Енциклопедія сантехніка Рекомендації щодо підбору ПТО при проектуванні об’єктів теплопостачання
Рекомендації щодо підбору ПТО при проектуванні об'єктів теплопостачання
В даний час усі фірми-постачальники ПТО при їх продажу пропонують замовникам послуги з підбору теплообмінників, залежно від вихідних даних та специфічних вимог замовника.
При цьому обидві сторони зацікавлені у позитивному ефекті внаслідок запровадження ПТО. Самі замовники, як правило, не можуть кваліфіковано підібрати ПТО, оскільки методики їхнього теплового та гідравлічного розрахунку є комерційною таємницею. Як вихідні дані для вибору ПТО запитуються:
Нюанс полягає в тому, що при одних і тих же заданих значеннях теплового потоку і температур теплоносіїв можуть бути підібрані ПТО різного типорозміру з різним розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі, кількістю пластин і т.д. (Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі k0, як правило, безпосередньо залежить від призначених величин допустимого перепаду тиску). Очевидно, наприклад, що теплообмінник з k0=4500 Вт/(м 2 *°С) матиме в 1,7 рази меншу поверхню, ніж теплообмінник з k0 = 7500 Вт/(м 2 *°С). При цьому другий ПТО приблизно в 1,5 раза дешевший.
Багато замовників, не спокушених у проблемах підбору ПТО, та, до того ж, обмежені у фінансових засобах підтверджують вибір ПТО з вищим коефіцієнтом теплопередачі. При цьому вони прирікають себе на комплекс вищеописаних у попередніх розділах проблем, пов'язаних із втратою теплової ефективності ПТО при забрудненні.
Як же бути у такій ситуації? Відповідь це питання неоднозначний.
По-перше, слід рекомендувати експлуатаційникам при видачі технічного завдання на підбір ПТО в обов'язковому порядку враховувати перспективу їх можливого забруднення на основі наявних даних хіміко-аналітичного контролю теплообмінних середовищ з урахуванням сезонних змін
По-друге, не слід встановлювати ПТО із занадто високим значенням k0. На наш погляд, оптимальний діапазон k0 для ПТО становить 4500-6000 Вт/(м 2 *°С).
Тут необхідно зауважити, що проблема усунулася б сама собою, якби фірми-виробники ПТО у своїх розрахункових програмах враховували можливість підбору ПТО за наявності заданого ступеня забрудненості (товщини шару накипу). Однак така послуга не надається. В чому причина? Чи не вміють рахувати чи у водопровідних та теплових мережах західних країн тече дистилят?
Доводиться шукати обхідні шляхи. Деякі помилково вважають, що можна вирішити проблему шляхом введення запасу поверхні нагріву, тобто. розрахувати ПТО без урахування забруднення, а потім додати деяку кількість пластин (наприклад 20%) і справу, як кажуть, «в капелюсі». Однак це неправильний підхід, оскільки при тих самих витратах теплоносіїв зменшується швидкість їх течії каналами, що веде до зниження коефіцієнта теплопередачі приблизно в тій же пропорції. (Цей висновок випливає з формули (2), оскільки параметр «Ф» водопідігрівача при додаванні пластин залишається постійним). Тепловий потік
при цьому практично не змінюється.
Щоправда, вищесказане справедливе лише чистого ПТО. У випадку із забрудненим ПТО виникає цікавий ефект, що виражається в тому, що внаслідок зниження абсолютного значення коефіцієнта теплопередачі теплообмінника, обумовленого додаванням пластин, його відносна величина (k/k0) при тому ж шарі відкладень стає більшою. В результаті зростання поверхні нагріву не компенсується зниженням коефіцієнта теплопередачі та тепловий потік (за інших рівних умов) дещо збільшується.Розрахунки показують, що для теплообмінника з розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі 5000 Вт/(м 2 .°С) та розрахунковим параметром Ф0=2,22, при товщині шару накипу 0,2 мм збільшення кількості пластин на 20% забезпечує приріст теплового потоку лише на 4 08%.
Таким чином, приріст поверхні нагріву ПТО (шляхом додавання пластин) не забезпечує еквівалентного приросту теплового потоку.
Додавання пластин економічно виправдане лише у двох випадках:
- за необхідності збільшення теплового навантаження ПТО, тобто. витрат теплоносіїв з обох потоків;
- за необхідності зменшення гідравлічного опору ПТО при постійних витратах теплоносіїв та теплового навантаження.
Правильна методика підбору ПТО з урахуванням прогнозованого забруднення випливає з наведеної вище теоретичної моделі і полягає в наступному:
1. Виходячи з вимог технологічного процесу визначаються розрахункові температури теплоносіїв (при забрудненому стані ПТО), наприклад:
2. Визначається відповідний цим температурам параметр теплообмінника Ф = 2,22.
