МЕНЮ

Сравнительная характеристика пластинчатых и кожухотрубных теплообменников

Пластинчатые теплообменные аппараты, поверхность теплообмена которых образована из пакетов параллельно расположенных гофрированных пластин, известны достаточно давно. Гофрированные поверхности пластин приводят, прежде всего, к увеличению поверхности теплообмена, а также – к некоторой интенсификации теплообмена за счет изменения гидродинамики потоков и разрушения вязкого пограничного слоя теплоносителей.

Достижение высоких значений коэффициентов теплопередачи в рассматриваемых аппаратах (до 20 кВт/м2к) с точки зрения современных представлений науки по теплообмену вполне возможно. Это определяется особенностями их (аппаратов) конструкцией, в частности – малыми размерами каналов (1,5 – 5,0 мм), а также их профилированием (гофрированием), что в совокупности предопределяет высокую степень турбулизации теплоносителей.

Такие высокие значения коэффициентов теплопередачи, естественно, предопределяют и меньшие массо-габаритные характеристики пластинчатых аппаратов. Однако (!), авторы всех рекламных материалов по продвижению пластинчатых теплообменников умалчивают о значениях гидравлических потерь в трактах пластинчатых аппаратов, которые существенно (в разы) выше, чем у аналогичных кожухотрубных аппаратов. Это вполне естественно в узких каналах с искусственной шероховатостью при высокой степени турбулизации теплоносителей. Между тем, повышение общего гидродинамического сопротивления в схемах ПТУ, которое может возникать при замене кожухотрубных аппаратов на пластинчатые, считаем нецелесообразным, т.к. практически все насосы в схемах современных ПТУ работают на пределе своих возможностей, а величина расхода электроэнергии на собственные нужды ТЭС в отдельных случаях уже достигает 6-7 %, что в современных условиях экономически невыгодно.

Надежность работы оборудования ПТУ (и ТЭС в целом) является в настоящее время одним из основных требований как при разработке (проектировании), так и при его эксплуатации (в т.ч. при модернизации оборудования). Утверждения авторов рекламных работ о более высокой надежности пластинчатых аппаратов по сравнению с кожухотрубными базируется на их более высокой коррозионной стойкости (по утверждению тех же авторов). Это в определенной степени естественно, т.к. пластинчатые аппараты, как правило, изготавливаются из коррозионно- стойких материалов: нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы и т.п.

Никаких других показателей надежности пластинчатых аппаратов авторы вышеуказанных работ не приводят. Между тем известно, что современные кожухотрубные теплообменные аппараты ПТУ, трубные системы которых (в отдельных случаях и корпуса) изготавливаются из аналогичных материалов (сплавов), имеют показатели надежности значительно превышающие аналогичные показатели ранее изготавливаемых аппаратов. Сравнивая показатели надежности пластинчатых и кожухотрубных аппаратов необходимо также иметь в виду, что пластинчатые теплообменники весьма чувствительны к гидро- и термоударам, а также к механическим воздействиям со стороны присоединительных трубопроводов. Кожухотрубные же аппараты современных конструкций этого недостатка не имеют.

Эксплуатация и техническое обслуживание теплообменных аппаратов ПТУ в условиях ТЭС, как правило, сводится к решению вопросов загрязнения и очистки, разборки и сборки аппаратов, а также ремонту элементов их конструкций.

Авторы работ по продвижению пластинчатых теплообменников, обобщая в основном опыт эксплуатации пластинчатых теплообменных аппаратов в пищевой, фармацевтической и холодильной промышленности, а также данные по отдельным аппаратам в системах горячего водоснабжения жилищно-коммунальных хозяйств утверждают, что пластинчатые аппараты: - практически не загрязняются или загрязняются незначительно; химический состав воды, а также скорости движения теплоносителей при этом не указываются; - легко разбираются; - быстро чистятся; способы очистки не указываются; - не имеют никаких проблем при ремонте и сборке.

Эти данные, по нашему мнению, дают только качественную характеристику вопросов эксплуатации пластинчатых аппаратов без какого-либо указания конкретных параметров и режимов их работы, без сопоставления с аналогичными данными для кожухотрубных аппаратов и, опять же, носят в основном рекламный характер. При этом в большинстве вышеприведенных работ указывается, что ремонт и очистку пластинчатых аппаратов желательно осуществлять силами специализированных организаций, фактически – поставщиками (изготовителями) аппаратов.

Считаем, что такая постановка важнейших вопросов эксплуатации пластинчатых теплообменных аппаратов (ремонт и очистка) принципиально неправильна, т.к. практически исключает оперативный ремонт аппаратов силами эксплуатационного (ремонтного) персонала.

Необходимо иметь в виду, что существующая на ТЭС РФ система технического обслуживания энергооборудования регламентируется рядом нормативных документов и предполагает проведение персоналом станций работ по оперативному контролю состояния этого оборудования и его ремонту. Применительно к теплообменным аппаратам ПТУ к таким работам относятся периодические испытания аппаратов, сопоставление параметров их состояния с нормативными характеристиками, устранение мелких неисправностей, очистку аппаратов и (часто) замену (отглушение) трубок.

