автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование методов проектирования и исследования теплообменных аппаратов системы теплоснабжения

На правах рукописи

005017262

УШАКОВ ВИКТОР ЕВГЕН] ВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.23.03. - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование

воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень-2012

1 О М/";! Т-->

005017262

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Илюхин Константин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Степанов Олег Андреевич

кандидат технических наук Баранов Василий Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Институт «Нефтегазпроект»

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.272.01 при Тюменском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного архитектурно-строительного университета (ТюмГАСУ).

Автореферат разослан_апреля 2012 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим отправлять в адрес диссертационного совета ТюмГАСУ, тел./факс 8-(3452)-43-39-27.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Я. А. Пронозин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время все больше внимания уделяется проблеме энергосбережения в системе централизованного и децентрализованного теплоснабжения (ТС) потребителей. Решение проблемы позволит стабилизировать систему оплаты за теплоносители за счет снижения скрытых потерь тепловой энергии. Источники потерь располагаются: на тепловой электроцентрали (ТЭЦ) из-за неэффективной работы подогревателей сетевой воды и сетевых насосов; в теплосетях, в которых потери достигают, а иногда и превышают 20% от объема передаваемого тепла с ТЭЦ; на тепловых пунктах (ТП) из-за неэффективной работы теплообменных аппаратов. Поэтому наблюдается непрерывный рост финансовых затрат потребителя из-за повышения тарифов на тепловую энергию.

Одним из путей решения проблемы энергосбережения является обеспечение надежной и эффективной работы теплообменного оборудования как централизованной, так и децентрализованной системы ТС за счет внедрение на ТЭЦ и ТП совершенствованных методов проектирования и исследования эффективности теплообменных аппаратов (ТА) системы теплоснабжения.

В настоящее время зарубежные и совместные проектные организации поставляют отечественному потребителю многообразие пластинчатых теплообменников, не представляя полную информацию по техническим характеристикам пластин и каналов. Заказчику предоставляется спецификация пластинчатого теплообменника, которая содержит результаты теплотехнических расчетов теплоносителей, количество ходов, общее количество каналов. Проверить достоверность проектных расчетов и оценить фактическую эффективность ТА затруднительно.

В связи с этим несомненна актуальность теоретических и экспериментальных исследований режимов работы ТА с целью получения научно обоснованных результатов для совершенствования методов проектирования и исследования эксплуатирующихся ТА.

Объект исследования: теплообменные аппараты: кожухотрубные сетевые подогреватели горизонтального типа (ПСГ), эксплуатирующиеся на ТЭЦ и пластинчатые теплообменные аппараты (ПТА), эксплуатирующиеся на ТП.

Предмет исследования: методы проектирования и исследования режимов работы теплообменников.

Цель: повышение эффективности работы аппаратов, за счет совершенствования методов их проектирования и исследования режимов работы ТА.

Задачи исследований:

- выполнить анализ конструкций и теплотехнических характеристик аппаратов, их неисправностей, систем контроля и диагностики;

- выполнить аналитическое исследование существующих методик проектирования и исследования режимов работы ТА с целью обоснования достоверности новых формул и модернизации методик;

- провести экспериментальные исследования эксплуатационных режимов работы ТА и усовершенствовать методику проектирования ПТА;

- оценить технико-экономическую эффективность работы теплообменников с целью обоснования своевременного обслуживания и ремонта.

Обоснованность и достоверность исследований. Обоснованность подтверждается тем, что методологическими основами исследований являются известные законы и методы теории тепломассообмена, технической термодинамики и теплопередачи, экономико-математические методы. Достоверность обеспечиваются сопоставлением аналитических и экспериментальных результатов с другими результатами, известными в научной и справочной литературе, использованием метрологически обеспеченной штатной и дополнительной измерительной аппаратуры.

Связь с тематикой научно — исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана НИР вуза по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации № 2.06 «Разработка концепции надежности и энергосбережения оборудования системы теплогазо-снабжения в условиях Западной Сибири», а также в рамках комплексных программ «Энергетическая стратегия России» и «Энергосбережение России».

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- обоснована достоверность модернизированных формул для расчета ТА;

- усовершенствована методика проектирования ПТА, разработаны методики определения эффективности режимов работы кожухотрубных и пластинчатых ТА;

- модернизирована методика оценки технико-экономической эффективности эксплуатации ТА с целью обоснования своевременной их чистки или замены.

На защиту выносятся совершенствованные методы проектирования и исследования режимов работы теплообменников.

Практическая ценность и реализация работы. В усовершенствованной методике проектирования и исследования ПТА используются полученные уравнения для прямого расчета средней скорости теплоносителей, поэтому не требуется последовательных приближений, которые используются в классическом проектном расчете ТА и не принимается скорость равной w = 0,4 м/с, как в СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». Поэтому результаты проектирования ПТА становятся эффективнее, а при внедрении методик эксплуатационный персонал может отслеживать тренд основных параметров в зависимости от технического состояния ТА и своевременно принимать меры для его восстановления.

Совершенствованные методы для ПТА внедрены в ПИИ ОАО «Газтурбосер-вис», г. Тюмень, а методы исследования режимов работы сетевых подогревателей с целью обоснования своевременной их чистки или замены внедрены на Тюменской ТЭЦ-1. Разработанные методы используются в учебном процессе для студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Личный вклад автора. Модернизированы алгоритмы проектирования ПТА и разработаны термодинамические модели режимов работы ТА, позволяющие по изменениям параметров определять основные показатели аппаратов (средняя скорость теплоносителей, коэффициент теплопередачи, поверхность теплообмена, коэффициент рекуперации, безразмерная удельная тепловая нагрузка аппаратов, число единиц переноса теплоты и др.); проведены экспериментальные исследования, обработка и анализ их результатов; выполнена оценка технико-экономической эффективности работы теплообменников с целью обоснования своевременного их обслуживания и замены теплообменных элементов.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI и VII конференциях молодых учёных, аспирантов ТюмГАСУ, Тюмень, 2006-2007г.г.; на Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири», Тюмень, 2007-2009г.г.; на региональных научно - практических конференциях 2007-2009г.г.; на расширенных заседаниях кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» ТюмГАСУ 2008-2010 г.г. Опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, четыре раздела, общие выводы и результаты, список литературы из 84 наименова-

ний. Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, в том числе 17 рисунков, 25 таблиц и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи, научная и практическая значимость решаемых задач, дана краткая характеристика работы.

