Умови конвертації
2006-11-03 10:21:09
Навіть фахівець з працею відрізнить кожухотрубні теплообмінники нового покоління від звичайних трубопроводів холодної і гарячої води. Ці апарати-«невидимки» не тільки економлять площу теплопункту, але і знижують витрати на його обслуговування
Кілька років тому в івано-франківській готелі «Україні» знадобилося встановити нові теплообмінники для гарячого водопостачання замість вийшли з ладу. При цьому проблема полягала в тому, що не вдавалося знайти рішення, яким чином старі громіздкі кожухотрубні апарати прибрати з приміщення. Кожен з них був завдовжки більше 4 м, діаметром більше 0,3 м і важив кілька центнерів, а підвальне приміщення, де вони були встановлені, знаходилося під центральним холом готелю.
Пропонувалося два, на перший погляд, очевидних рішення. Перше – пробити під кутом отвір в стіні будівлі і витягнути через нього апарати. Друге – розрізати теплообмінники на частини, які можна було б винести назовні через наявні дверні отвори і проходи. Однак аналіз цих варіантів показав, що кожен з них дуже трудомісткий, складний у виконанні і незручний для продовжує працювати готелю.
У цьому, здавалося, безвихідному становищі на виручку прийшли нові кожухотрубні мініатюрні апарати. Завдяки їх застосуванню був реалізований третій, несподіваний варіант: старі апарати залишили на своїх місцях, а необхідні по тепловій потужності нові теплообмінники встановили поруч з ними. Причому в проході залишилося простір, достатній для того, щоб в ньому можна було проводити роботи з технічного обслуговування системи опалення. Відзначимо, що в наявному в розпорядженні теплотехніків просторі не містилася ні одна з самих малогабаритних конструкцій пластинчастих теплообмінних апаратів (ТОА), які в останні роки прийшли на зміну традиційним кожухотрубні пристроїв, майже сторіччя царював в системах водяного опалення. Переваги пластинчастих ТОА перед старими моделями кожухотрубних теплообмінників загальновідомі (останні в десятки разів більший і важчий). З новим же поколінням кожухотрубних апаратів пластинчасті конструкції не можуть конкурувати настільки успішно.
Вода гріє воду
Основними елементами пластинчастих апаратів, через які здійснюється передача тепла від потоку гарячої води в контур опалення, є тонкі аркуші, звичайно з нержавіючої сталі. Виштампувані в них канавки різного поперечного перерізу при складанні пластин у пакети утворюють дві розгалужені мережі трубопроводів, за однією з яких циркулює гаряча вода, а по іншій – холодна. Такі теплообмінники бувають розбірними і нерозбірними.
На цю конструктивну особливість апаратів дуже важливо звертати увагу при оцінці їх характеристик, так як досить часто в рекламних матеріалах доводиться стикатися зі змішанням понять, коли під словами «пластинчастий теплообмінник» розуміється якийсь гібрид, що має набір властивостей, отриманий як би вигідним складанням таблиць властивостей цих двох різновидів. При цьому в підсумковій таблиці зберігаються тільки достоїнства обох типів ТОА, а недоліки замовчуються. Однак пристрої, що володіє таким комплексом характеристик, не існує.
Конструкції нових апаратів, розроблених і випущених севастопольським підприємством «Теплообмін» (його директор Віталій Барон надав редакції «ДІТ» матеріали, які використані в нашій статті), в принципі такі ж, що й у традиційних кожухотрубних ТОА. Вони являють собою пучок труб, які з'єднані з вхідним і вихідним фланцями, закріпленими на кожусі (він також з двох сторін закінчується фланцями). Однак існує ряд відмінностей, сукупність яких дозволяє настільки миниатюризировать конструкцію, що поперечний переріз апарату зрівнялося з діаметром трубопроводів обв'язки.
При цьому, завдяки малій товщині стінок трубок, різко збільшилася інтенсивність теплообміну. Підкреслюючи ці конструктивні і експлуатаційні особливості, розробники назвали своє дітище ТТАІ – тонкостінний теплообмінний апарат інтенсифікований.
