Теплообменник УМПЭУ заменяет бойлеры А. Ф. Недугов, канд.техн.наук, М. А. Куркулов, ООО «Прессмаш» (г. Миасс Челябинской обл.)
В настоящее время для подогрева воды в системах водоподготовки, теплоснабжения и горячего водоснабжения широко используются водогрейные котлы, пароводяные кожухотрубные подогреватели, пластинчатые теплообменники. Наличие в природной воде растворенных минеральных солей приводит к образованию на их поверхностях наг-рева трудноудаляемой накипи, ухудшающей передачу тепла нагреваемой воде. Это приводит к значительному увеличению расхода пара на нагрев и перерасходу топлива. Напри-мер, слой накипи толщиной в 3 мм поглощает 25% тепловой энергии, а если на стенках котла или бойлера наросло 13 мм, то теряется уже 70% тепла, при этом отложения толщи-ной 10 мм нарастают менее чем за год. Очистка внутренних каналов теплообменника от накипи - дорогостоящий и трудоемкий процесс. Наиболее остро эта проблема стоит в системах химической очистки воды (подогрев исходной воды перед осветлителями, катионитными фильтрами, декарбонизаторами и т.д.).

    Указанные недостатки удалось устранить ООО «Прессмаш» при создании теплообменника смесительного типа «УМПЭУ» путем применения новых технологий подогрева воды паром, исключающих как образование накипи в теплообменнике, так и шум, присущий известным струйным аппаратам. Теплообменник УМПЭУ является струйным подогревателем воды, в котором рабочим телом является нагреваемая вода, а инжектируемым - пар. Поступающая на вход теплообменника нагреваемая вода разделяется на два потока: первый поступает в разгонное сопло , служащее для создания местного разрежения в потоке, а второй (в объеме до 10%) - по байпасному трубопроводу поступает в камеру предварительного смешения пара и воды , установленную на подводе пара. В камере предварительного смешения происходит дросселирование пара, орошение пара водой с помощью струйных форсунок , и завихрение двухфазной смеси генераторами вихря . Далее двухфазная смесь, имеющая вихревую структуру, поступает в зону разрежения , созданную соплом, и конденсируется на турбулентной водяной струе , нагревая тем самым поток воды. Пульсации давления нагретого потока демпфируются в гасителе пульсаций . Эф­фект демпфирования достигается за счет упругости газов над свободной поверхностью воды  в емкости гасителя, отделенной от основного потока проницаемой стенкой.

Работы по созданию теплообменника УМПЭУ были начаты в 1999 году. К настоящему времени выпущено и запущено в промышленную эксплуатацию свыше ста УМПЭУ различного назначения диаметрами от 50 до 400 мм. Результаты их эксплуатации в течение нескольких лет и отзывы энергетиков показали, что УМПЭУ с успехом заменяет бойлеры, пластинчатые подогреватели, водогрейные котлы в системах теплофикации промышленных предприятий и коммунальной сферы, имея перед ними следующие преимущества:

-  в УМПЭУ не образуются отложения   накипи  внутри  теплообменника вследствие    высокой    турбулизации потоков и их вихревой структуры; по отзывам энергетиков, «это идеальное решение для подогрева исходной сырой воды в системах ХВО»;

-  в   УМПЭУ   отсутствуют   потери, связанные с передачей тепла от пара к воде, так как в них нет поверхностей теплообмена в виде тонкостенных трубок и пластин, а внутренняя энергия пара передается воде без потерь в результате смешения пара и воды (коэффициент передачи тепла близок к единице и сохраняется неизменным в процессе длительной работы);

-  при  применении  УМПЭУ выводится из эксплуатации система сбора конденсата;

- исключаются затраты на ремонт, замену трубных пучков, их чистку, повышается надежность, т.к. УМПЭУ изготовляются из бесшовных стальных труб и штампованных деталей трубопроводов.