В первом разделе анализируются конструкции, характеристики, неисправности, контроль и диагностика кожухотрубчатых подогревателей сетевой воды, как источника тепловой энергии для централизованного теплоснабжения, и пластинчатых теплообменных аппаратов для ТС и горячего водоснабжения (ГВС) городских потребителей. Проектированию ТА и исследованию режимов работы теплообменников посвящены работы известных ученых: Аронсон К.Э., Белоконь Н.И., Богословский В.Н., Бодров В.И., Бродов Ю.М., Зингер Н.М., Калинин Э.К., Мигай В.Г., Моисеев Б.В., Поршаков Б.П., Степанов O.A., Чистович С. А., Шаповал А. Ф., Шабаров А.Б. и др.

Подогреватели сетевой воды (рис. 1) эксплуатируются на тепловых электроцентралях.

Рис.1 Подогреватель сетевой воды ПСГ-2300-2-8-1 1- поворотная водяная камера; 2 - линзовый компенсатор; 3 - корпус подогревателя; 4 - входная (передняя) водяная камера; 5 - слив конденсата

Сетевая вода с температурой 40-Н70 °С на входе в ПСГ подается с помощью

сетевых насосов, расположенных на ТЭЦ, в прямую тепловую сеть с температурой 70Н-120 °С, откуда подается в тепловые пункты (ТП) городских потребителей.

Пластинчатые теплообменные аппараты (ПТА) представляют собой аппараты, поверхность теплообмена которых образована из тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью (рис. 2).

ВЫ

®у

л

6)1

!

i' ^

т

Рис. 2 Пластинчатый теплообменник а) - общий вид, б) - в разобранном виде; 1 - основная плита, 2 - пакет пластин, 3 - прижимная плита, 4 - верхняя направляющая, 5 - нижняя направляющая, 6 - опора, 7 - стяжные шпильки и гайки

Неисправности ПСГ вызываются эрозионным и коррозионным износом (примерно в 70% случаев) и вибрацией трубок (примерно 25% случаев). Неисправности пластинчатых ТА вызываются коррозионным износом после 1-2 лет эксплуатации, загрязнением внутренней полости пластин.

Для ведения оперативного контроля и регулирования режимов работы ПСГ и пластинчатые ТА комплектуются контрольно-измерительными приборами и устройствами автоматической сигнализации и защиты.

Во втором разделе выполнен анализ существующих методик проектирования пластинчатых теплообменных аппаратов и установлено, что нет уравнений для прямого расчета средней скорости теплоносителей в ПТА. Она принимается, как в СП-41-101-95 (wi = 0,4 м/с), или рассчитывается методом последовательных приближений, как в классическом проектном расчете. Поэтому, используя уравнение H.H. Белоконя, Вт:

2(г, -Л)

— 1 | 2

W. W, (KF)

и выполнив ряд математических преобразований получили формулу, Вт/°С:

Расшифровка условных обозначений приведена в автореферате на стр. 19.

Для расчета коэффициента теплопередачи ПТА необходимо определить средние скорости IV; греющего (ГТ) и и'2 нагреваемого (НТ) теплоносителей. В результате математических преобразований получили модернизированные формулы: - для прямого расчета средней скорости, м/с:

■ГТ и>, =

Рг,

8 7' С ■ Рг,0 68 ■ Я, 0т • АР, .¿Г Рг'¿'■ВгУГ-СггЬ-р?

АРГВ2-МГРІ

1+^Д Р2 ВГМ2-РЇ;

2 \ 0.2655

Рг,

С Д0.2036 ^ ^0,7964

^ ЛЛ^0,49505

Л,

Л2У

(3)

НТ:

АР1 • В2 • й

0,25 ,,0.25

АР2 • В1 ■ ¿3°225 • V,0'25 ■ М 2 ■ Р? ;

0.36364

(4)

где С- эмпирический коэффициент, входящий в уравнение Нуссельта и завися щий от типа пластины; у = 0,89 -г 0,9 - коэффициент, учитывающий термиче ское сопротивление стенки пластины;

- для расчета коэффициента теплопередачи, Вт/м2-°С:

-ГТ к = -

(5); -ИТ (6)

Поверхность теплообмена, эксплуатирующихся теплообменных аппаратов,

рассчитывалась по известным уравнениям, м2:

_ , . „ 4-/0-Ь-т-Х трубчатая г пластинчатая/7 =-2-или ^ =2/(К От) (7)

Дополнительно получили: - коэффициент рекуперации: Я = 1-

0_

1,-Т,

(В)

- безразмерная удельная тепловая нагрузка аппарата: £ = —— =< 1 (9)

число единиц переноса теплоты:

АТС/ =

1-Я

(10)

где - меньшее значение водяного эквивалента теплоносителя, У/=М-С

Для проверки достоверности полученных формул использовали исходные

данные; технические характеристики пластин и результаты расчета ПТА с пластинами 0,3, представленными в монографии Зингера Н.М., Тарадай A.M., Бар-миной JI.C.: «Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения».

Исходные данные: F0=20 м2; Xi=X2=l; Lnpi=Lnp2=l,12 м; Mi=30 т/ч; М2=35 т/ч; у= 0,89; В!=В2=19,3; С=0,1; d3l=d32=0,008мм; t,=80°C; t2=60°C; Ti=46°C; т2=63,2 °С; ДРі=8338 Па; ДР2=10889 Па.

