не менее двух. При этом при выходе из строя одного из них оставшиеся должны обеспечить отпуск теплоты технологическим потреби­телям, не допускающим перерывов в подаче теплоты [19].

В табл. 3.36 представлены технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы «Альфа Лаваль-Поток», производимых в Московской области.

Практический расчет поверхности пластинчатого теплообменника и выбор его типа приведен в примере.

Пример. Исходные данные: В водо-водяном пластинчатом теплообменнике нагревается горячая вода для независимого присоединения системы отопления. В расчетном режиме холодного периода года тепловая нагрузка системы отопления составляет Q_от =900 кВт.

Требуется: Определить необходимую поверхность и тип пластинчатого теплообменника для системы отопления.

Решение: 1. Вычислим требуемый расчетный расход нагреваемой воды для системы отопления при температурном перепаде ºС:

кг/ч.

2. Вычислим расход греющей воды из системы теплоснабжения для нагрева в пластинчатом теплообменнике воды для системы отопления при температурном перепаде сетевой воды ºС:

кг/ч.

3. Вычислим отношение:

.

4. Принимаем показатель теплотехнической эффективности пластинчатого теплообменника Q_t=0,8. По графику (рис.3.50) при Q_t=0,8 и W=0,7 находим, что требуется достижение показателя числа единиц переноса N_t=2,4.

5. Определим требуемую поверхность нагрева при коэффициенте теплопередачи К=6000 Вт/(м²∙ºС)

м².

6. По табл. 3.36 находим, что при максимальном расходе воды (в системе отопления) 19,3 м³/ч ближе всего подходит пластинчатый теплообменник СВ-76. Поверхность нагрева одной пластины 0,1 м². Определим требуемое число пластин:

шт.

Из табл. 3.36 находим, что в теплообменнике СВ-76 допускается увеличение числа пластин до 150. Поэтому вполне возможно заказать теплообменник СВ-76 из 60 пластин.

Рис. 3.50. Графическая зависимость показателя теплотехнической эффективности от критериев N_t и W

Таблица 3.36

Технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы «Альфа Лаваль-Поток»