Претензии изготовителей пластинчатых теплообменников на полное сервисное обслуживание аппаратов, включая оценку состояния, устранения незначительных неполадок и очистку, делает станцию заложником предприятия-изготовителя аппаратов, увеличивая стоимость технического обслуживания одного элемента паротурбинных установок.

Кроме того, по мнению ряда специалистов, анализировавших весь комплекс сравнительных показателей пластинчатых аппаратов в сравнении с кожухотрубными, именно в условиях эксплуатации пластинчатых аппаратов проявился целый ряд принципиальных факторов, негативно их характеризующих:

- пластинчатые аппараты, работающие на сетевой воде (в системах теплоснабжения) и на циркуляционной воде (известны отдельные случаи применения их в качестве маслоохладителей), загрязняются гораздо быстрее кожухотрубных (на ряде объектов разборку и чистку аппаратов пришлось осуществлять через каждые (!) 12-14 часов работы); при этом подчеркивается, что чистить их существенно труднее;

- для химической промывки (очистки) пластинчатых аппаратов нужны дорогие промывочные растворы и специальные (как правило – фирменные) промывочные устройства;

- разборка, ремонт и сборка пластинчатых аппаратов является очень трудоемким и дорогостоящим процессом и в основном определяется необходимостью установки новых прокладок, которые очень дороги (до 30 % стоимости аппарата), имеют сложную форму и протяженность в десятки раз большую, чем у кожухотрубных аппаратов (при этом общее количество разборок – сборок аппаратов ограничено); кроме того указывается, что для выполнения всех этих работ требуется высококвалифицированный, специально обученный персонал;

- на случай аварийного нарушения герметичности пластинчатых аппаратов их необходимо закрывать защитными кожухами (экранами) специальных конструкций а под аппараты устанавливать специальные лотки, что осложняет доступ к аппаратам и их ремонт; такие кожухи (экраны) и лотки, как правило, поставляют заводы-изготовители аппаратов;

- необходимы большие дополнительные площади в цехах вблизи пластинчатых аппаратов для их ремонта, т.к. нужна их полная разборка для организации ревизии всех элементов конструкции; в этом случае эффект относительно лучшей компактности пластинчатых аппаратов по сравнению с кожухотрубными фактически сводится "на нет";

- уровень тепловой эффективности пластинчатых аппаратов не превышает аналогичных показателей для современных кожухотрубных аппаратов, а стоимость пластинчатых аппаратов выше (по данным [22], например, в 3 раза), чем у кожухотрубных при одинаковой величине поверхности теплообмена (F ? 400 м2);

- известен явно отрицательный опыт эксплуатации примерно 30 пластинчатых аппаратов (в основном – в различных системах горячего теплоснабжения в коммунальных хозяйствах как минимум 10 городов и поселков РФ), когда после непродолжительного периода их использования (не более 1-2 лет), аппараты были демонтированы и заменены на кожухотрубные; имеются данные об отрицательном опыте применения пластинчатых аппаратов и за рубежом (Англия, Франция, Италия);

- общая эксплуатационная надежность пластинчатых аппаратов существенно ниже, чем у кожухотрубных; например, в ряде крупных европейских городов не разрешается установка разборных пластинчатых аппаратов (за исключением особых случаев) из-за их низкой надежности.



В дополнение к вышеизложенному считаем необходимым сформулировать также ряд собственных соображений авторов настоящей статьи.

1. Отсутствуют представительные данные по результатам сравнительных балансовых испытаний пластинчатых и кожухотрубных аппаратов одинаковой поверхности теплообмена в условиях эксплуатации (по типу межведомственных). Отдельные ссылки на такие данные дают лишь качественную оценку и носят откровенно рекламный характер.

2. Отсутствуют нормативные документы (ОСТы, РД, РТМ и т.п.), регламентирующие методики расчета и эксплуатации пластинчатых аппаратов. Во всех известных материалах (публикациях) разработчики – поставщики аппаратов предлагают обращаться по всем вопросам к разработчикам. Такая постановка вопроса с нашей точки зрения принципиально недопустима, т.к. не позволяет объективно оценить уровень разработок (как научный, так и инженерный). Кроме того, невозможно провести поверочный расчет аппаратов применительно к конкретным условиям эксплуатации и, следовательно, сопоставить реальные показатели работы аппаратов с расчетными.

3. Нет оценки уровня разработок и реализации (внедрения) пластинчатых аппаратов в сравнении с кожухотрубными с позиций принятых в энергетике критериев (см. выше). Приводимые различными разработчиками пластинчатых аппаратов данные противоречивы, а отдельные (например, данные по общей надежности работы аппаратов и их гидродинамическому сопротивлению в различных условиях эксплуатации) вызывают большие сомнения.

Не отрицая принципиальную возможность применения (использования) пластинчатых аппаратов в отдельных случаях, например, в системах коммунального хозяйства ЖКХ при технически чистой воде, считаем, что современное состояние разработок и не поддающийся систематизации опыт эксплуатации пластинчатых теплообменных аппаратов (разрозненный и чаще всего противоречивый), при практически полном отсутствии такого опыта в энергетике, показывает нецелесообразность в настоящее время применения пластинчатых аппаратов в схемах ПТУ (на ТЭС).

Необходима координация работ всех заинтересованных сторон в проведении совместных комплексных исследований пластинчатых теплообменных аппаратов, прежде всего, с позиций принятых в энергетике критериев.