Расче/и:Срі=4199,8Дж/кг-°С; Ср2=4194Дж/кг-°С; рі=976,4 кг/м3; р2=983,5кг/м3; 0m=15,36°C; Vi=0,41-10"6m2/c; v2=0,5M0"6 м2/с; à ,=0,65 8 Вт/м-°С; 12=0,645 Вт/м-°С; Pri=2,5; Pr2=3,l; PrCT=2,77; Wi0=0,228 м/с; w20=0,257m/c; Q0=699996 Вт; Ко =2389 Вт/м2-°С (данные из монографии Зингера Н.М).

1. По уравнениям (3; 4): w, =0,224 м/с; w2 = 0,253 м/с

2. Погрешность расчета: <5| =| U'10 " "'' • 1001= 1,75 %; S2 =| Н'20 ' U'2 • 1001= 1,6 %

3. По уравнению (6 ): К = 2137 Вт/м2- °С; S, =| К° ~К-1001= 11,7 %

к0

4. По уравнению (7 ): F = = 21,32 м2; S4 =| F°~F -1001= 6,6 %

15,35 699996(1-0,548) „ соп 0,589 ,,

5 R = 1——— = 0,548- 6. є =---— = 0,589; 7. NTU =-= 1,3

80-46 ' 15,35-8,333-4199,8 1-0,548

Результаты расчета погрешностей по скорости ГТ и HT (до 2%), по К - 12% , по F - 7% показывают, что достоверность полученных формул (3; 4; 5) удовлетворительна. Формулы могут использоваться для проектирования пластинчатых аппаратов, а также для эксплуатационного контроля их параметров.

В настоящее время зарубежные и совместные проектные организации не выдают заказчику полную информацию по техническим характеристикам пластин и каналов пластинчатых теплообменников.

Заказчику предоставляется спецификация ПТА. Поэтому был разработан алгоритм и получены результаты расчета технических характеристик пластин и каналов применительно к ПТА FR-14-73-1 фирмы «Функе - Тюмень».

По исходным данным (табл. 1), техническим характеристикам пластин и каналов выполнялась проверка проектного расчета аппарата FR-14-73-1 фирмы «Функе - Тюмень» и аппарата с пластинами 0,3 (Украина).

Таблица 1 - Исходные данные и результаты теплового расчета ПТА

Параметр Размерность тип пластины

НШ* ИШ** РК]4*** 0,3* 0 з***

Вт 585200 700000

м, /м2 т/ч 8,83 / 25,23 30/35

и/ь °С 120/ 63 80/60

Т1 /12 °С 60/80 46 / 63,2

АР, / ДР2 Па 6867/31209 7320/9410

К3 Вт/м2оС - 3890 - - 2383

& - - 1,579 - - 2,38

¿31 /<3э2 м / м 0,0031 /0,00525 0,008 / 0,008

в,/в2 - 10,57/14,96 19,3 /19,3

бет / ^ст м2оС/Вт 0,0004/15 0,001 /15,87

Го1 / 1о2 м2 / м2 0,00029 / 0,00045 0,0011/0,0011

Р,/Р2 м2 / м2 0,14 0,3

Ь-'пр! / 1"Пр2 м / м 0,587/0,8 1,12/1,12

у/С - 0,89/0,116 0,89/0,1

результаты расчета

®т °с 14,28 15,36

0)1 м/с 0,22 0,205 0,221 0,228 0,224 0,2281

- - 2005 2149,5 4343 4375 4453

- - 1,579 1,552 2,38 2,373 2,363

- - 32,96 40,22 64,93 65,6 66,41

Вт м2-°С 8813 7156,5 8733 5413 5391 5461

м/с 0,5 0,467 0,501 0,257 0,253 0,2571

Ке2 - - 5986 6414,1 3954 3882 3946

- - 1,7 1,672 2,43 2,445 2,435

N112 - - 87,85 107,2 71,72 70,7 71,6

0-2 Вт м2 ■ °С 13592 11009 13431 5854 5690 7326

чист К Вт ■ м2"С 4679 4121 3887 3304 4637 4090 2389 2389 2357 2279 2382 2382

лг°С ■ Вт

чнгт Ррассч м2 м2 8,76 9,94 10,54 12,4 8,8 10 20 20 19,4 20 20 19,98

Примечание: FR-14*; 0,3* - исходные данные (табл. 1) и результаты расчета ПТА (табл. 2) по алгоритмам фирм-изготовителей; FR-14**; 0,3** - исходные данные и результаты расчета, включающие принятые значения К3 и по методике из литературного источника; FR-14***; 0,3*** - исходные данные и результаты расчета по модернизированной методике.

По результатам расчета табл. 1 видно, что погрешности теплового расчета по классической и модернизированной методике в пределах: 1-=-2% по скорости для пластин 0,3 и FR-14, что говорит о достоверности разработанной методики теплового расчета аппаратов; 20 - 23% по скорости, для пластин FR-14.

Суть модернизации СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» для расчета ПТА заключалась в следующем: по исходным данным выполнялся прямой расчет средней скорости (w) ГТ и НТ по модернизированным формулам (3; 4), вместо того, чтобы принимать w=0,4 м/с, как в СП 41-101-95. Соотношение ходов, расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, поверхности теплообмена аппарата, потерь напора теплоносителей в аппарате выполнялся по формулам СП 41-101-95 для ПТА. Все расчёты выполнялись в Excel. В виде примера использованы исходные данные табл. 1, а результаты расчёта представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты расчета ПТА по СП 41-101-95

Пара- Размер- тип пластины

метр ность FR14* FR14** FRJ4*** 0,3* 0,3** 0 з***

°С 14,28 15,36

С01 м/с 0,22 0,384 0,221 0,228 0,379 0,2281

ctl Вт лг-°С 8813 12389 8817 5413 8348 5764

0)2 м/с 0,5 1,098 0,50 0,257 0,442 0,2571

СС2 Вт м2°С 13592 24280 13595 5854 8602 5792

Кт Вт 4679 6730 4681 2389 3344 2444

К рассч м2 - °С 4121 5634 4123 2279 2275 2268

Fmm м2 8,76 6,1 8,75 20 ш 18,65

F 9,94 7,27 9,94 20 20 20

Q„ Q рассч кВт 585,3 584,9 585,2 584,9 584,9 585,23 733,8 700 698,6 700 700,1 700

Из табл.2 видно, что погрешности расчета по методике СП 41-101-95 и модернизированной методике в пределах 38 - 43% по скорости, что говорит о несходимости результатов расчета. Однако модернизированная методика СП 41-101-95 расчета в сравнении с методикой фирмы «Функе-Тюмень» дает погрешность расчета 1-2%, что говорит о достаточной достоверности методики.

