В статье представлено сравнение пластинчатых и трубчатых (кожухотрубных) теплообменников для г. Тюмени. Рассмотрены недостатки и преимущества РПТО и КТТО. Произведена технико-экономическая оценка двух видов водоподогревателей.
Ключевые слова: энергоэффективность, методика расчета пластинчатых и кожухотрубных теплообменных аппаратов, достоинства и недостатки теплообменников
До недавнего времени в системах централизованного теплоснабжения для установки в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП и ЦТП) предусматривались кожухотрубные водо-водяные теплообменники. Они применялись как для систем отопления при их независимом присоединении к тепловым сетям, так и для систем горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения. В связи с тенденцией строительства зданий повышенной этажности (более 12 этажей) независимое присоединение систем отопления приобретало все большие масштабы, и это определенно увеличивает потребность систем теплоснабжения в теплообменных аппаратах.
В последние годы в нашей отрасли интенсивно проводиться замена устаревшего тепломеханического оборудования в ИТП и ЦТП. Используемые ранее кожухотрубные теплообменные аппараты (КТТО) заменяют пластинчатыми теплообменниками (ПТО), причем преимущественно на ПТО разборного типа (РПТО).
Рис. 1. Пластинчатый теплообменник разборного типа (РПТО)
РПТО имеют ряд существенных преимуществ перед КТТО которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнение ПТО иКТТО
|
Характеристика |
РПТО |
КТТО |
|
Стоимость (условно) |
1 |
0,75–1,0, в зависимости от назначения и схемы присоединения |
|
Габариты (условно) |
1 |
5–6 |
|
Вес в сборе (условно) |
1 |
10–15 |
|
Специальный фундамент |
Не требуется |
Требуется |
|
Время разборки |
15 мин. |
90–120 мин. |
|
Материал |
Нержавеющая сталь |
Латунь или медь |
|
Чувствительность к вибрации |
Не чувствителен |
Чувствителен |
|
Обнаружение течи |
Немедленно после возникновения, без разборки |
Невозможно обнаружить без разборки |
|
Уплотнения |
Возможность замены уплотнений на новые. Жестко зафиксированы в каналах пластины. Отсутствие протечек после механической чистки и сборки |
Неразборный. Простая замена невозможна |
|
Теплоизоляция |
Не требуется |
Необходима |
|
Ресурс работы до капитального ремонта |
15–20 лет |
5–10 лет |
|
Доступность для внутреннего осмотра и чистки |
Разборный. Легко доступный осмотр, обслуживание и замена любой части, а так же механической промывки пластин. |
Неразборный, простая замена частей невозможна; возможна только промывка |
|
Соединение при сборке |
Разъемные |
Сварка, вальцовка |
|
Доступность для внутреннего осмотра и чистки |
Разборный. Легко доступный осмотр, обслуживание и замена любой части, а также механической промывки пластин. |
Неразборный, простая замена частей невозможна; возможна только промывка |
|
Коэффициент теплопередачи (условно) |
3–5 |
1 |
|
Изменение площади поверхности теплообмена |
Возможно, кратно количеству пластин |
Невозможно |
|
Возможная разность температур теплоносителя и нагреваемой среды на выходе |
1–2 °С |
5–10 °С |
В России в основном осуществляется сборка пластинчатых теплообменников из комплектующих зарубежных фирм. Исключениями являются Ижевский завод «Теплоэффект», который осуществляет выпуск пластин собственного производства. Сборка теплообменников на заводе выполняется из пластин, изготовленных на импортном оборудовании, на рамах отечественных производителей «Теплотекс» ГУП «Мостеплоэнерго», ООО «ТехноИнжПромСтрой».
Из всего огромного выбора производителей пластинчатых теплообменников разборного типа (РПТО), можно выделить следующие, наиболее известные и хорошо зарекомендовавшие себя:
‒ «Теплотекс» (комплектующие APV-Дания);
‒ «Альфа Лаваль Поток» (комплектующие Alfa-Laval-Швеция);
‒ «СВЕП Интернешнл АБ» (комплектующие Swep-Швеция);
‒ «Ридан» (комплектующие Sondex-Дания);
‒ «Машимпекс» (комплектующие GEA-Германия);
‒ «FUNKE RUS» (комплектующие-Германия);
‒ «Данфосс» (комплектующие Данфос-Финляндия);
‒ «ТехноИнжпромСтрой» (комплектующие Zondex-Дания) и другие.
