Предыдущая
Реконструкция теплообменного оборудования в здании
Следующая


В бойлерной здания для передачи тепловой энергии теплоносителю второго контура установлены 4 кожухотрубных водо-водяных теплообменника типа ВВ 325-4000-41 по ОСТ 34-588-68, площадью поверхности теплообмена – 195,3 м³, тепловой мощностью – 4 426,8 кВт каждый. Ввиду большого срока эксплуатации данный теплообменник работает не эффективно из-за наличия отложений в межтрубном пространстве и низкой ремонтопригодности, что приводит к занижению температуры теплоносителя второго контура в подающем трубопроводе. Второй контур площадки работает по температурному графику 130/70°С. Номинальный расход теплоносителя составляет 360 м³/ч.

Предлагается заменить старые неэффективные теплообменники на современные пластинчатые.

Пластинчатый теплообменник - это теплообменник поверхностного типа, предназначенный для осуществления теплообмена между различными средами: жидкость - жидкость, пар - жидкость. Теплопередающая поверхность пластинчатого теплообменника образована из тонких штампованных гофрированных пластин.

Рабочие среды в теплообменнике движутся в щелевых каналах сложной формы между соседними пластинами. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой.

Высокая эффективность теплопередачи достигается за счет применения тонких гофрированных пластин, которые являются естественными турбулизаторами потока и, вследствие своей малой толщины, обладают малым термическим сопротивлением.

Герметичность каналов и распределение теплоносителей по каналам обеспечивается с помощью резиновых уплотнений, расположенных по периметру пластины. Уплотнение крепится к пластине с помощью клипс.

Уплотнение, расположенное по периметру пластины, охватывает два угловых отверстия, через которые входит поток рабочей среды в межпластинный канал и выходит из него, а через два других отверстия, изолированных дополнительно кольцевыми уплотнениями, встречный поток проходит транзитом. Вокруг этих отверстий имеется двойное уплотнение, которое гарантирует герметичность каналов. Схема распределения потока теплоносителя по каналу представлена на рис. 1.


Рисунок 1. Схема распределения потока теплоносителя по каналу в пластинчатом теплообменнике.


Уплотнительные прокладки крепятся к пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных каналов - одна для греющей среды, другая для нагреваемой. Каждая последующая пластина повернута на 180о в плоскости ее поверхности относительно предыдущей, что создает равномерную сетку пересечения взаимных точек опор вершин гофр и обеспечивает жесткость пакета пластин.

Обе системы межпластинных каналов соединены со своими коллекторами и далее с соединениями для входа и выхода рабочих сред на неподвижной плите теплообменника.

Пакет пластин размещается на раме теплообменника. Конструкция пластинчатого теплообменника представлена на рис. 2.


Рисунок 2. Конструкция пластинчатого теплообменника.


Рама теплообменника состоит из неподвижной плиты (1), штатива (4), верхней (2) и нижней (7) направляющих, подвижной плиты (3) и комплекта стяжных болтов (8).

Верхняя и нижняя направляющие крепятся к неподвижной плите и к штативу. На направляющие навешивается пакет пластин (5, 6) и подвижная плита (3). Неподвижная и подвижная плиты стягиваются болтами.

Преимущества разборных пластинчатых теплообменников по сравнению с кожухотрубными следующие:

  • коэффициент теплопередачи пластинчатых теплообменников в 3÷4 раза выше, чем у кожухотрубных. Соответственно, поверхность пластинчатых теплообменников в 3÷4 раза меньше, чем у кожухотрубных. Таким образом, пластинчатые теплообменники значительно более компактны. Габариты эквивалентных по мощности пластинчатого и кожухотрубного теплообменников могут отличаться от 2 до 5 раз;

  • при всех одинаковых параметрах работы оборудования, вес пластинчатого теплообменника от 2 до 6 раз меньше веса кожухотрубного теплообменника. В заполненном состоянии эта разница в весах будет еще больше, так как объем теплоносителей, находящихся в каналах пластинчатого теплообменника от 3 до 8 раз меньше, чем объем теплоносителей в кожухотрубном теплообменнике;

  • пластинчатый теплообменник в сравнении с традиционным кожухотрубным значительно более надежен по отношению к циклам изменения температур и давлений, устойчив при работе в условиях повышенной вибрации. Это обусловлено отсутствием сварных швов в конструкции пластинчатого теплообменника и резиновыми уплотнениями каналов, играющими роль демпферов при термических расширениях, сжатиях пластин и при циклах изменения давления;