В третьем разделе для подтверждения достоверности методик и алгоритмов, разработанных в диссертационной работе, был проведен эксперимент. Базой для проведения эксперимента являлся тепловой пункт спортивного комплекса Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Автоматизированный тепловой пункт состоит из трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, теплосчетчика ТЭМ-104, работающего с поверенным первичным преобразователем расхода ПРП-Ду-80; пластинчатых теплообменников производства фирмы «Функе-Тюмень»; датчиков для средств местного и дистанционного измерения параметров давления и температур (рис. 3).

4

1 - основной ПТА отопительной системы; 2 - резервный теплообменник; 3 - регулирующий клапан; 4 - блок управления; 5 - датчик температуры; 6 - датчик температуры наружного воздуха; 7 - датчик давления; 8 - фильтр грязевой; 9 - расходомер; 10 - узел учета тепла; 11 - задвижка.

Дополнительно использовался портативный расходомер-счетчик ультразвуковой портативный УРСВ «ВЗЛЕТ ПР», ЗАО «ВЗЛЕТ», г. Санкт-Петербург. При-

бором измерялся средний объемный расход теплоносителей.

Исходные данные для расчета эксплуатационных режимов работы БЯ-14-73-1 по совершенствованной методике при 100%, 50% и 25% теплопроизводительности от номинального значения приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Исходные данные для расчета различных режимов работы ПТА

Теплопроизводительность

100% 50% 25%

кВт 585,2 305,184 139,929

М|/М2 8,83 / 25,23 6,08/19,95 5,58 / 19,7

11 Иг 120 / 63 89/46 60/38

/ т2 60/80 44/57 37/43

ДР,/ДР2 6867/31209 3700/21233 3550/23100

В табл. 4 представлены результаты теплового расчета номинального и эксплуатационных режимов работы аппарата ИЯ-14-73-1.

Таблица 4 - Результаты расчета режимов работы аппарата

Теплопроизводительность

100% 50% 25%

вш, °С 14,28 10,82 5,647

Ш1/Ш2 0,221/0,501 0,149/0,388 0,135/0,381

Ке,/Яе2 2149,5/6414,1 1089,1 /3624,4 721,2/2832,6

?1/?2 1,552/ 1,672 1,84/1,93 2,04 / 2,05

/N112 40,22/ 107,2 27,86 / 80,999 23,77 / 73,32

а) / аг 8733/ 13431 5894,3 / 9862,4 4889,6 / 8760

Кчнс / Кзаг, 4637 / 4090 3359/2821 2895,7 / 2487

Рчист / Рзагр 8,8/10 8,4 / 9,99 8,56 / 9,96

И 0,762 0,7596 0,7545

8 0,9436 0,9543 0,9362

эти 3,965 3,97 3,82

По данным табл. 3 и 4 построена номограмма изменения теплотехнических характеристик теплообменника БИ-14-73-1, представленная на рис. 4.

0.75 0,76 0.77 В

Рис. 4. Номограмма изменения теплотехнических характеристик РЯ-14-73-1

Для контроля режимов работы эксплуатируемых теплообменных аппаратов использовались разные варианты методов:

- классический метод поверочного расчёта пластинчатых теплообменников;

- метод, содержащий:

- расчет средней скорости греющего теплоносителя:

2 ■ дрт ■Рп

г л0-25 ш ■ Йг) • № г- Ри Рп -УГ •рі •£„„■

АР, А Р2

где о/\ = —— + —— - относительные потери давления; "и 12

- модернизированный классический метод, который использовался для контроля режимов работы эксплуатируемых пластинчатых теплообменных аппаратов. Суть метода представлена на стр. 12-14 автореферата.

В четвертом разделе выполнен расчет эффективности работы сетевых подогревателей ПСГ-5000-3,5-8-П и ПСГ-2300-2-8-1, которые эксплуатируются на Тюменской ТЭЦ-2 и ТЭЦ-1, по исходным данным, полученным с помощью штатных контрольно-измерительных приборов (КИП).

Основу алгоритма расчета составляли известные уравнения ученых фирмы Метрополитен - Виккерс (США) и УРФУ им. Б. Н. Ельцина г. Екатеринбург.

Модернизация алгоритма и методики исследования подогревателей выполнена за счет использования полученного уравнения (6) для нагреваемого теплоносителя (НТ), которое позволяет исключить часть расчетов по уравнениям вышеуказанных ученых. Для сравнительной оценки по коэффициенту теплопередачи получена погрешность расчета 5К = 1 %.

Исходные данные и результаты расчета ПСГ представлены в табл.5.

Таблица 5 - Исходные данные и результаты расчета ПСГ-5000-3,5-8-П

Обозначение Размерность Энергоблок Примечание

1 2 3

ПСГ-1 ПСГ-1 ПСГ-1

N д/N ,01д J х шт/цгг 7007/546/4 Данные завода

шт 15 23 0 Акты ремонта

N'"s/Q- Ю"6 шт/Вт 6992/116,42 6984/165,47 7007/180,7

L/d„ /dB„ м/м/м 9,0/0,025/0,023 Данные завода

F - pao .и2 4940 4934 4950

м. т/ч 3425,25 4230,8 4553,04 Данные штатных КИП

T1 / T2 °С/°С 55,5/84,7 52,8/86,4 52,0/86,1

А/ A - 0,85/0,97 Данные УРФУ

A - 0,98243 0,98241 0,98247 в =1-0,225-^^ И*

К Вт л~Пс 16,3 Данные УРФУ

Продолжение табл. 5

результаты расчета

м/с 1,343 1,660 1,780 М-Х ~ (Ал 3,6-1 " 1-ЛГ ..р ^ \ ) г™

Ко Вт м2°С 3889 4317 4464

Ко* Вт м2 -°С 3150 3497 3616 = 0,85 • Д, • Д, • Ко

К" Вт 2690 2940 3023

м- "С 1 3 —-0,716331(Г5 К 4,

б! °С 1,086 1,874 2,162 л = Тг~ 2,72 м, с" -1

©т °С 8,773 11,425 12,094 0т = -г.