Проста конструкція, яку нелегко повторити
Виникає цілком очевидне запитання: «Чому раніше конструктори кожухотрубних ТОА не могли зменшити товщину стінок трубок?» – Бо вона визначається не тільки робочим тиском води в контурі, а й рядом технологічних обмежень.
Тоді настає черга другого питання: «Яким чином винахідники ТТАІ змогли обійти ці обмеження?» – Відповідь на це питання не розголошується, так як він ставиться до розряду ноу-хау, яке розробники не зобов'язані оприлюднювати. Недавня історія зі спробою якоїсь фірми скопіювати запатентований конструкторське рішення показала, що скрупульозне відтворення всіх елементів і їх сполук у пристрої – дуже хитка база для просування на ринку краденого продукту: всі встановлені в комунальному господарстві «злизані» ТТАІ (а було їх сотні) ледь дожили до кінця свого першого опалювального сезону. Відремонтувати їх було неможливо, так що на наступний рік тепловикам довелося встановлювати нові ТОА.
Ще зовсім недавно, на початку 90-х років, у відповідь на пропозицію застосувати компактні ТОА можна було почути «резонне» відповідь: «А що нам дасть мінімізація масогабаритних характеристик теплообмінника? У нас місця в теплопунктах багато ». Сьогодні вже практично нікому не потрібне пояснювати, які можливості надає зменшення обсягів і ваги ТОА.
У ринкових умовах, коли кожен квадратний метр приміщення, особливо розташованого в центральній частині великих міст, цінується на вагу золота, площі, вивільнені за рахунок застосування легких малорозмірних теплообмінників, з розряду допоміжних (а значить, витратних) переходять в основні, на яких заробляються гроші .
Теплопередача в одновимірному просторі
Вага і габарити апарату, безумовно, важливі характеристики і при монтажі, і при експлуатації. Але, мабуть, не менше значення має зручність компонування ТОА на об'єкті. У цьому пластинчасті апарати і ТТАІ принципово відрізняються. Про пластинчастих конструкціях кажуть, що вони дуже компактні. Але який сенс вкладається в ці слова? Дійсно, вони мають вигляд великого чи малого паралелепіпеда і, на перший погляд, вдаліше вписуються на об'єкті. Однак це далеко не завжди так. Точніше, завжди так, якщо проектант відноситься до ТТАІ так, як звикли ставитися до застарілих кожухотрубні апаратів.
Якщо ж сприймати ТТАІ не як елемент обладнання, а як частина трубопроводу, то картина може змінитися на протилежну. Дійсно, розміщуючи ТТАІ по-старому, як елемент обладнання десь в центрі теплопункту, необхідно закріпити його на спеціально встановлених фундаментах, та ще передбачити простір виймання (очищення), як належало для застарілих кожухотрубних апаратів. При цьому програш перед пластинчастими апаратами буде очевидний.
Але якщо врахувати дуже малу вагу ТТАІ (погонний метр довжини апарату важить менше погонного метра металевих трубопроводів, обв'язують теплообмінник), можливості його роботи в будь-якому просторовому положенні (горизонтально, вертикально, під кутом), його псевдоодномерность (апарати як би мають один розмір – довжину , так як їх діаметр практично не відрізняється від діаметра трубопроводів), то переваги будуть, безумовно, на боці ТТАІ.
Адже цим апаратам не потрібні не тільки фундаменти для установки кріплення, але і шляхові опори, застосовувані для кріплення трубопроводів. ТТАІ кріпляться за рахунок жорсткості підвідних і відвідних трубопроводів. З цієї ж причини для них не потрібно виділення простору, необхідного для проведення очистки, так як вони настільки легкі, що немає ніякого сенсу обслуговувати їх або ремонтувати на місці установки в теплопункті. Найважчий апарат важить близько 50 кг, що дозволяє легко демонтувати його силами двох робітників і перемістити в майстерню для виконання необхідних робіт.
Елемент дизайну приміщення
Так як ТТАІ мають практично такі ж діаметри, що і трубопроводи системи, його зазвичай розміщують в пучку труб і теплоизолируют тими ж матеріалами, що і трубопроводи, одночасно з ними. У результаті теплообмінники візуально як би зникають з приміщення, а в плетиві труб з'являється ще один відрізок. Грамотний облік і використання цих особливостей дозволяє в межі прийти до того, що апарат не займає на об'єкті місця в плані взагалі, що в принципі є недосяжним для пластинчастих ТОА.
