Статьи

Главная » Статьи » Пластинчатые теплообменники в тепловых пунктах

Рост цен на энергоносители заставляет сегодня искать технологические решения их наиболее рационального и эффективного использования. Рациональное использование энергии – приоритет государственной политики развитых стран мира. В Чувашии эта проблема стоит особенно остро, что обусловлено дефицитом собственных первичных энергоресурсов. Это обстоятельство заставляет обратиться к энергосбережению как одному из основных элементов развития энергетики в республике.

Энергосбережение означает переход к энергоэффективным технологиям во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в теплоснабжении. Степень энергоэффективности систем теплоснабжения определяется с одной стороны источником тепла, а с другой − тепловыми пунктами приготовления воды на отопление и горячее водоснабжение, основным элементом которых является теплообменное оборудование. Передовой технологией в области организации передачи тепла является использование в качестве теплообменных аппаратов пластинчатых теплообменников. В республике внедрение импортных пластинчатых теплообменников началось в середине 90-х годов. При этом теплогидравлические испытания не проводились, а расчет и подбор таких теплообменников производился по компьютерной программе, разработанной для западных условий теплоснабжения, с учетом использования подготовленной (умягченной) воды. Согласование с местными теплоснабжающими организациями, как правило, игнорировались.

Целесообразность внедрения собственного теплообменника диктовалась как снижением стоимости и сроков ввода объектов в эксплуатацию, так и необходимостью применения в системах теплоснабжения теплообменных аппаратов, рассчитанных на местные параметры и качество воды. При выборе типа теплообменного аппарата для применения в системах теплоснабжения, предпочтение было отдано пластинчатым полностью разборным теплообменникам. Сегодня выпускаются несколько типов пластинчатых теплообменников, которые используются в системах отопления и ГВС с нагрузками до 5,0 Гкал.

При выборе между пластинчатыми и кожухотрубными теплообменниками предпочтительными являются пластинчатые, коэффициент теплопередачи которых более чем в три раза больше, чем у традиционных кожухотрубных. Кроме того, КПД пластинчатых теплообменников составляет 90-95 %, а занимаемая площадь в 3-4 раза меньше, чем для кожухотрубных. В тоже время пластинчатые теплообменники, оснащенные средствами автоматики, регулирования и надежной арматурой, позволяют снизить количество теплоносителя, идущего на нагрев воды. А значит, и диаметры трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры, снизить нагрузки на сетевые насосы и, соответственно, уменьшить потребление электроэнергии и др. При выборе между пластинчатыми разборными или неразборными теплообменниками предпочтение было отдано полностью разборным теплообменникам по следующим причинам:

разборные теплообменники поддаются механической чистке;
в случае ошибки в расчетах или изменении присоединительной нагрузки поверхность теплообмена у разборных теплообменников можно легко изменить, добавляя или убирая определенное количество теплообменных пластин.

Необходимость механической чистки диктуется низким качеством подготовки воды на первоисточнике, которое влечет за собой засорение пластин теплообменника отложениями. Особенно остро стоит проблема нарастания отложений в теплообменниках, установленных на линии горячего водоснабжения, так как холодная вода, поступающая из водопроводной сети, в большинстве случаев имеет повышенную жесткость, а нагрев такой воды до 50-60 ⁰С способствует активному отложению минеральных солей на поверхности пластин теплообменника. Химическая промывка, применяемая для очистки теплообменников, – дорогостоящая, требует наличия квалифицированного персонала и всегда оставляет полноту очистки под вопросом, поэтому должна существовать возможность их ручной разборки для последующей очистки. Главные критерии для пластин: материал, толщина, рельеф поверхности и сечение.

Материал теплообменных пластин влияет на срок службы теплообменника в целом. При изготовлении теплообменных пластин используются нержавеющая сталь AISI 316 или AISI 304. Применение менее качественных сталей, в целях снижения стоимости теплообменников, может привести к уменьшению срока их службы. Известен случай поставки теплообменника с материалом пластин из оцинкованного кровельного железа.