Кф Вт лг-°С 2692 2942 3025 к К'/.-^-с^-ъУа ф х-^г.-в,

6К % 0,05 0,068 0,066 к

р м1 4928 4923 4939

5Р % 0,23 0,22 0,21 дг. = Рр"*~Р-100

Я - 0,710 0,678 0,667

8 - 0,966 0,947 0,94

эти - 3,33 2,94 2,82

Была выполнена оценка технико-экономической эффективности работы ПСГ с целью обоснования своевременной их чистки или замены. Исходные данные и результаты расчёта эффективности ПСГ-5000-3,5-8-П представлены в диссертации. Обоснованы и уточнены сроки чистки и замены трубных пучков сетевых подогревателей Тюменской ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в результате оценки энергозатрат на подогрев сетевой воды, связанных с перерасходом электроэнергии на привод сетевых насосов при увеличении гидравлического сопротивления трубного пучка, с перерасходом пара из-за снижения коэффициента теплопередачи и с перерасходом топливного газа. Технико-экономический эффект от своевременной замены трубных пучков до 10 млн. руб./год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Установлено, что в известной научной и справочной литературе нет уравнений для прямого расчета средней скорости теплоносителей при проектировании пластинчатых теплообменников системы теплоснабжения и горячего водоснабжения. Она рассчитывается методом последовательных приближений, как в классическом проектном расчете или принимается, как в СП-41-101-95 (Ш) = 0,4 м/с).

2. Получены достоверные уравнения для прямого расчета средней скорости теплоносителей (\¥), коэффициента теплопередачи (К), поверхности теплообмена (Б) ПТА. Доказана сходимость с данными Зингера Н.М. в монографии «Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения» в результате расчета погрешности по скорости ГТ и НТ до 2 %, по К - 12 % , по Б - 7 % для пластин 0,3 (Украина).

3. Доказано, что метод последовательных приближений классического проектного расчета пластинчатых теплообменных аппаратов в сравнении с данными фирмы «Функе-Тюмень» дает погрешность расчета 20 - 23%, а по методике, представленной в СП 41-101-95 - 38% - 43%.

4. Усовершенствованы методики расчета эффективности эксплуатирующихся сетевых подогревателей и методики проектирования ПТА в результате использования прямого расчета средних скоростей теплоносителей с погрешностью расчета 2-5%. Разработка выполнена на основе уравнения теплового баланса и принципа совмещения гидравлических и геометрических характеристик аппаратов с характеристиками теплоносителей, а также ряда математических преобразований.

5. Получены уравнения коэффициента рекуперации теплообменных аппаратов, а также уравнения безразмерной удельной тепловой нагрузки аппаратов и числа единиц переноса теплоты, которые зависят от коэффициента рекуперации и использовались для контроля режимов работы пластинчатых и трубчатых тепло-обменных аппаратов в системе теплоснабжения.

6. Обоснованы и уточнены сроки чистки и замены трубных пучков ПСГ в результате оценки энергозатрат на подогрев сетевой воды, связанных с перерасходом электроэнергии на привод насосов при увеличении гидравлического сопротивления трубного пучка, с перерасходом пара из-за снижения коэффициента теплопередачи. Технико-экономический эффект от своевременной замены трубных пучков в одном сетевом подогревателе до 10 млн. руб./год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ: В журналах, рекомендованных ВАК России:

1.Ушаков В.Е. Разработка алгоритма расчета теплообменных аппаратов/Илюхин К.Н., Чекардовский С.М.//Вестник ТГАСУ, Томск, 2008.-№1.-С.124-129.

2.Ушаков В.Е.Определение коэффициента рекуперации пластинчатых и трубчатых теплообменных аппаратов системы теплоснабжения / Илюхин К.Н., Чекардовский М.Н., Чекардовский С.М. // Приволжский научный журнал № 4(12). Периодическое научное издание. Н.Новгород, ННГАСУ, 2009. - С. 66-69.

3.Ушаков В.Е. Прямой расчет средней скорости теплоносителей в пластинчатых теплообменных аппаратах/Чекардовский М. Н., Ильин В. В., Чекардовский С. М., Илюхин К. Н.//Приволжский научный журнал № 4(12). Периодическое научное издание. Н.Новгород, ННГАСУ, 2011. - С. 100-104.

В других печатных изданиях:

1. Ушаков В.Е. Технико-экономическая эффективность при внедрении методов и средств контроля и диагностики теплообменных аппаратов / Чекардовский С.М., Илюхин К.Н. // Сборник Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири». - Тюмень: ООО «РИФ «КоЛеСо», 2007г. - С. 106-111.

2. Ушаков В.Е. Разработка модифицированной формулы расчета коэффициента теплопередачи горизонтального подогревателя сетевой воды / Сб. матер. Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» // Чекардовский М.Н., Щербаков А.Е., Илюхин К.Н - Тюмень: ТюмГАСУ, 2008г. - С. 216-219.

3. Ушаков В.Е. Модернизированная методика теплового расчета эксплуатируемых пластинчатых теплообменников / Чекардовский М.Н., Илюхин К.Н. // Сб. матер. Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» - Тюмень: 2008г. - С. 220-223.

