Теплообменники
Теплообменные аппараты или теплообменники, о которых мы здесь говорим, предназначены для передачи тепла от пара к жидким или газообразным средам без наличия контакта сред, обменивающихся теплотой. Существуют еще контактные паровые теплообменники, но про них мы поговорим в другом разделе.
Для правильного понимания терминологии следует отметить, что в любом теплообменнике есть два контура: первичный контур (или греющая сторона) и вторичный контур (нагреваемая сторона). В первичный контур подается греющий теплоноситель, от которого необходимо отобрать теплоту, в нашем случае пар, во вторичный контур подается нагреваемая среда, которую соответственно следует нагреть.
Основная задача, решаемая в любом теплообменнике пар/жидкость или пар/газ – это нагрев среды во вторичном контуре посредством теплопередачи тепла от первичного контура. При передачи тепла от пара происходит его конденсация (или фазовый переход), а высвобождаемое тепло называется скрытой теплотой парообразования. Это тепло передается через поверхность теплообмена в теплообменнике.
С целью более полной утилизации энергии пара и в зависимости от технических условий наряду с конденсацией пара, возможно применение охлаждения конденсата перед тем, как он выйдет из теплообменника. Следовательно, необходимо разделять два типа теплопередачи, возможных в теплообменнике, как одновременно, так и по отдельности при котором по нагреваемой среде происходят следующие процессы:
- конденсация пара;
- охлаждение конденсата (частично залит или подтоплен конденсатом).
Конденсация пара может происходить по всей поверхности теплообмена, то есть во всем пространстве теплообменника, и в этом случае охлаждение конденсата будет происходить вне теплообменника. А если конденсация пара происходит на одной части поверхности, то на другой части будет происходить охлаждение конденсата.
Так как скрытая теплота парообразования в несколько раз выше теплосодержания воды, то большая часть теплоты передается от пара, а меньшая от конденсата.
Если теплообменник не подтоплен конденсатом, то это означает, что конденсат выходит из теплообменника, имея температуру насыщения пара, соответствующую давлению пара. Если давления в конденсатопроводе ниже давления насыщения соответствующего температуре конденсата, то тогда определенная часть конденсата вскипает в конденсатопроводе. Если конденсат охладился еще в теплообменнике до температуры ниже 100 oС, то вскипать он уже не будет вне зависимости от давления в конденсатопроводе (если только в конденсатопроводе не будет вакуума). Более подробно эти процессы будут описаны в разделе "Решения -> Обвязка теплообменников".
Пар является хотя и эффективным теплоносителем, но довольно опасным, поэтому вопрос надежности паровых теплообменников очень важен и актуален. Паровые теплообменники работают при высоких температурах и давлениях греющего контура, часто в условиях высокой разницы температур между паром и нагреваемой средой. Условиях эксплуатации, в которых работают паровые теплообменники принято называть тяжелыми, то есть это промышленные условия с характерным риском быть поврежденными внешними механическими и/или химическими воздействиями, неграмотным обслуживанием и пр. Именно поэтому специалисты часто рассуждают о надежности тех или иных типов теплообменников и перед выбором того или иного типа теплообменника мы рекомендуем внимательно изучит плюсы и минусы всех предложений, чтобы определиться с выбором оборудования, помня при этом, что понятие эффективности работы любой техники определяется совокупностью его свойств, таких как энергоэффективность, цена, надежность, стоимость эксплуатации и обслуживания.
1. Типы теплообменников.
1.1. Кожухотрубные горизонтальные с прямыми трубками.
Широко распространенные с советские времена теплообменники в настоящее время уже не так часто внедряются в новых проектах систем теплоснабжения. Основным недостатком являются большие габаритные размеры. Однако для высоких мощностей (свыше 3-5 Мвт), а также для работы со многими технологическими средами, часто другой альтернативы таким теплообменникам нет. Эти теплообменники достаточно распространены в промышленности и большой энергетике. Некоторые производители в рекламе таких теплообменников пишут – "теплообменники для тяжелых условий эксплуатации".
Пар в таких теплообменниках подается в межтрубное пространство, нагреваемая среда – в трубки. Теплообменники разборные, в них существует возможность выемки всего трубного пучка для ремонта и обслуживания.
1.2. Кожухотрубные вертикальные с прямыми трубками.
