Теплообменные аппараты. Часть 2

Трубные или пластинчатые теплообменные аппараты, на чем остановить выбор?

В сегодняшней статье поговорим о выборе типа теплообменного аппарата (ТА) для нужд производства и отопления, сравним основные характеристики, попробуем косвенно оценить актуальность технологии вальцовки труб в современных условиях и затронем тему применения вальцовочного инструмента при обслуживании аппаратов.

Известное изречение, приписываемое китайским мудрецам, предостерегает человека от жизни в интересные времена. Роберт Кеннеди, в одной из своих речей продолжая эту мысль, добавил: «Времена опасности и неопределенности открывают большой простор для творческой энергии человека, чем когда-либо прежде в истории».

Сегодня в нашей стране руководители всех уровней, начиная от семейного домохозяйства до крупного предприятия, осознают значимость фактора энергосбережения, одного из показателей экономической рентабельности, особенно в контексте современной повестки дня. Ставка на энергоэффективность, снижение тепловых потерь – составляющие финансового успеха в условиях, характеризуемых термином «интересные времена».

Повсеместно при замене старого промышленного оборудования и при разработке новых технологических схем владелец производства стремится обеспечить наилучшие технико-экономические показатели как максимум всего производственного комплекса, как минимум его самых важных объектов по выработке, переносу, полезному обмену, и утилизации тепловой энергии.

Выбор ТА, одного из ключевых звеньев в любой технологической цепочке, представляется особенно значимым. Ведь ТА применяются повсеместно, начиная от производства тепла в небольшой модульной котельной, встроенной в многоэтажное жилое здание, и заканчивая установками охлаждения газа в ППГ (пунктах подготовки газа) крупных блоков ПГУ (Парогазовая установка - один из видов производителей электроэнергии в крупных энергосистемах).

Основных типов ТА всего два - это пластинчатые (ПТА) и кожухотрубные (КТТА).

Принцип работы КТТА был описан в одной из предыдущих статей. Напомним основные особенности его конструкции:

  • Наличие внешнего кожуха, внутренних трубных решеток и трубного пучка.
  • Использование при изготовлении и обслуживании ТА специального инструмента: вальцовочная машина для труб, раскатник, труборез.

ПТА представляет собой следующую конструкцию.

Вертикальный основной толстостенный стальной лист, неподвижно закрепленный на опоре, оснащен четырьмя отверстиями с фланцами для подвода и отвода сред, а также группой отверстий по периметру для установки стяжных шпилек.

В основной лист, с противоположной от фланцев стороны вмонтирована группа направляющих стержней прямоугольной формы, обычно их три, на которые «нанизываются» штампованные пластины. Размеры пластин - чуть меньшие, чем у основного листа. На штампованные пластины по периметру крепятся резиновые уплотнения.

Набор пластин прижимается к основному неподвижному листу глухой торцевой подвижной крышкой, повторяющей геометрию основного листа.

Установленные в отверстия основного листа и подвижной торцевой крышки шпильки в стянутом положении прижимают пластины друг к другу, создают необходимое усилие в местах контакта пластин и резиновых уплотнений, обеспечивая герметичность внутренних каналов.

Внутренние каналы ТА формируются рельефом штампованных пластин таким образом, что нагревающая и охлаждаемая среды отделены друг от друга всего одной прокладкой, и чередуются равное числу прокладок количество раз.

Исходя из конструктивных особенностей ПТА, имеют ряд неоспоримых преимуществ:

  • Малые габариты установки ввиду высокого коэффициента теплопередачи (среды разделены пластиной толщиной менее 1 мм, конструкция обеспечивает большую площадь поверхности теплообмена).
  • Тепловая мощность может быть увеличена или уменьшена в процессе эксплуатации изменением количества пластин.

Наряду с ними ПТА характеризуются следующими особенностями эксплуатации:

  • Высокие требования к химическому составу теплоносителей. Несмотря на приемлемые технические требования тех. документации, реальность показывает нестойкость пластин и уплотнений к плохо подготовленной воде.
  • Повышенные потери давления, необходимость установки мощного насосного оборудования.
  • Высокая чувствительность к изменениям режимов эксплуатации. Достаточно нескольких циклов околокритических изменений параметров давления или температуры, чтобы нарушить герметичность ПТА.