4. Ушаков В.А. Анализ методов теплового расчета теплообменных аппаратов / Чекардовский С. М., Илюхин К.Н., Хамидов A.C. // Материалы Всероссийской НПК « Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири ». - Тюмень: ООО «РИФ «КоЛеСо», 2007. С. 123 - 126.

5. Ушаков В.Е. Разработка методов определения эффективности работы теп-лообменных аппаратов в системе теплоснабжения/ Чекардовский М.Н., Чекардов-ский С.М., Илюхин К.Н.//- Тюмень: Изд-во ТГСХА, 2009. - 145с.

6. Ушаков В.Е. Методика подбора пластинчатых теплообменных аппаратов. Сб. матер. Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» - Тюмень: 2010г. - С. 64-69.

7. Ушаков В.Е. Разработка концепции надежности и энергосбережения системы теплоснабжения в условиях Западной Сибири/ Чекардовский М.Н., Щербаков А. Е., Чекардовский С.М., Илюхин К.Н., Рагозина А. В.// Отчет по госбюджетной НИР в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы». Рег. номер 01200606992: 2010г. - 75 с.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

и \У2 - водяные эквиваленты греющего теплоносителя (ГТ) и нагреваемого теплоносителя (НТ), Вт/°С; Б- площадь поверхности теплообмена, м2;К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2-°С; ^ и ^ - температуры входа и выхода ГТ, °С; т, и т2 -температуры входа и выхода НТ, °С; 0т - среднелогарифмическая разность температур теплоносителей, °С; н>/ и и'2 - средние скорости движения ГТ и НТ, м/с; Рг! и Рг2 - число Прандтля ГТ и НТ; Ргст - число Прандтля воды при средней температуре стенки пластины; и Х2- коэффициенты теплопроводности ГТ и НТ, Вт/м-°С; с1Э1 и (1э2 - эквивалентные диаметры канала ГТ и НТ, м; В1 и В2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа пластины; V) и у2 - кинематические вязкости ГТ и НТ, м2 /с; СР1 и Ср2 - удельные средние массовые теплоемкости ГТ и НТ,Дж./кг-°С; АР, и ДР2 - разность давлений по ГТ и НТ, Па; р\ и р2 - плотности ГТ и НТ, кг/м3; М! и М2 - массовый расход ГТ и НТ, т/ч; X, и Х2 - число ходов ГТ и НТ в аппарате; Ьпр1 и Ьпр2 - приведенная длина канала ГТ и НТ, м; т, и т2 - общее количество каналов по ГТ и НТ в одном ходе; ^ и f2 - площадь поперечного сечения аппарата, м2; Г0| и Г02 - площадь поперечного сечения одного канала по ГТ и НТ, м2; П, и П2 - смачиваемый периметр канала, м2; с_\ и с2 - коэффициент общего гидравлического сопротивления по ГТ и НТ аппарата; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-°С); А1 и Ах -разность температур ГТ и НТ, °С; N - количество трубок или пластин, шт; Р - давление, Па; 81 - недогрев сетевой воды, °С; £л и ¡;2- коэффициент общего гидравлического сопротивления по ГТ и НТ аппарата; (3 - поправочный коэффициент.

Изд. лицензия № 02884 от 26.092000г. Подписано в печать Формат 60x90 1/16. Печать цифровая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз.

РИО ТюмГАСУ,625001, Тюмень, ул. Луначарского, 2

ЧйК 69 4л 12-5/3636

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.23.03. - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование

воздуха, газоснабжение и освещение

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., доцент Илюхин Константин Николаевич

Тюмень - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ........................................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................6

РАЗДЕЛ 1. КОНСТРУКЦИИ, НЕИСПРАВНОСТИ, КОНТРОЛЬ

И ДИАГНОСТИКА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ..................................10

1.1. Конструкции и характеристики теплообменных аппаратов..........................10

1.1.1. Подогреватели сетевой воды................................................................................................10

1.1.2. Пластинчатые теплообменные аппараты..................................................................15

1.2. Характерные неисправности теплообменных аппаратов................................22

1.2.1. Неисправности подогревателей сетевой воды......................................................22

1.2.2. Неисправности пластинчатых теплообменников................................................27

1.3. Контроль и регулирование режимов работы теплообменников............31

1.4. Системы технической диагностики теплообменников..................................41

Выводы по разделу 1....................................................................................................................................49

РАЗДЕЛ 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ

РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ..................................................................51

2.1. Жизненный цикл теплообменных аппаратов..............................................................51

2.2. Обоснование достоверности новых формул теплового расчета................54

2.3. Совершенствованная методика проектного расчета пластинчатых теплообменных аппаратов системы теплоснабжения..................................................70

2.3.1. Тепловой расчёт пластинчатых теплообменников............................................75

2.3.2. Конструкторский расчёт.....................................................................................................79

2.3.3. Поверочный расчёт пластинчатых теплообменников....................................81

2.3.4. Гидравлический расчёт..............................................................................................................83

2.3.5. Модернизированный алгоритм и результаты проектирования пластинчатых теплообменников................................................................................................................84

2.4. Совершенствованная методика проектного расчета пластинчатых

теплообменников по СП 41-101-95........................................................................................................................88

Выводы по разделу 2..................................................................................................................................94

РАЗДЕЛЗ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ..........................96

3 Л. Исследования аппаратов тепловых пунктов..............................................................96

3.2. Методы контроля режимов работы эксплуатируемых теплообмен-

ных аппаратов.........................................................................................104

Выводы по разделу 3..................................................................................................................................106

РАЗДЕЛ 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ

АППАРАТОВ......................................................................................................................................................108

4.1. Методика расчета сетевых подогревателей горизонтального типа... 108

4.2. Показатели эффективности работы аппаратов..........................................................117

4.3. Конструктивные, режимные и эксплуатационные факторы, влияющие на эффективность работы аппаратов................................................................................123

4.4. Методика расчета эффективности работы теплообменников....................127

Выводы по разделу 4....................................................................................................................................135

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ..............................................................................136

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................................137

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Исходные данные теплообменников ПСГ-2300-2-8-1... 145