Зокрема, такі одномірні теплообмінники можуть монтуватися на стінах (як рушникосушки у ванних кімнатах), в тому числі і на ненесучих огорожах. А так як по стінах, як правило, все одно прокладені труби, то поява ще однієї не змінює планування приміщення. Наприклад, на одному з об'єктів апарат розташований над отвором вхідних дверей, як карниз для гардин. Більш компактне обладнання важко собі уявити. До речі, ці властивості ТТАІ вже забезпечили функціонування одного нічного клубу, кількох слюсарних майстернях і побутівок, що з'явилися на звільнилися площах тільки завдяки заміні застарілих конструкцій апаратів на ТТАІ.
Два рішення одного завдання
Два теплообмінника ТТАІ, необхідні для вирішення поставленого теплотехнічної завдання, більш ніж в 10 разів легше розбірного пластинчастого теплообмінника, який забезпечує такі ж характеристики теплопередачі
Параметри води, що нагрівається Массо-габарити характеристики теплообмінників
Витрата, м3 / ч Температура на вході, ° С гідросопротівленіе, МПа Кількість, штук Габаритний обсяг одного апарату, м3 Маса одного апарату, кг
174 5 0,1 ТТАІ
2 0,06 (0,17 x0, 17×2, 0) 27
Пластинчастий
1 0,71 (1,54 x0, 41×1, 13) 587
Скупий платить двічі
Після аналізу характеристик, які першими буквально кидаються в очі проектувальникам систем опалення і споживачам тепла (габаритів і зручності компонування теплообмінників), замовники зазвичай звертають увагу на вартість апаратів і робіт з їх монтажу. Зазначимо, що при цьому не варто забувати, що на догоду мінімізації ціни може бути прийняте рішення, свідомо програшна за технічними характеристиками (наприклад, за ресурсними показниками) і тому в цілому невдале. У такому випадку економія при покупці швидко перекриється витратами на експлуатацію, а вимагає постійного «лікування» апарат, швидше за все, доведеться замінити (як тут не згадати прислів'я «Скупий платить двічі»).
Найоптимальніший підхід до пошуку ТОА з прийнятною ціною полягає в тому, що насамперед потрібно скласти перелік пропонованих на ринку апаратів із зіставними теплогідродинамічних характеристиками (в межах заданих вимог). А потім, враховуючи їх габарити і зручність компонування на об'єкті (ці показники також мають бути встановлені проектувальником опалювальної системи заздалегідь), вибрати серед них той, який має мінімальну ціну.
Наш досвід свідчить, що при вирішенні більшості задач ТТАІ виявляються приблизно в два рази дешевше розбірних пластинчастих ТОА і близькі за ціною до нерозбірним, залишаючись все ж трохи дешевше. Але. ми вважаємо, що коректним є порівняння саме з розбірними пластинчастими апаратами, так як теплообмінники ТТАІ розбірні.
У чому суперники рівні?
Для отримання максимально об'єктивної картини можливостей різних типів ТОА (а в ній, безумовно, зацікавлений кожен потенційний користувач) необхідно порівняння апаратів ще з кількох важливим при експлуатації показниками. Особливе місце серед них належить комплексу характеристик надійності, коротко визначається як ресурс роботи. Це поняття включає в себе гарантійний термін служби, час до заводського ремонту, до списання, напрацювання на відмову. Оскільки при виготовленні теплообмінників всіх типів використовуються матеріали зі стандартизованими властивостями, пластинчасті ТОА і ТТАІ мають однакові показники надійності (за умови виконання інструкцій по монтажу та дотримання правил експлуатації апаратів).
Зазначимо, що і по ще одному параметру – гідравлічному опору (воно визначає величину потужності насосів, необхідну для прокачування теплоносіїв) пластинчасті апарати і ТТАІ також знаходяться приблизно на одному рівні, поступаючись, як правило, застарілим кожухотрубні теплообмінникам. Це, мабуть, єдина перевага застарілих кожухотрубних апаратів, яке, однак, не є довговічним, так як їх теплопередающие поверхні більш схильні до утворення на них всіляких відкладень, ніж теплопередающие поверхні пластинчастих апаратів і ТТАІ. Втім, цей програш не настільки значний, і гідродинамічні характеристики сучасних апаратів добре узгоджуються з характеристиками мереж, в яких вони встановлюються.