Ниже приведены аналогичные характеристики КТТА:

  • Низкие требования к теплоносителю.
  • Меньшие в сравнении с ПТА потери давления.
  • Высокий запас прочности в отношении изменения режимов эксплуатации. Сохранение герметичности внешнего корпуса даже в условиях возникновения серьезной аварийной ситуации.
Отдельного рассмотрения требует вопрос технического обслуживания. Рассмотрим два вида – текущее профилактическое обслуживание (ПО) и капитальный ремонт (КР).

Для ПТА:

  • ПО заключается в безразборной промывке внутреннего пространства специальными дорогостоящими составами в строгой технологической последовательности. Качество очистки и последующая плотность ТА полностью зависят от «человеческого фактора» исполнителя, контроль качества заказчик может осуществить только в процессе эксплуатации. Работа обычно выполняется сторонней сервисной организацией, так как закупать и содержать станцию очистки с реагентами нерентабельно.
  • КР. Простота и технологичность полной разборки-сборки – неоспоримое достоинство ПТА. Тем более, техническая документация не подразумевает полной разборки с заменой пластин и прокладок ежегодно (заявляемый изготовителем межремонтный период может достигать нескольких лет). Однако, зачастую при ненадлежащем качестве воды и отклонениях от режимов эксплуатации, а также при некачественно проведенных ранее промывках, ТА теряет плотность и требует полной ежегодной разборки, как говорится «стоит только начать». Заявляемая некоторыми производителями возможность механической очистки пластин в зоне протока теплоносителя, а также в зоне крепления резиновых уплотнений зачастую оборачивается повреждением самих пластин, а получить наружную течь или смешивание сред внутри ТА в разгар отопительного сезона или полной загрузки производства не просто драматично, зачастую фатально. Таким образом, наиболее целесообразна полная замена пластин и прокладок в зоне течи. В процессе эксплуатации с вероятностью краткосрочной потери качества воды либо неоднократного околокритического превышения давления или температуры необходимо обеспечить наличие ремонтного фонда в 10-15% от общего объема набора пластин с прокладками для своевременной замены, а здесь безусловная технологичность ПТА сталкивается с такой же безусловной дороговизной его комплектующих.

Для КТТА:

  • ПО заключается в промывке внутреннего пространства межтрубного пространства и трубных пучков высоконапорными установками, применением устройств для очистки труб типа СТОК. Трудозатраты по разборке-сборке ТА компенсируются простотой и низкой стоимостью методов очистки, а также возможностью полного визуального контроля работы, качества очистки и дефектации состояния металла.
  • Периодичность КР определяется технической документацией изготовителя либо нормативной документацией заказчика. В конструкции КТТА применяются трубные пучки с толщиной стенки в несколько раз превышающие толщину пластин ПТА, что обеспечивает безремонтный период эксплуатации от 3 до 5 лет в зависимости от условий эксплуатации. На ряду с таким преимуществом КР подразумевает полную разборку ТА. При этом возможны следующие виды работ:
    • развальцовка труб при ослаблении соединения трубы с решеткой (применяется вальцовка, раскатник);
    • обработка торца труб (применяется торцеватель для труб);
    • высверливание и замена отдельных труб (применяется стойка сверлильная, экстрактор труб, труборез типа Мангуст).

Конструкция КТТА в сравнении с ПТА подразумевает использование при ремонте дополнительного инструмента: труборез - для подготовки труб, вальцовка - для закрепления труб, торцеватель – для обработки кромок после установки и закрепления труб. Наряду с этим обеспечивает:

  • пролонгированный по сравнению с ПТА межремонтный период в отечественных условиях эксплуатации;
  • более высокую надежность работы в тяжелых условиях по теплоносителю и нерасчетным режимам;
  • возможность проведения срочного аварийного ремонта с условием последующей долговременной работы, что невозможно при эксплуатации ПТА ввиду высоких требований по качеству комплектующих и регламенту работ.
«Когда ветра меняют курс, кто-то строит стены, а кто-то — ветряные мельницы», говорили древние.

Учитывая потенциал по повышению коэффициента теплопередачи за счет оребрения трубок трубного пучка КТТА, становится очевидным факт более широкого спектра применения именно КТТА в сравнении с ПТА в условиях нашего «интересного времени», тем более, что такие важные факторы выбора, как тепловая эффективность, металлоемкость и габариты, не могут рассматриваться отдельно от надежности и долгосрочной стоимости эксплуатации.