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Результаты расчета ПСГ-2300-2-8-1............................................146

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчет срока чистка трубного пучка............................................147

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Расчет эффекта от замены трубного пучка............................148

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Результаты расчета теплообменника FR-14-73-1 и

0,3 по классической и совершенствованной методике........................................149

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Результаты расчета FR-14-73-1 по СП-41-101-95............153

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Результаты экспериментальных исследований

FR-14-73-1 при 25+100% номинальной теплопроизводительности..............155

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Акты внедрения..............................................................................................158

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПТА - пластинчатый теплообменный аппарат;

ПСГ - подогреватель сетевой воды (горизонтального типа);

ТС - теплоснабжение;

ГВС - горячее водоснабжение;

Ср - средняя удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг-°С; В, (1 - диаметр, м;

Ра - площадь поверхности теплообмена ПТА, м ;

М, в - массовый расход, кг/с;

Ъ - удельная энтальпия (теплосодержание), Дж/кг;

АР, АН - потери напора в аппарате, Па;

2

К - коэффициент теплопередачи,

Вт/м-°С;

Ь, 1 - длина, м;

№ - число Нуссельта, N11=01-ё/А,;

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -°С);

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С);

N - количество трубок или пластин, шт;

Р - давление, Па;

Рг - число Прандтля;

С) - количество теплоты, Вт;

q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м ;

Я - термическое сопротивление, м -°С /Вт;

11е - число Рейнольдса, Ле = \у-с1Л/;

\у - средняя скорость движения теплоносителя, м/с;

V - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя, м /с;

1 - температура греющего теплоносителя, °С;

х - температура нагреваемого теплоносителя, С;

51 - недогрев воды, °С;

X - число ходов теплоносителя в теплообменном аппарате;

Б - гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата, Па-с2/м6;

^ - коэффициент общего гидравлического сопротивления аппарата;

С, - коэффициент местных сопротивлений;

П - смоченный периметр канала теплоносителя, м;

р - плотность, кг/м3;

Р - поправочный коэффициент.

Индексы:

в - вода; п - пар;

вн - внутренний; н - наружный (диаметр); состояние насыщения;

б - больше; м - меньше; ном - номинальный;

1 - вход теплоносителя; 2 - выход теплоносителя;

доп - допускаемое;

загр - загрязнение;

кр - критический;

пр - приведенный.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все больше внимания уделяется проблеме энергосбережения в системе централизованного и децентрализованного теплоснабжения (ТС) потребителей. Решение проблемы позволит стабилизировать систему оплаты за теплоносители за счет снижения скрытых потерь тепловой энергии. Источники потерь располагаются: на тепловой электроцентрали (ТЭЦ) из-за неэффективной работы подогревателей сетевой воды и сетевых насосов; в теплосетях, в которых потери достигают, а иногда и превышают 20% от объема передаваемого тепла с ТЭЦ; на тепловых пунктах (ТП) из-за неэффективной работы теплообменных аппаратов.

Одним из путей решения проблемы энергосбережения является обеспечение надежной и эффективной работы теплообменного оборудования как централизованной, так и децентрализованной системы ТС за счет внедрение на ТЭЦ и ТП совершенствованных методов проектирования и исследования эффективности теплообменных аппаратов (ТА) системы теплоснабжения.

В настоящее время зарубежные и совместные проектные организации поставляют отечественному потребителю многообразие пластинчатых теплообменников, не представляя полную информацию по техническим характеристикам пластин и каналов. Заказчику предоставляется спецификация пластинчатого теплообменника, которая содержит результаты теплотехнических расчетов теплоносителей, количество ходов, общее количество каналов. Проверить достоверность проектных расчетов и оценить фактическую эффективность ТА затруднительно.

В связи с этим несомненна актуальность теоретических и экспериментальных исследований режимов работы ТА с целью получения научно обоснованных результатов для совершенствования методов проектирования и исследования эксплуатирующихся ТА.

Исследованию режимов работы и технического состояния теплообменников посвящены работы известных ученых: Аронсон К.Э., Белоконь Н.И.,

Богословский В.Н., Бодров В.И., Бродов Ю.М., Зингер Н.М., Калинин Э.К., Мигай В.Г., Моисеев Б.В., Поршаков Б.П., Соколов Е. Я., Степанов O.A., Чистович С. А., Шаповал А. Ф., Шабаров А.Б. и др.

Исследования и практические работы по применению трубчатых и пластинчатых теплообменников (ПТА) для систем ТС и ГВС проводятся во «Всероссийском дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническом научно-исследовательском институте» (ОАО «ВТИ» г. Москва). Разработка и исследования ПТА были сосредоточены в институте УкрНИИхим-маш (г. Харьков), а их производство - на Павлоградском заводе химического машиностроения Днепропетровской области (Украина).

В течение длительного времени ПТА производятся фирмой «Альфа Jla-валь» (Швеция), которая является ведущей в мире по их изготовлению. В настоящее время в городах России создано много совместных и отечественных предприятий для изготовления, монтажа и эксплуатации теплообменников. Опыт эксплуатации пластинчатых теплообменников позволил перевести в России новое строительство тепловых пунктов на использование ПТА и продолжить модернизацию кожухотрубных аппаратов.

Объект исследования: теплообменные аппараты (ТА): кожухотрубные сетевые подогреватели горизонтального типа (ПСГ), эксплуатирующиеся на тепловых электроцентралях (ТЭЦ) и пластинчатые теплообменные аппараты (ПТА), эксплуатирующиеся на тепловых пунктах (ТП).

Предмет исследования: методы проектирования ТА и исследования режимов работы теплообменников.

Цель: повышение эффективности работы ТА за счет модернизации методов их проектирования и исследования режимов работы теплообменников.