За кордоном альтернативи немає. В Україну – є
У тих випадках, коли ТОА доводиться встановлювати в тісних приміщеннях і важкодоступних місцях, де застосування вантажопідіймальних засобів є проблематичним, особливо зростає значущість таких показників, як зручність монтажу та обслуговування апарату. Саме в таких умовах останнім часом розташовуються теплообмінники по трьох основних причин.
По-перше, власники приміщень теплопунктів намагаються заощадити більше корисної площі для використання її, наприклад, під склади чи майстерні.
По-друге, не завжди можливо демонтувати вичерпали свій ресурс апарати, встановлені в підвальних приміщеннях кілька десятиліть тому. І значить, доводиться приймати рішення про встановлення нових ТОА поруч зі старими теплообмінниками. А це не таке просте завдання, як здається на перший погляд.
Третя причина полягає в тому, що останнім часом в Україну наростає тенденція переходу до прийнятої в усьому світі ідеології оснащення будинків, у тому числі і раніше побудованих, індивідуальними тепло-пунктами, які повинні розташовуватися в самому будинку. При цьому проектувальники систем опалення практично одностайні в думці, що в цьому випадку найбільш зручним варіантом є поставка тепло-пункту в стані повної заводської готовності.
Сьогодні індивідуальні тепло-пункти майже повсюдно збирають на основі пластинчастих апаратів (на жаль, іноді нерозбірних, що може створити надалі чималі проблеми при їх обслуговуванні), які розташовуються в центрі монтажної рами, а все інше обладнання кріпиться навколо ТОА.
Якщо вважати, що інших сучасних теплообмінників, крім пластинчастих, не існує (за кордоном це дійсно так), то цей підхід був би у нас виправданий. Проте в нашій країні є альтернатива – ТТАІ. І їх застосування дозволяє самим радикальним чином зменшити габарити індивідуального теплопункту, а значить і вимоги до розмірів приміщення, де він буде встановлений, спростити обслуговування апарату, тобто знизити експлуатаційні витрати. У цьому варіанті теплообмінник не монтується безпосередньо на рамі, а розташовується поблизу як елемент трубопроводу.
І це ще не все. Використання ТТАІ при створенні індивідуальних теплопунктів дозволило прийти до зовсім нового конструкторському рішенню, названому нами «планшетні теплопункти». В цьому випадку теплопункт, як досить помітне в приміщенні спорудження, взагалі не вимагає місця для свого розміщення, а виявляється як би розподіленим по стіні. Очевидно, що ніякої пластинчастий (і тим більше розбірний) теплообмінник не здатний забезпечити можливість створення таких теплопунктів, так як при подібному рішенні довелося б підшукувати більш підходяще, а значить і більш цінне приміщення.
Очевидно, що зручність монтажу в значній мірі зумовлює і зручність обслуговування. Хоча в принципі всі сучасні теплообмінні апарати за цим показником знаходяться на одному рівні: правильно змонтований і експлуатований ТОА за великим рахунком взагалі не вимагає періодичного обслуговування. Він вимагає моніторингу свого стану і лише за об'єктивними показниками, що випливають з аналізу його даних, може прийматися рішення про необхідність ремонту теплообмінника або його технічного обслуговування (наприклад, хімічної відмивання теплопередаючих поверхонь). Але якщо таке рішення все ж прийнято, роботи з ТТАІ зажадають значно менших трудовитрат, і отже, більш низької оплати.
Чистота – запорука довголіття
Теплообмінні апарати, як і будь-які інші об'єкти техніки, протягом терміну служби можуть зажадати ремонту. При цьому, звичайно, бажано, щоб необхідність в ньому виникала якомога рідше і щоб це був якомога менш складний ремонт. Але це вже область, на яку поширюється дія іншого критерію, – «ресурсні показники».