Толщина теплообменной пластины влияет на коэффициент теплопередачи. Чем тоньше пластина, тем проще передать через нее тепло, выше коэффициент теплопередачи, и для установки потребуется теплообменник с меньшим числом пластин (поверхностью теплообмена). С другой стороны, чем тоньше пластина, тем меньшее давление она может выдержать, а в системах теплоснабжения приходится работать на давлении до 16 кг/см². Ряд зарубежных фирм изготавливают пластины толщиной 0,4–0,5 мм. Наши пластины имеют толщину 0,7 мм. Рельеф пластины должен обеспечивать равномерное распределение потока воды по всей поверхности пластины, высокую турбулентность потока (даже при малых скоростях) и, в то же время, необходимую жесткость пластины. Как правило, рисунком у наших пластин является «ёлочка», которая обеспечивает равномерное распределение потока воды по всей поверхности пластины.

Поперечное сечение теплообменной пластины (произведение ширины пластины, участвующей в теплообмене, на глубину канавки пластины) влияет на качество работы теплообменника и, прежде всего, на быстрое или медленное загрязнение поверхности пластин. Пластины импортных теплообменников имеют небольшую глубину канавки, благодаря чему теплообменники подбираются с высоким коэффициентом теплопередачи, с минимальным количеством пластин, однако, в этом случае увеличивается степень риска засорения пластин. Как правило, импортные теплообменники с небольшой глубиной канавок пластин (порядка 2,2-2,3 мм) должны быть предназначены только для чистых потоков жидкостей, не дающих загрязнений.

Опыт эксплуатации импортных теплообменников в России показывает, что «с течением времени происходит снижение тепловой эффективности аппарата и соответственно коэффициента теплопередачи в размере: после первого года эксплуатации – 5 %, после второго – 15 %, после третьего – более 25 %. Это объясняется загрязнением поверхности теплообмена, которое препятствует передаче теплоты от воды первичного контура воде вторичного контура. Уменьшение коэффициента теплопередачи ведет к недогреву воды вторичного контура на 7-10 ⁰С и, соответственно, к завышению на эту же величину температуры обратки.» (Новости теплоснабжения, № 5, 2003 г.)

В отличие от импортных, канавки пластин наших теплообменников имеют несколько большую глубину штамповки. Увеличение глубины канавки пластин привело к снижению коэффициента теплопередачи, однако за счет двухходовых компоновок пластин при сборке теплообменников этот недостаток компенсируется. В то же время увеличение глубины канавки пластины позволило значительно удлинить сроки эксплуатации теплообменника без разборки на очистку.

Производство уплотнительных прокладок осуществляется в два этапа. На первом сырая резиновая смесь посредством специальной выравнивающей линии (шприцмашины) растягивается в шнур заданной толщины. Далее шнур-заготовка укладывается в пресс-форму и подвергается термической обработке под давлением. Таким образом, в один ход станка получается цельнотянутый контур с определенным сечением и с готовыми клипсовыми ответвлениями. Расчет и подбор теплообменников производится с использованием компьютерной программы, разработанной на основании результатов теплогидравлических испытаний теплообменников. Для расчета теплообменника требуются следующие исходные данные: тепловая нагрузка, температуры (вход-выход) первичного контура, температуры (вход-выход) вторичного контура, допускаемые потери давления в теплообменнике. При расчетах необходимо учитывать, что теплообменники одной мощности не всегда состоят из одинакового числа пластин. Поверхность теплообмена (а значит, количество пластин) зависит от допустимых потерь давления, которые задаются отдельно для каждого теплообменника. Особенно ответственно надо подходить к расчетам теплообменников для горячего водоснабжения, подключенных к тепловой сети по двухступенчатым схемам. Некорректная разбивка тепловой нагрузки и температурных параметров с учетом конструктивных особенностей применяемых теплообменников может привести к завышению (уменьшению) поверхности теплообмена, а значит, к несоблюдению требуемых параметров.

Статьи

Похожие статьи