Задачи исследований:

- выполнить анализ конструкций и теплотехнических характеристик те-плообменных аппаратов, их неисправностей, систем контроля и диагностики;

- выполнить аналитическое исследование существующих методик проектирования и исследования режимов работы ТА с целью обоснования дос-

товерности новых формул и модернизации методик;

- провести экспериментальные исследования эксплуатационных режимов работы ТА и усовершенствовать методику проектирования ПТА;

- оценить технико-экономическую эффективность работы теплообменников с целью обоснования своевременного обслуживания и ремонта.

Обоснованность и достоверность исследований. Обоснованность подтверждается тем, что методологическими основами исследований являются известные законы и методы теории тепломассообмена, технической термодинамики и теплопередачи, экономико-математические методы. Достоверность обеспечиваются сопоставлением аналитических и экспериментальных результатов с результатами, известными в научной литературе, использованием метрологически обеспеченной измерительной аппаратуры.

Связь с тематикой научно - исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана НИР ТюмГАСУ по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации № 2.06 «Разработка концепции надежности и энергосбережения оборудования системы теплогазоснабжения в условиях Западной Сибири», а также в рамках целевой комплексной программы «Энергетическая стратегия России» и Федеральной целевой программы «Энергосбережение России».

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- получены модернизированные формулы для прямого расчета средних скоростей теплоносителей в ПТА и доказана их достоверность;

- усовершенствована методика проектирования ПТА, разработаны методики определения эффективности режимов работы кожухотрубных и пластинчатых ТА;

- усовершенствована методика оценки технико-экономической эффективности эксплуатации теплообменников с целью обоснования своевременного обслуживания и ремонта.

На защиту выносятся совершенствованные методы проектирования и исследования эффективности работы теплообменников.

Практическая ценность и реализация работы. В усовершенствованной методике проектирования и исследования ПТА используются полученные уравнения для прямого расчета средней скорости теплоносителей, поэтому не требуется последовательных приближений, которые используются в классическом проектном расчете ТА и не принимается скорость равной = 0,4 м/с, как в СП 41-101-95. Поэтому результаты проектирования ПТА становятся эффективнее, а эксплуатационный персонал может отслеживать тренд основных параметров. Совершенствованные методы для ПТА внедрены в ПИИ ОАО «Газтурбосервис», г. Тюмень, а методы исследования режимов работы сетевых подогревателей с целью обоснования своевременной их чистки или замены внедрены на Тюменской ТЭЦ-1. Разработанные методы используются в учебном процессе для студентов специальности 270109 «Теп-логазоснабжение и вентиляция».

Личный вклад автора. Усовершенствован алгоритм проектирования ПТА и разработаны термодинамические модели режимов работы ТА, позволяющие по изменениям параметров определять характеристики аппаратов, проведены экспериментальные исследования и обработка их результатов.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI и VII конференциях молодых учёных, аспирантов ТюмГАСУ, Тюмень, 2006-2007г.г.; на Всероссийской НПК «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири», Тюмень, 2007-2008г.г.; на региональных научно - практических конференциях 2007-2009г.г.; на расширенных заседаниях кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» ТюмГАСУ 2009-2011г.г.

Опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, реферируемых ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, четыре раздела, общие выводы и результаты, список литературы из 84 наименований. Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, в том числе 17 рисунков, 25 таблиц и 8 приложений.

РАЗДЕЛ 1. КОНСТРУКЦИИ, НЕИСПРАВНОСТИ, КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ТЕИЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

1.1 Конструкции и характеристики теплообменных аппаратов 1.1.1 Подогреватели сетевой воды

В настоящее время для подогрева сетевой воды применяют теплофикационные подогревательные установки поверхностного типа, что позволяет исключить смешение теплоносителей. Качество сетевой воды, прокачиваемой через поверхность нагрева сетевых подогревателей, значительно ниже качества конденсата пара турбин, поэтому в сетевой воде, несмотря на предварительную обработку, могут присутствовать продукты коррозии, соли жесткости и другие примеси. Таким образом, обеспечение высокой плотности сетевых подогревателей является важной задачей конструирования. Греющий пар омывает трубки поверхности теплообмена снаружи, а сетевая вода циркулирует внутри трубок.

В зависимости от температурного графика теплосети подогрев воды в основных сетевых подогревателях осуществляется от 40-70 °С до 70-120 °С.

В качестве греющей среды может использоваться пар под давлением ниже барометрического, что ужесточает требования к высокой плотности сетевых подогревателей и вызывает необходимость применения устройств воз-духоудаления [1].

По конструкции различают сетевые подогреватели вертикального и горизонтального типов. Например, маркировка ПСГ-2300-2-8-1 обозначает горизонтальный сетевой подогреватель с площадью поверхности теплообмена 2300 м , расчетным избыточным давлением в паровом пространстве 0,196 МПа, в водяном пространстве - 0,78 МПа, первой модификации.

Горизонтальные сетевые подогреватели входят в состав отопительных установок крупных теплофикационных турбин изготовления АО ТМЗ и АО

ЛМЗ и производятся этими же заводами.

Горизонтальные сетевые подогреватели (ПСГ) располагаются непосредственно под цилиндрами турбины. ПСГ представляет собой пароводяной, поверхностный, горизонтальный кожухотрубный теплообменный аппарат, состоящий из корпуса с приваренными к нему водяными камерами и центральным трубным пучком из прямых трубок, развальцованных с обеих сторон в трубных досках, опирающихся на промежуточные перегородки [1, 46].

Трубный пучок расположен с эксцентриситетом относительно продольной оси корпуса, что позволяет создать в зоне, прилегающей к месту ввода пара, симметричный клиновой раздающий коллектор, охватывающий пучок, распределяющий пар по его периферии и обеспечивающий равномерный доступ пара внутрь пучка с примерно одинаковой скоростью.

Для компенсации температурных расширений трубного пучка на корпусе подогревателей со стороны поворотной водяной камеры устанавливаются линзовые компенсаторы.

Поворотная камера служит для перепуска потока сетевой воды из одного хода в другой. Передняя (входная) водяная камера служит для подвода и отвода сетевой воды. Ходы образуются перегородками в передней и поворотн