На основании положительных результатов промышленной эксплуатации в течение нескольких лет в различных климатических условиях в различных тепловых системах (водоподготовка, теплоснабжение, ГВС, деаэрация, утилизация отработавшего пара, подогрев перегретой воды, вентиляция) Ростехнадзором России выдано разрешение на серийное изготовление и применение УМПЭУ на опасных производственных объектах для IV категории трубопроводов пара и горячей воды согласно ПБ 10-573-03. Производство УМПЭУ налажено в г. Миассе Челябинской области на предприятии ООО «Прессмаш». Модельный ряд выпускаемых теплообменников позволяет нагреть практически любой расход воды (см. таблицу).

Максимальный подогрев воды одним УМПЭУ составляет 30°С. Для увеличения тепловой мощности устанавливают последовательно два УМПЭУ (подогрев на 60°С).

Греющий пар может быть как острым, так и отработавшим, причем допускается использовать пар с давлением как большим, так и меньшим (на 0,5 - 1,0 атм) давления нагреваемой воды. Это позволяет использовать УМПЭУ также и для утилизации отработавшего пара (выпара) при решении задач энергосбережения и экологии.

Опыт применения УМПЭУ

УМПЭУ использовались для нагревания воды в системах химической очистки воды, деаэрации, отопления, ГВС, вентиляции, утилизации отработавшего пара, технологических процессах подогрева перегретой воды на резинотехнических производствах.

Подогрев исходной воды в системе химической очистки

Возможность работы без накипи делает УМПЭУ незаменимым устройством для подогрева исходной сырой воды, идущей на химводоочистку. Опыт эксплуатации двух УМПЭУ Ду200 в теплосиловом цехе ХВО №1 Саткинского комбината «Магнезит» с мая 2000 года показал, что ни разу с начала непрерывной эксплуатации не потребовалась их остановка для чистки. По результатам работы этих установок позднее были заменены бойлеры в ХВО № 2 на два УМПЭУ Ду100 мм, а один подогреватель Ду 50 мм был установлен для отопления административного здания комбината.

 Подогрев перегретой воды

Взамен пароводяных подогревателей в автоклавном производстве на резинотехническом заводе РТИ-1 ОАО «Балаковорезинотехника» установлен подогрева-тель УМПЭУ Ду150 мм (рис. 2), обеспечивающий подогрев перегретой воды в закрытой системе: температура воды 160-170°С, давление 1,6 МПа, расход воды 100-110 т/ч, подогрев воды 1-5°С. Отклонение температуры воды в контуре составляет ±0,5°С. Факти-ческий расход пара 160-200 кг/ч. Несмотря на периодические резкие падения давления перегретой воды в контуре на 0,2-0,4 МПа (период заполнения автоклава), УМПЭУ работает устойчиво. Срок окупаемости 4 месяца.

Горячее водоснабжение (ГВС)

 Для обеспечения горячего водоснабжения населения южной части города Миасс Челябинской области ООО «Прессмаш» была спроектирована и изготовлена установка УМПЭУ Ду 80 мм с двухступенчатым вводом пара в питьевую воду с целью ее нагрева-ния с 5-10°С до 65-70°С. Каждая ступень обеспечивает непрерывный подогрев текущего расхода воды 45-55 т/ч на 30°С. УМПЭУ была установлена в 2001 году взамен пароводяного теплообменника, стоимость ремонта которого превышала цену приобретения и монтажа установки. УМПЭУ подключено к паровой гребенке через задвижку Ду150 мм и обратный клапан. Каждая из ступеней подключена к паропроводу, давление в котором 0,25-0,35 МПа, через вентили Ду100 мм, служащие для регулирования подачи пара, и, соответственно, температуры нагретой воды в каждой ступени. Вода из хозпитьевого водопровода, смешанная с обратной водой из городской системы ГВС подается на вход в УМПЭУ под давлением 0,3-0,4 МПа. Подогретая вода выходит из УМПЭУ в аккумуляторный бак.