3. Призначається бажаний коефіцієнт теплопередачі ПТО, наприклад, 5000 Вт/(м 2 *°С). За графіком рис.1 за заданої товщини шару накипу (наприклад 0,2 мм) визначається відносний коефіцієнт теплопередачі (k/k0=0,545).
4. Обчислюється параметр Ф0 за чистої поверхні нагрівання: Ф0=Ф/(k/k0)=4,07.
5. При відомих відношеннях витрат (Gнагр/Gгр=(110-80)/(95-70)=1,2) та вхідних температурах теплоносіїв, вихідні температури знайдуться із системи рівнянь:
У результаті отримаємо чотири розрахункові температури для вибору ПТО під час проектування.
Саме ці температури повинні бути включені в технічне завдання, яке передається фірмі-виробнику для підбору ПТО.
Питання: а що ж робити в ситуації, коли встановлені на об'єкті ПТО не забезпечують підігрів води до потрібної температури?
Насамперед необхідно провести аналіз, під час якого визначити:
Для підвищення теплопродуктивності ПТО можна рекомендувати такі заходи:
Останній захід був апробований на котельні № 87 м. Сергач. На зазначеній котельні за проектом було встановлено два ПТО опалення марки FPS-43-163-1E фірми «FUNKE» тепловою потужністю 8,0 МВт кожен. У процесі експлуатації виявилося, що має місце швидке заростання поверхонь нагріву ПТО накипними відкладеннями, внаслідок чого котельня виявилася «зачиненою» - не вдавалося нагріти мережеву воду вище 65-70 ° С (при графіку 95/70 ° С).
Обстеження показало - при розрахунковому коефіцієнті теплопередачі ПТО 6600 Вт/(м 2 *°С), фактичне його значення становило лише 1736-2343 Вт/(м2*оС), що відповідає відносному параметру (Ф/Ф0)= 0,26- 0,36. При розбиранні ПТО на поверхні нагріву було виявлено накипні відкладення товщиною 0,2-0,3 мм наступного складу: 78% солей кальцію, 22% оксидів заліза.
Для нормалізації теплопостачання від котельні насамперед було вжито заходів щодо збільшення витрати (приблизно на 30%) та температури котлової води до максимальної - від 110 до 115 ОС, а також коригування реагентного водно-хімічного режиму. Хоча всі ці заходи дали обмежений ефект (удалося підвищити температуру мережної води на 5-7 ° С), у поєднанні з регулярними хімпромивками це дозволило не допустити зриву теплопостачання житлового району.
Радикально проблему було вирішено лише у літній період 2003 р., коли у співпраці з відомою фірмою-виробником пластинчастих теплообмінників «Рідан» намибуло проведено реконструкцію ПТО з переведенням на двоходову схему руху теплоносіїв та збільшенням кількості пластин зі 163 до 250 шт.
Внаслідок реконструкції вдалося повністю нормалізувати теплопостачання від котельні.
До негативних наслідків реконструкції ПТО слід зарахувати такі:
1. Поверхні нагріву ПТО схильні до забруднення відкладеннями накипу, оксидів заліза та інших механічних домішок, що містяться в мережній воді. Інтенсивність та характер забруднення визначається якістю води (жорсткістю, концентрацією домішок) та її температурою.
2. Забруднення ПТО із високим розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі супроводжується значним зниженням теплової ефективності апарату.
3. Хімічна промивка ПТО (особливо забруднених оксидами заліза) є складною технологічною операцією, що вимагає професійного підходу до вибору реагентів та технологій промивання.
4. З метою зменшення забруднення ПТО продуктами корозії заліза та іншими механічними домішками, що містяться в мережній воді, слід застосовувати освітлювальні фільтри, інерційно-гравітаційні грязевики типу ГІГ та ін пристрої очистки.
5. Для запобігання накипу утворенню на поверхнях нагріву ПТО, що підігрівають мережеву воду з високою жорсткістю, та зниження швидкості корозії теплових мереж рекомендується застосовувати реагентний (комплексонний) водно-хімічний режим теплових мереж.
6. Запропоновано ефективну методику діагностики забруднення теплообмінних апаратів, розроблено приладове та програмне забезпечення для створення системи моніторингу ступеня забруднення з оцінкою залишкового ресурсу роботи до промивання (очищення).
7. При проектуванні та виборі ПТО обов'язково необхідно враховуватиможливе забруднення поверхні нагріву. Запропоновано методику підбору ПТО з урахуванням забруднення.