Вплив забруднень і конструктивних особливостей пластинчастих теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі
Накип на поверхні нагрівання теплообмінника збільшує термічний опір теплопередающей стінки і, отже, знижує коефіцієнт теплопередачі апарату. Так як коефіцієнт теплопровідності накипу має вельми низьке значення, то навіть незначний шар відкладень створює велике термічний опір (шар котельні накипу товщиною 1 мм по термічному опору приблизно еквівалентний 40 мм сталевої стінки) [1] .Проте один і той же по товщині і хімічним складом шар накипу надає істотно різний вплив на теплову ефективність теплообмінних апаратів, різних за конструкцією і режимам роботи. На практиці виявляється нерівномірне забруднення пластин і окремих каналів по ширині, довжині і висоті підігрівача, що пов'язано, очевидно, з нерівномірністю полів температур і швидкостей теплоносія. Значну складність представляє також коректне визначення коефіцієнта теплопровідності накипу, який згідно [1] в залежності від щільності і хімічного складу відкладень змінюється в широких межах 0,13-3,14 Вт/(м2 ° С). На рис. 1 з залежностей можна витягти важливий наслідок, а саме: теплообмінник з високим розрахунковим (конструктивним) значенням коефіцієнта теплопередачі (до0) значно більш чутливий до забруднення, ніж теплообмінник з низьким розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі (тобто його коефіцієнт теплопередачі при одному і тому ж забрудненні зменшується на велику частку). Традиційно застосовувалися у вітчизняній теплоенергетиці кожухотрубні водопідігрівачі (з гладкими трубками), як відомо, вибиралися з невисоким коефіцієнтом теплопередачі в розрахунковому режимі - на рівні 800-1200 Вт/(м2 ° С). При товщині шару накипу? Накип=0,3 мм такий теплообмінник має відносну теплову ефективність (k/ko)=O, 8, що цілком прийнятно. Інакше йде справа з пластинчастими апаратами, які, як правило, з міркувань економії вибираються з високим розрахунковим коефіцієнтом теплопередачі - 5000-7000 Вт/(м2 ° С). При тій же товщині шару накипу? Накип=0,3 мм цей теплообмінник вже буде мати відношення (k/ko)=O, 4, тобто коефіцієнт теплопередачі, заявлений виробником, знизиться в 2,5 рази! Враховуючи повсюдно низька якість водопровідної води в містах Росії (у порівнянні з Європою) і безладне відношенню до водопідготовці (особливо в комунальному секторі), стає зрозуміло, до яких негативних наслідків може призвести непрофесійний підхід до проектування і застосування «економічно вигідних» теплообмінних апаратів.
. 1 Вплив конструкції теплообмінників на коефіцієнт теплопередачі
Навіть для нових ПТО, що працюють на досить м'якою і чистій воді, відносний коефіцієнт теплопередачі (k/k0) не перевищував 0,9. При цьому була відзначена цікава особливість ПТО - при значній різниці тисків між порожнинами гріє і нагрівається теплоносіїв (2-3 кгс/см2) відносний коефіцієнт теплопередачі істотно погіршувався і становив всього лише 0,7-0,8. Як виявилося, даний ефект пояснюється «розпухання» порожнини з великим тиском, і, відповідно, стисненням порожнини з меншим тиском внаслідок прогину пластин. У «розпухлою» порожнини, мабуть, виникає зазор між ребрами рифлення сусідніх пластин, який призводить до порушення рівномірності розподілу теплоносія по ширині пластин. На одному теплообміннику марки «APV» навіть проводився досвід за визначенням відносної зміни внутрішнього об'єму стислій порожнини - воно склало близько 10%.
Можливість деякого прогину пластин з утворенням зазору випливає також з того загальновідомого факту, що виробники ПТО в технічній документації завжди вказують деякий діапазон розміру затяжки пакета пластин, наприклад 345-350 мм, тобто новий ПТО обтягається до 350 мм, з плином часу (через старіння прокладок) необхідний розмір затяжки зменшується до мінімуму - 345мм. У всякому разі, вищевказані особливості ПТО потребують додаткового дослідження.
. 2 Проблеми боротьби з забрудненнями
Багато фахівців відзначають втрату теплової ефективності ПТО в процесі експлуатації внаслідок забруднення поверхні нагрівання.
Наприклад, колеги з Санкт-Петербурга в статті наводять наступну статистику втрати теплової ефективності теплообмінника Альфа-Лаваль, встановленого на ЦТП:
після 1 -ого року експлуатації - 5%;
після другого - 15%;
після третього - більше 25%.
Були випадки, коли теплообмінник втрачав до 50-70% теплової ефективності за 3-6 тижнів. На цьому підприємстві експлуатується досить великий парк - більше 50 одиниць - водо-водяних ПТО різних фірм виробників («Альфа-Лаваль Потік», «РІДАН», «Машім-Пекс», «Funke») одиничної тепловою потужністю 0,3-8, 0 МВт. Водопідігрівачі встановлені в опалювальних котелень, розташованих у двох містах Нижегородської області: м...