Тем не менее, недостатком ПТО является высокие гидравлические потери, по причине чего скорость воды в каналах теплообменного аппарата не должна превышать 0,4 м/с, следовательно, это ограничивает возможность регулирования тепловой мощности и ухудшение их массогабаритных характеристик путем увеличения скорости теплоносителя.
Используемые в настоящий момент пластины имеют следующие геометрические характеристики: продольный шаг 10–11 мм, по нормали к вершине гофра 9–10 мм; высота гофров 3 мм; толщина пластин 0,4–0,5 мм; эквивалентный диаметр элементарного канала 6 мм.
Некоммерческое Партнерство «Российское теплоснабжение» по результатам проведенного анализа рекомендуют для использования в городе Москва в качестве основных разборных пластинчатых теплообменных аппаратов производителей следующих фирм: «Теплотекс», «Ридан», Альфа Лаваль Поток», «ТехноИнжПромСтрой», «Машимпекс». РПТО перечисленных фирм отличаются меньшей стоимостью при использовании пластин (AISI 316) высокого качества и прокладок (EPDM). Они предлагают широкий выбор РПТО с мощностью от 20 кВт до 16 мВт, что позволяет для конкретных условий подобрать наиболее рациональную площадь поверхности теплообмена.
Теплообменные установки кожухотрубного типа, действующие по принципу вода-вода, широко применяются в энергетике, промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Они отличаются большей маталлоемкостью, габаритными размерами и сложностью монтажа.
Рис. 2. Кожухотрубный теплообменник (КТТО)
Основными недостатками КТТО является их большая масса и габаритные размеры, что в свою очередь затрудняет их применение, особенно при высоком росте цены на квадратные метры площади помещений в котором размещается оборудование. Решением больших габаритов таких теплообменников могло бы послужить уменьшить проходное сечение труб, однако при таком подходе они быстрее выходят из строя по причине отложений и существенно повышаются затраты на электроэнергию. Следующей не менее важной проблемой кожухотрубных теплообменных аппаратов служит наличие температурных напряжений, которые приводят к разгерметизации секции, во избежание этого на корпусе установлены линзовые компенсаторы, которые снижают эти напряжения.
Значительное повышение теплоотдачи КТТО при умеренном росте гидравлического сопротивления позволило бы существенно снизить их массу и габариты, а так же уменьшить затраты на изготовление и увеличить область их применения.
Альтернативой может послужить применение секций с профилированными трубками. Использование которых повышает теплообмен при ограниченном росте гидравлического сопротивления. В добавок в последнее время появляются новые возможности в области создания новых материалов, борьба с отложениями, коррозией, интенсификация теплообмена при ограниченном росте гидравлического сопротивления.
Преимущества КТТО по сравнению с конкурентами заключается в следующем: Хорошие эксплуатационные свойства, такие как неприхотливость, малое количество уплотняющих прокладок, низкая загрязняемость трубного пространства, возможность очистки поверхностей теплообмена, долгий срок службы;
Возможность установки анодной защиты теплообменника;
Удовлетворительные характеристики по габаритам и массе, сопоставимые с пластинчатыми теплообменными аппаратами в диапазоне тепловых потоков от 20 до 3000 кВт. Возможность объединения в блоки.
Метод расчета пластинчатых теплообменных аппаратов изложенный в ГОСТ 15518 [41], основывается на использовании всего располагаемого потока теплоты, чтобы достичь максимальной скорости каждого теплоносителя и максимального значения коэффициента теплопередачи или при неизвестных располагаемых напорах по оптимальной скорости нагреваемой воды, как и при подборе КТТО.
Для микрорайона города Тюмени были определены тепловые нагрузки на горячее водоснабжение (ГВС). Были рассчитаны и подобраны кожухотрубные и пластинчатые водо-водяные теплообменники. Данные сведены в таблицы 4 и 5.