Также как и предыдущие, вертикальные теплообменники с прямыми трубками, широко распространены в технологических процессах и большой энергетике. Достоинство таких теплообменников, небольшая занимаемая площадь и возможность доохлаждения конденсата.
1.3. Кожухотрубные вертикальные со спирально-навивными трубками.
Чаще всего этот тип теплообменников применяется в области небольших мощностей (до нескольких МВт), поэтому широко распространены в теплоснабжении. Это связано с тем, что технологически трудно (дорого) изготовить сложный трубный пучок со спирально-навивными трубками большого количества, что требуется для огромных мощностей. Стоимость кожухотрубных теплообменников со спирально-навивными трубками больших мощностей обычно не позволяет им конкурировать по цене с другими типами при одинаковых потребительских качествах.
Однако для небольших мощностей (до 3…4 МВт) – это один из наиболее удачных типов теплообменников для пара, сочетающий компактные размеры, невысокую стоимость, высокие эксплуатационные характеристики. По совокупности потребительских качеств это несомненный лидер среди теплообменников пар/жидкость во всем мире в области систем теплоснабжения и технологических систем небольших мощностей. К сожалению, наша страна не является крупным потребителем вертикальных кожухотрубных теплообменников, но это никак не связано с их потребительскими свойствами, а основано исключительно на коммерческих причинах.
Пар в таких теплообменниках может подаваться как в межтрубное пространство, так и в трубки. Многие производители рекомендуют осуществлять подачу пара только в трубки. Это обусловлено соображением безопасности, так как в случае повреждения корпуса, не будет резкого открытого свища пара в атмосферу. Если пар подается в трубки и произойдет их прорыв, то пар будет вызывать повышение температуры и давления в нагреваемом контуре и автоматическая защита позволит прекратить подачу пара. Если произойдет прорыв трубок и давление пара при этом окажется меньше давления воды, то по гидроударам можно будет определить неисправность. В любом случае серьезной опасности окружающему оборудованию и персоналу в этом случае нет.
Существуют модели теплообменников со спирально-навивными трубками в виде наборных конструкций, позволяющих увеличивать мощность установки, подобно как это делается в обычных отопительных чугунных радиаторах. Это теплообменники также для небольших мощностей – до 300…500 кВт.
1.4. Пластинчатые теплообменники.
Паровые пластинчатые теплообменники получили широкое распространение в РФ последние 10-15 лет прежде всего благодаря активным маркетинговым усилиям нескольких зарубежных компаний-производителей теплообменников. Однако, по сравнению с прочими типами теплообменников, они имеют ряд ограничений, многие из которых или умышленно умалчиваются, или просто неизвестны множеству продавцов теплообменников. В настоящей статье мы постарались несколько раскрыть тему применения пластинчатых (паровых) теплообменников в нашей стране.
Следует помнить, что:
- изначально пластинчатые теплообменники были спроектированы для передачи тепла от жидких сред к жидким и уже затем, значительно позже в качестве греющей стороны стал применяться пар;
- не все производители продолжили выпускать ПТО на пар;
- утверждения о более эффективной работе ПТО на паре исходят от тех производителей (продавцов), которые не имеют в производственной программе (программе продаж) кожухотрубных теплообменников;
- не все производители ПТО разрешают использовать регулирование по конденсатной стороне;
- до сих пор появляются новые модели пластинчатых теплообменников, которые меняют ранее производимые. Безусловно, заслуживает уважения стремление изготовителей улучшить свою продукцию, но этот факт является доказательством наличия слабых мест пластинчатых теплообменников по сравнению с классическим кожухотрубными изделиями;
- эксплуатация разборных пластинчатых теплообменников в 100% случаев требует квалифицированной технический поддержки и наличия в резерве расходных материалов, то есть прокладок пластин;
- пластинчатые разборные теплообменники имеют ограничение по давлению пара и в подавляющем большинстве случаев эксплуатируются на низких давлениях пара, в противном случае эксплуатационные издержки могут перекрыть эффективность работы теплообменника.
1.5. Кожухопластинчатые теплообменники.
Удачная комбинация пластинчатого и кожухотрубного теплообменника. Пучок со сваренными вместе пластинами помещен в кожух, который несколько напоминает бочонок. Такие теплообменники могут применяться при высоких давлениях, имеют разборные модификации, однако чаще всего применяются в промышленности и технологических процессах, а не в области теплоснабжения.
Ждем Ваши отзывы и вопросы по адресу: info@steamsave.ru