  • в отличие от кожухотрубного теплообменника, где визуальный контроль теплопередающей поверхности затруднен, а зачастую и невозможен, конструкция пластинчатого теплообменника позволяет осуществлять 100% визуальный контроль теплообменной поверхности;

  • конструкция пластинчатого теплообменника при своевременном и квалифицированном обслуживании позволяет свести к минимуму возможность возникновения внутренней, межконтурной течи. Внешние течи для пластинчатых теплообменников определяются визуально, с точным указанием дефектного канала подлежащего замене. Пластинчатые теплообменники целесообразно применять на производстве, где непрерывность цикла является приоритетной задачей, а простои оборудования недопустимы и влекут за собой большие финансовые потери. Пластинчатые теплообменники позволяют минимизировать время простоев. Дефектная и смежная с ней пластины сразу после визуального определения могут быть изъяты из общего пакета пластин теплообменника. После этого работа теплообменника может быть продолжена, до получения эксплуатирующей организацией запасных частей от предприятия поставщика. Потери в теплосъеме при отсутствии двух каналов будут столь незначительными, что ими можно пренебречь;

  • отсутствие у пластинчатого теплообменника, по сравнению с кожухотрубным, развитых внешних теплопередающих поверхностей, а так же воздушные зазоры между плитами теплообменника и пакетом пластин, обеспечивают исключительно малые потери тепла в окружающую среду. По некоторым оценкам тепловые потери во внешнюю среду на пластинчатом теплообменнике примерно в 10 раз меньше тепловых потерь для кожухотрубного теплообменника;

  • пластинчатый теплообменник, имея сечение канала для прохода теплоносителей меньшее, чем у кожухотрубного теплообменника, тем не менее, засоряется значительно медленней. Это обусловлено значительно более высокими скоростями движения теплоносителя в каналах пластинчатого теплообменника. Касательные напряжения, создаваемые потоком на поверхностях пластин, обеспечивают пластинчатому теплообменнику свойство самоочистки. Загрязнения, попадающие на поверхности нагрева теплообменника, вымываются потоком. Не последнюю роль в защите пластинчатого теплообменника от загрязнений играет отсутствие застойных зон в его каналах. Равномерное распределение потока по поверхности пластины физически не оставляет мест для образования отложений. Опасность для пластинчатого теплообменника представляют лишь частицы, превышающие сечение канала для прохода теплоносителей. Считается достаточной защита теплообменника механическими фильтрами, размер фильтрационной ячейки которых, примерно в два раза меньше сечения канала пластинчатого теплообменника. При среднем сечении канала пластинчатого теплообменника от 4 до 6 мм, величина ячейки фильтра должна быть от 2 до 3 мм;

  • для кожухотрубных теплообменников механическая очистка поверхности сильно затруднена, а зачастую и вовсе невозможна. Химическая же очистка теплообменника не позволяет 100% восстанавливать поверхность теплообменника. Поэтому, несмотря на периодические очистки оборудования, со временем поверхность кожухотрубного теплообменника становится недостаточной для обеспечения заданного теплосъема. Для пластинчатых разборных теплообменников возможна 100% механическая очистка теплообменной поверхности.

Как уже было отмечено выше эффективность пластинчатого теплообменника значительно выше, чем кожухотрубного. При одинаковых параметрах греющего теплоносителя и нагреваемого теплоносителя на входе в подогреватель, температура нагреваемого теплоносителя на выходе из кожухотрубного теплообменника будет на 5°С ниже в сравнении с пластинчатым теплообменником.

Предлагается заменить существующий теплообменник на более мощный, что при прочих равных условиях позволит снизить расход теплоносителя во втором контуре и как следствие приведет к снижению потребления электроэнергии. Относительное изменение расхода теплоносителя во втором контуре рассчитано через формулу определения количества тепла, переданного нагреваемому теплоносителю:

Q=G∙Cp∙(tin – text),

где:

tin – температура нагреваемого теплоносителя на входе в теплообменник, °С;

text - температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника, °С;

Cp – удельная изобарная теплоемкость, ккал/кг°С;

G – массовый расход теплоносителя, кг/ч.


Исходные данные для определения изменения расхода теплоносителя:

  • Q1= Q2;

  • tin1 – text1 = 45°С;

  • tin2 – text2 = 50°С.

В результате получим:

G1=G2∙1,11


Как следствие, при замене теплообменника потребление электроэнергии двигателем насоса снизится на 11%. Потребление двигателя насоса второго контура бойлерной здания в отопительный период 2017 года составило – 728 640 кВт∙ч. Экономия электроэнергии в натуральном выражении составит – 72 864 кВт∙ч/год.