И если не учесть ремонтопригодность, тем более совместно с особенностями наших систем и навыков обслуживания теплоэнергетического оборудования, то можно принять экономически неоправданное решение. Действительно, если ремонт и восстановление работоспособности аппарата вообще невозможны или требуют значительных временных и финансовых затрат, то в итоге может оказаться, что приведенные затраты изначально более дешевого ТОА окажутся значительно большими, чем более дорогого (при покупке) теплообменника.
О ремонтопригодности неразборных аппаратов говорить вообще не приходится. Так как эти аппараты неразборны, то осуществить ремонт в случае разрушения какой-либо из пластин не представляется возможным.
Столь же неприемлемы они для работы на не очень чистых средах (а таковыми являются все без исключения ныне существующие в Украине системы коммунального хозяйства и большинство систем промышленных предприятий), так как имеют каналы малого эквивалентного диаметра сложной пространственно-геометрической формы, недоступные не только для механической очистки, но даже для осмотра. Эти аппараты хороши там, где можно ручаться за постоянную чистоту сред и отсутствие нештатных ситуаций, способных привести к разрушению пластин. Поэтому имеет смысл говорить только о сопоставлении ремонтопригодности разборных пластинчатых теплообменников и ТТАИ.
Разобрать — не собрать
Когда говорят о достоинствах пластинчатых аппаратов, часто приходится слышать утверждение, что их можно очень легко разобрать. Но при этом возникает вопрос: «А как обстоит дело со сборкой?». Дело в том, что разборные пластинчатые теплообменники действительно просто разбираются, что позволяет выполнить качественную очистку и, при необходимости, замену вышедших из строя пластин. Но вот при обратной операции, сборке аппарата, зачастую возникают существенные проблемы, а именно: теплообменники после сборки подтекают. Устранить этот дефект в аппаратах больших и даже средних типоразмеров без определенных навыков и специального инструмента в затесненных условиях объекта удается далеко не всегда.
А если еще выясняется, что в процессе разборки-сборки пострадали резиновые прокладки, то ситуация вообще становится неприглядной, так как оказывается, что стоимость комплекта прокладок довольно сложной конфигурации не ничтожно мала, как можно предположить, а сопоставима с ценой самого аппарата!
В этом плане теплообменники ТТАИ выглядят более привлекательно. Во-первых, они, как уже отмечалось, настолько легки и просты в сборке, что выполнять их более или менее значимое обслуживание, а тем более ремонт на месте, нет смысла: аппарат без проблем доставляется в подготовленное место. Во-вторых, после того, как теплообменник будет отстыкован от подводящих и отводящих трубопроводов, внутренние поверхности всех трубочек становятся доступными для осмотра и механической очистки, например, шомполом. Это, кстати, можно выполнить и на месте. (Правда, в отличие от разборных пластинчатых аппаратов, выполнить механическую очистку от накипных и других трудноудалимых отложений не удается.) Если же есть необходимость осмотреть и очистить межтрубную полость, (т. е. наружные поверхности трубочек), то это легко достигается благодаря тому, что трубный пучок полностью извлекается из корпуса. Для этого требуется только снять с аппарата крышки, уплотняющиеся с помощью двух небольших кольцевых резиновых прокладок.
Кроме того, конструкция ТТАИ позволяет легко определить дефектную трубку, если какая-нибудь из них в результате нештатной ситуации вышла из строя, и осуществить ее глушение (но не замену).
Проблем с обратной операцией — сборкой, не возникает. Как отмечалось, уплотнение всех разъемных соединении осуществляется с помощью довольно простых резиновых прокладок, которые при необходимости обслуживающий персонал может вырезать из листовой резины самостоятельно. Разумеется, их можно заказать на предприятии-изготовителе, причем цена комплекта резиновых прокладок невелика.
Математически обоснованный выбор
Новые кожухотрубные теплообменные аппараты работают при температуре воды до 150 °С и давлении до 2 МПа. Кроме отопительных систем они могут использоваться для обеспечения горячей водой объектов, в том числе с явно выраженной неравномерностью водоразбора. В таких условиях обычно применяют скоростные ТОА, но при этом требуется подбор котла и водоподогревателя на максимальную (пиковую) нагрузку.