 Система теплоснабжения

УМПЭУ Ду 400 мм была установлена на ОАО «Балаковорезинотехника» в дополнение к существующей системе отопления бойлерами в ноябре 2004 года. В процессе эксплуатации УМПЭУ в течение двух отопительных сезонов выяснилось, что при давлении воды 0,62-0,63 МПа, расходе нагреваемой воды 700-725 т/ч, давлении пара 0,6-0,61 МПа, расход пара составил 29-32 т/ч, а подогрев воды составил 28-30°С. Это позво-лило поднимать температуру воды на выходе из установки до 98°С (в обычном режиме 48-85°С) и обеспечить требуемый режим теплоснабжения предприятия при по­нижении температуры наружного воздуха до минус 30°С, что особенно было актуально холодной зимой 2006 года. Данная установка окупилась за один отопительный сезон. Экономический эффект от внедрения составляет 2,5-3,0 млн рублей в год в зависимости от среднезим-ней температуры наружного воздуха. Причем, чем ниже температура, тем выше эконо-миический эффект. Несмотря на то что система отопления завода является закрытой, существуют потери и несанкционированный водоразбор в количестве 8-12 т/ч. Совместная работа УМПЭУ и бойлеров позволила свести к минимуму потери конденсата и поддерживать качество воды в системе отопления в пределах нормы.

В ЗАО «Нефтехимия» (г. Новокуйбышевск) УМПЭУ Ду 400 мм была установлена в октябре 2003 года для нужд теплоснабжения. Предварительно были проведены расчеты, которые показали хорошие результаты автономного теплоснабжения по сравнению с теплоснабжением от ТЭЦ (расчетная экономия 2,2 млн рублей за отопительный сезон), при этом дополнительно исключаются потери тепла при транспортировке, отпадают проблемы, связанные с учетом тепла на ТЭЦ. В процессе эксплуатации выявлено, что расход нагреваемой воды составляет 1000-1200 т/ч, температура сетевой воды (от 45 до 95°С) задается в зави­симости от температуры окружающей среды и регулируется подачей пара. Подогрев воды составлял 5-11°С, что соответствует теплопотреблению отопитель-ной системы завода и еще оставался двукратный запас. Давление сетевой воды изменяя-лось от 0,4 до 0,9 МПа (по проекту, 0,6-0,7 МПа) и, несмотря на отклонения от регламен­та, работа УМПЭУ была устойчивой. Несмотря на то что система завода является закры-той, существует нелегальный водоразбор. При малых тепловых нагрузках дисбаланс устраняется подпиткой химочищенной водой, а при средних и выше появляется избыток, который направляется в технологический цех для приготовления питательной воды для котлов-утилизаторов.

Наибольший эффект от применения УМПЭУ может быть получен при реализации его двойного назначения: например, подогрев речной воды перед осветлителем отработавшим паром (ОАО «ПОЛИЭФ» г. Благовещенск республика Башкортостан. Срок окупаемости УМПЭУ Ду 300 мм 4 месяца). Другим примером может служить отопление цеха по производству лапши быстрого приготовления утилизируемым отработавшим паром (УМПЭУ Ду 50 мм, г. Хабаровск).

Особенности включения УМПЭУ в тепловую систему мало отличаются от требований по включению других теплообменников: для регулирования тепловой мощности изменяют расход пара, например, регулирующим клапаном; на подводе пара устанавли-вают обратный клапан. Для отсечки пара при прекращении подачи воды (авария теплосе-ти, отключение насоса или электроснабжения и т.п.) на подводе устанавливают отсечной клапан. На выходе УМПЭУ создают прямолинейный участок трубы длиной несколько десятков калибров. Для закрытой системы теплоснабжения предусматривают систему поддержания постоянного давления воды на входе в УМПЭУ.

При использовании теплообмен­ников УМПЭУ в тепловых системах и системах химической водоподготовки исходной воды котельных и ТЭЦ достигается ощутимый экономический эффект. Практика это подтверждает.
 

Модельный ряд теплообменников, выпускаемых на предприятии ООО «Прессмаш»

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

Рис. 2. УМПЭУ 07.00.000(Ду 150мм)

с.21-22

Оборудование. Регион №12 (29) декабрь 2006