Таблица 2
Расчет РПТО
|
Расчет РПТО 2х трубной системы на ГВС |
||||||||||||
|
№ дома |
Кол-во этажей |
Кол-во секций |
Qhmax, кВт (1секции) |
РПТО |
||||||||
|
Наименование |
Ду, мм |
Расход гор.т/ч |
Расход хол.т/ч |
Масса пуст.кг |
Цена за ед. р |
|||||||
|
1 |
9 |
6 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
2 |
9 |
1 |
389,837 |
HH-19–16/1–19-TM |
65 |
12,86 |
6,11 |
255 |
108360 |
|||
|
3 |
9 |
1 |
487,296 |
HH-19–16/1–23-TM |
65,0 |
16,08 |
7,63 |
255 |
80400 |
|||
|
3а |
2 |
1 |
10,829 |
НН-08–16/1–5-TL |
32 |
0,36 |
0,17 |
59 |
7680 |
|||
|
4 |
9 |
6 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
5 |
9 |
6 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
9 |
9 |
1 |
389,837 |
HH-19–16/1–19-TM |
65 |
12,86 |
6,11 |
255 |
108360 |
|||
|
10 |
9 |
1 |
194,918 |
HH-14–16/1–15-TKTL71 |
50 |
6,43 |
3,05 |
135 |
51240 |
|||
|
10а |
9 |
1 |
194,918 |
HH-14–16/1–15-TKTL71 |
50 |
6,43 |
3,05 |
135 |
51240 |
|||
|
11 |
5 |
6 |
54,144 |
XGM-032–16/1–12-L |
32 |
1,79 |
0,85 |
66 |
20760 |
|||
|
12 |
9 |
9 |
97,460 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
13 |
5 |
1 |
216,576 |
HH-14–16/1–17TMTL38 |
50 |
7,15 |
3,39 |
135 |
51240 |
|||
|
14 |
5 |
1 |
162,432 |
XGM-032–16/1–32-L |
32 |
5,36 |
2,54 |
74 |
20760 |
|||
|
14а |
1 |
1 |
64,973 |
XGM-032–16/1–14-L |
32 |
2,14 |
1,02 |
67 |
20760 |
|||
|
15 |
5 |
1 |
162,432 |
XGM-032–16/1–32-L |
32 |
5,36 |
2,54 |
74 |
50280 |
|||
|
16 |
9 |
7 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
17 |
2 |
1 |
64,973 |
XGM-032–16/1–14-L |
32 |
2,14 |
1,02 |
67 |
20760 |
|||
|
18 |
9 |
7 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
19 |
5 |
1 |
216,576 |
HH-14–16/1–17TMTL38 |
50 |
7,15 |
3,39 |
135 |
51240 |
|||
|
20 |
9 |
9 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
21 |
2 |
1 |
64,973 |
XGM-032–16/1–14-L |
32 |
2,14 |
1,02 |
67 |
20760 |
|||
|
23 |
5 |
1 |
162,432 |
XGM-032–16/1–32-L |
32 |
5,36 |
2,54 |
74 |
50280 |
|||
|
24 |
2 |
1 |
129,946 |
XGM-032–16/1–26-L |
32 |
4,29 |
2,04 |
71 |
30960 |
|||
|
25 |
5 |
1 |
162,432 |
XGM-032–16/1–32-L |
32 |
5,36 |
2,54 |
74 |
50280 |
|||
|
26 |
5 |
1 |
270,72 |
НН-14–16/1–21-TMTL30 |
50 |
8,93 |
4,24 |
135 |
66840 |
|||
|
27 |
3 |
1 |
73,095 |
XGM-032–16/1–16-L |
32 |
2,41 |
1,14 |
68 |
20760 |
|||
|
28 |
3 |
1 |
64,973 |
XGM-032–16/1–14-L |
32 |
2,14 |
1,02 |
67 |
20760 |
|||
|
29 |
3 |
1 |
108,288 |
XGM-032–16/1–22-L |
32 |
3,57 |
1,7 |
70 |
30960 |
|||
|
30 |
3 |
1 |
97,459 |
XGM-032–16/1–20-L |
32 |
3,22 |
1,53 |
69 |
30960 |
|||
|
31 |
2 |
1 |
21,658 |
НН-08–16/1–7-TL |
32 |
0,71 |
0,34 |
60 |
9600 |
|||
|
∑= |
2627040 |
|||||||||||
Таблица 3
Расчет КТТО
|
Расчет КТТО 2х трубной системы на ГВС |
|||||||||||||
|
№ дома |
Кол-во эт. |
Кол-во секций |
Qhmax, кВт (1секции) |
КТТО |
|||||||||
|
Наименование |
Число трубок |
Производит, кВт |
S, м2 |
Рас. нагр. т/ч |
Масса, кг |
Цена за ед. р |
|||||||
|
1 |
9 |
6 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
2 |
9 |
1 |
389,837 |
ВВП 17–377–2000 |
216 |
421,7 |
19,8 |
225 |
430 |
90300 |
|||
|
3 |