Для устранения этой дорогостоящей технической избыточности в ООО «Теплообмен» разработана нетрадиционная конструкция емкостного подогревателя в виде модуля, включающего емкость с выносным греющим элементом, в качестве которого используется ТТАИ, трубопроводы и рециркуляционный насос. Применение этого модуля позволяет обеспечить требуемые характеристики системы при использовании котла и подогревателя значительно меньших мощностей. При этом разработчикам удалось получить математические зависимости (составляющие предмет ноу-хау), которые позволяют подбирать элементы емкостного подогревателя с учетом всех особенностей графика водопотребления (абсолютные значения и длительность пиковых величин, паузы в водоразборе, количество пиков и пауз в течение суток). Благодаря этому с помощью компьютерной программы можно минимизировать затраты на создание любого уникального решения тепло-пункта.
Сегодня с задачей подогрева воды одинаково хорошо справляются все известные типы теплообменных аппаратов. Однако для каждого из них требуются различные условия, в которых они обеспечивают процесс «температурной конвертации». И только тщательный и объективный сравнительный анализ современных конструкций теплообменников по всем основным показателям (габаритам и компоновке, цене, ресурсным показателям, ремонтопригодности, гидродинамическим характеристикам, удобству монтажа и обслуживания) поможет проектировщикам отопительных систем в выборе аппарата, «достойного во всех отношениях».
ДОВІДКА
Непрерывный рабочий стаж — 10 лет
Аппараты ТТАИ работают в системах теплоснабжения Банкнотно-Монетного Двора Украины, ряда объектов Министерства Обороны, объединения Киевгаз, Ватутинской райгосадминистрации Киева, гостиниц «Украина» (Ивано-Франковск), «Русь» (Киев), «Ореанда» (Ялта).
Кроме того, они «обслуживают» различные технологические процессы в объединении «Авто-ВАЗ» (Тольятти), Новомосковском трубном заводе (Днепропетровская область), объединении «Азот» (Северодонецк), пивзаводе «Оболонь» (Киев), а также на винзаводах ПАО «Массандра», НИИ «Магарач», «Одессавинпром», «Коктебель», головном Севастопольском винзаводе и на многих других промышленных предприятиях.
К сегодняшнему дню наработка аппаратов первого поколения уже превысила десятилетний срок, и энергетики сотен объектов, где работают ТТАИ, подтверждают полное соответствие фактических теплотехнических параметров величинам, приведенным в их технической документации, а также высокие ресурсные показатели.
КОММЕНТАРИЙ
Путь к тепловому комфорту
В процессе разработки проекта реконструкции теплопункта, обеспечивающего фасадные системы отопления киевской гостиницы «Русь», нами были проанализированы возможности применения в них теплообменников пластинчатых разборных (ТОПР), выпускаемых Центром тепло- и водоснабжения (Киев), в которых использованы импортные пластины, и аппаратов ПАИ производства 000 «Теплообмен» (Севастополь).
Для заданной тепловой мощности площадь поверхности теплообмена ТОПР должна была составлять 4,7 м2, объем теплообменного пространства – 0,059 м3, площадь, занимаемая аппаратом в теплопункте, – 0,88 м2.
Для такой же тепловой мощности площадь поверхности теплообмена ТТАИ равна 3 м2, объем теплообменного пространства – 0,014 м3, необходимая площадь в теплопункте – 0.
Стоимость аппаратов (+ монтажные работы): ТОПР – 7,9 (+0,5) тыс. грн, ПАИ – 5,4 (+0,6) тыс. грн.
Выбор в пользу ПАИ был обусловлен их удивительной компактностью. Два аппарата основной системы теплообмена вместе с их обвязкой трубопроводами (тепловая мощность 640 кВт) длиной 2,6 м и диаметром 0,1 м установлены на стене теплопункта. На ней же закреплен резервный теплообменник удвоенной мощности длиной 2,9 м и диаметром 0,15 м.
Благодаря использованию ПАИ в течение отопительного сезона 2001-2002 года в гостинице даже при самых сильных морозах был обеспечен комфортный тепловой режим, которого не удавалось достичь много лети
ДЖЕРЕЛО: ММ. Гроші і Технології