Конструктивные особенности и опыт эксплуатации кожухотрубных теплообменников типа ВВПИ

В результате анализа известных решений по конструкции межтрубного пространства, было принято решение отказаться от интенсифицирующих теплоотдачу схем течения теплоносителя: поперечного омывания труб с помощью сегментных перегородок; закрутки потока в межтрубном пространстве с помощью системы особым образом выполненных поперечных перегородок или с помощью перегородки в межтрубном пространстве в виде закрученной ленты и др. Поэтому рассматриваемые теплобменники имеют простую так называемую реверсивную схему тока теплоносителей, в межтрубном пространстве нет поперечных перегородок, устанавливается только одна продольная перегородка. Кроме этого пересмотрены решения по толщинам стенок труб, корпусов, фланцев, трубных решеток, крышек без снижения их прочности. Накопленный к настоящему времени опыт эксплуатации теплообменника данного типа показал, что рассматриваемые аппараты в отличие от пластинчатых теплообменников мало чувствительны к резким скачкам температуры и давления. Их трубные пучки легко и без последствий выдерживают гидроудары, вибрацию, тряску.

Патрубки подвода и отвода сред располагаются в районе головки теплообменника (рисунок), что обеспечивает удобство обвязки подогревателей и уменьшение температурных деформаций.

При номинальных значениях расходов теплообменных аппаратов типа ВВПИ имеют умеренное гидравлическое сопротивление 20-50 кПа, что позволяет в случае необходимости получения больших тепловых потоков при малых температурных напорах соединять подогреватели в блоки параллельно или последовательно по обеим средам или комбинировать схемы их соединения в блоке.

Очистка полостей данных теплообменных аппаратов может быть произведена любым известным способом: химическим (1,5% водным раствором азотной кислоты), кавитационно-ударным методом, стальными проволочными ежиками и т.п.

Разработанные теплообменных аппаратов по энергетическим и массогабаритным характеристикам уступают лишь кожухотрубным аппаратам типа ТТАИ, но превосходят последние по показателям надежности вследствие большей жесткости теплообменных труб (отсутствие их провисания и вследствие этого трения труб друг о друга) и более надежного закрепления труб в трубных решетках сваркой, а не герметиком.

Основным недостатком подогревателей ВВПИ, как и других кожухотрубных теплообменников, является невозможность достижения высоких значений коэффициентов теплоотдачи при низких скоростях течения теплоносителей (достоинство пластинчатых аппаратов), вследствие чего они не всегда могут конкурировать с пластинчатыми ТА ведущих мировых производителей в тех случаях, когда требуется передавать большие тепловые потоки при малых температурных напорах.

Преимущество пластинчатых теплообменников по высоким значениям k, однако, сводится на нет в случае загрязнения этих теплообменников. Как показано в [5], пластинчатый ТА с расчетным коэффициентом теплопередачи (без загрязнения теплообменной поверхности) 7000 Вт/(м2К) в случае нарастания на теплообменной поверхности слоя накипи толщиной 0,3 мм (для пластинчатых аппаратов рядовой случай) имеет коэффициент теплопередачи 2545 Вт/(м2К), что в 2,75 раза меньше расчетного значения.

Более чем 13-летняя эксплуатация разработанных подогревателей в системах теплоснабжения показывает, что большая загрязняемость для данных аппаратов в силу эффекта самоочистки внутренней поверхности труб (наиболее загрязняемой сетевой водой), направленными в пограничный слой турбулентными вихрями, возникающими при обтекании плавноочерченных турбулизаторов определенной высоты, расположенных на оптимальном расстоянии друг от друга, и разрушающими отложения на той стадии, когда они представляют собой маловязкие структуры, нехарактерна.

Значения коэффициента теплопередачи с учетом загрязнений подогревателей типа ВВПИ при изменении расходов теплоносителей находятся в диапазоне от 1150 до 3300 Вт/(м2К) при температуре греющей среды (воды) 110 С и температуре нагреваемой среды (воды) 70 С. Например, в подогревателе ВВПИ-350 число труб составляет 97 шт., а значения k с учетом загрязнений составляют 1150-3200 Вт/(м2К). При этом максимальные значения k ограничены максимальными допускаемыми потерями давления 50 кПа (5 м. вод. ст.); минимальные значения коэффициентов теплопередачи относятся к режимам работы ТА с малым теплосъемом.

Анализ данных рассматриваемых аппаратов показывает, что они в загрязненном состоянии характеризуются коэффициентами теплопередачи, которые ничуть не хуже коэффициентов теплопередачи загрязненных пластинчатых ТА.

Представляет интерес сопоставление показателей современных пластинчатых ТА для коммунального хозяйства и представленных кожухотрубных ТА. Проведем такое сопоставление на основе данных В.Г. Барона [6].

Авторами статьи разработана конструкция трубчатого теплообменника, имеющего корпус не в виде кожуха (трубы), а в виде параллелепипеда, то есть похожим на корпус пластинчатого аппарата. Остальные конструктивные признаки практически не отличаются от разработанных ранее авторами ТА. В случае применения труб с наружным диаметром 12 мм и шагом 13,2 мм (клеевое закрепление в трубных решетках) габаритный объем псевдопластинчатого ТА для примера 2 составит 0,133 м3, а в случае применения стандартной разбивки труб ВВПИ с закреплением труб сваркой – 0,158 м3, что меньше чем у сопоставляемого пластинчатого аппарата (0,19 м3). Таким образом, для трубчатых ТА достигнута компактность, превышающая этот показатель для пластинчатых конкурентов, что ставит точку в споре конструктивных типов ТА для коммунального хозяйства – при надлежащем подходе к компоновке трубных пучков кожухотрубные ТА превосходят пластинчатые ТА по всем показателям.

Выпускаемые ТА успешно эксплуатируются в коммунальном хозяйстве г. Н. Новгорода, городах и поселках Нижегородской, Владимирской, Тверской, Томской, Пермской областей, Республик Марий Эл, Карелия и других регионов России, в том числе успешно заменяя пластинчатые ТА..Успешно были произведены замены ТА типа ПП (ПВ) на ВВПИ (ПВПИ) в ряде регионов (МУП ЖКХ г. Ковров, Павлово, р.п. Тумботино и др.)

 Теплобменники ЗАО ЦЭЭВТ - надежность и качество