9 |
1 |
487,296 |
ВВП 14–273–4000 |
107 |
479,1 |
20,6 |
120,9 |
461,7 |
67000 |
|||
|
3а |
2 |
1 |
10,829 |
ВВП 03–76–2000 |
7 |
13,1 |
0,66 |
7,8 |
32,5 |
6400 |
|||
|
4 |
9 |
6 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
5 |
9 |
6 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
9 |
9 |
1 |
389,837 |
ВВП 17–377–2000 |
216 |
421,7 |
19,8 |
225 |
430 |
90300 |
|||
|
10 |
9 |
1 |
194,918 |
ВВП 12–219–4000 |
61 |
238,4 |
11,5 |
67,6 |
301,3 |
42700 |
|||
|
10а |
9 |
1 |
194,918 |
ВВП 12–219–4000 |
61 |
238,4 |
11,5 |
67,6 |
301,3 |
42700 |
|||
|
11 |
5 |
6 |
54,144 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
12 |
9 |
9 |
97,460 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
13 |
5 |
1 |
216,576 |
ВВП 12–219–4000 |
61 |
238,4 |
11,5 |
67,6 |
301,3 |
42700 |
|||
|
14 |
5 |
1 |
162,432 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
14а |
1 |
1 |
64,973 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
15 |
5 |
1 |
162,432 |
ВВП 13–273–2000 |
107 |
236 |
10,3 |
120,9 |
262 |
41900 |
|||
|
16 |
9 |
7 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
17 |
2 |
1 |
64,973 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
18 |
9 |
7 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
19 |
5 |
1 |
216,576 |
ВВП 12–219–4000 |
61 |
238,4 |
11,5 |
67,6 |
301,3 |
42700 |
|||
|
20 |
9 |
9 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
21 |
2 |
1 |
64,973 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
23 |
5 |
1 |
162,432 |
ВВП 13–273–2000 |
107 |
236 |
10,3 |
120,9 |
262 |
41900 |
|||
|
24 |
2 |
1 |
129,946 |
ВВП 10–168–4000 |
37 |
147,5 |
6,98 |
41 |
193,8 |
25800 |
|||
|
25 |
5 |
1 |
162,432 |
ВВП 13–273–2000 |
107 |
236 |
10,3 |
120,9 |
262 |
41900 |
|||
|
26 |
5 |
1 |
270,72 |
ВВП 15–325–2000 |
151 |
302,1 |
14,2 |
167,3 |
338 |
55700 |
|||
|
27 |
3 |
1 |
73,095 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
28 |
3 |
1 |
64,973 |
ВВП 09–168–2000 |
37 |
74,4 |
3,49 |
41 |
113 |
17300 |
|||
|
29 |
3 |
1 |
108,288 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
30 |
3 |
1 |
97,459 |
ВВП 11–219–2000 |
61 |
113,4 |
5,76 |
67,6 |
173 |
25800 |
|||
|
31 |
2 |
1 |
21,658 |
ВВП 04–76–4000 |
7 |
28,3 |
1,32 |
7,8 |
52,4 |
8000 |
|||
|
∑= |
2189200 |
||||||||||||
На основании полученных расчетов (таблица 2 и 3) можно сделать вывод, что кожухотрубные теплообменные аппараты экономически выгоднее чем пластинчатые, но по техническим характеристикам (таблица 1) значительно уступают пластинчатым теплообменникам.
Литература:
- СП 41–101–95 Проектирование тепловых пунктов
- ГОСТ 15518 Аппараты теплообменные пластинчатые
- http://zavodtriumph.ru Завод по производству кожухотрубных теплообменных аппаратов предоставил информацию и программу для расчета и подбора оборудования.
- http://www.ridan.ru Поставщик пластинчатых теплообменных аппаратов предоставил информацию и программу для расчета и подбора оборудования.
- Н. М. Зингер, А. М. Тарадай, Л. С. Бармина. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения. М.: Энергоатомиздат 1995–270 с.
