Разработка и производство
теплообменного оборудования
  • Главная
  • Статьи
  • Модернизация подогревателей — улучшение технических показателей

Модернизация подогревателей — улучшение технических показателей

2017.04.06

Директор по тех. политике     Валиулин С.Н.
Главный конструктор            Бурдастов Н.Н.

Пароводяные подогреватели серии ПП по ГОСТ 28679 и ОСТ 108.271.165-76 теплоснабжения можно встретить в каждой паровой котельной. Широкое распространение пароводяные подогреватели получили вследствие дешевизны, простоты, малой требовательности к качеству нагреваемой воды.

Благодаря большому внутреннему объему и свободной компоновке трубного пучка эти теплообменники прощают некоторые ошибки проектировщиков. Например, они достаточно успешно могут эксплуатироваться без регуляторов уровня.

В то же время ряд конструктивных особенностей, оправданных во времена разработки этих аппаратов, и определяющих существенные недостатки подогревателя пароводяного ПП, на наш взгляд, должны быть критически проанализированы.

    1. ОСТ 108.271.165-76 предусматривает в подогревателях ПП применение трубной системы с трубками ДКРХМ 16×1 ЛО70-1 ГОСТ 21646-76, либо Л-68 ГОСТ 21646-76 и ГОСТ 494-76.

При этом трубные решетки изготавливаются из углеродистых сталей по правилам ПБ03-576-03. С точки зрения технологичности и надежности вальцованных соединений в момент приемочных испытаний эти конструкции удовлетворительны.

Однако во время эксплуатации разнородные металлы в месте вальцовки в присутствии воды, являющейся электролитом, образуют электрохимические коррозионные пары. Результатом этого является разрушение материала трубок, называемое обесцинкиванием или коррозионным растрескиванием. Поврежденные трубки не поддаются ремонту. Попытки подвальцовки дают кратковременный результат или оказываются бесполезными.

Скорость коррозионного разрушения концов трубок сильно зависит от качества подготовки воды. Так деаэрированная и химподготовленная вода обеспечивает ресурс вальцованных соединений 12…15 лет. Однако сетевая вода, в соответствии с очень не жесткими требованиями Сан-ПиН 2.1.4.559 96 проходит слабую химподготовку, либо не проходит ее вообще. В результате срок жизни трубок может составить 5…7 лет.

Данный эффект распространяется не только на вальцованные соединения трубок. Мы встречали примеры электрокоррозионного разрушения трубок в местах контакта со стальными трубными перегородками и узлами крепления пароотбойников.

    1. Важными элементами, обеспечивающими безаварийную работу подогревателя ПП, являются паро-влагоотбойные перфорированные листы, установленные над теплообменными трубками в местах подвода пара. В системах теплоснабжения ПП по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 паро-влагоотбойные листы крепятся непосредственно к теплообменным трубкам с помощью прижимных пластинок и болтового соединения.  При этом
      • ударная и вибрационная нагрузка, воспринимаемая паро-влагоотбойниками, передается на теплообменные трубки, которые на это не рассчитаны. В известных методах расчета пароводяных бойлеров вообще нет раздела учета нагрузки от ударновибрационной нагрузки, передаваемой с паро-влагоотбойников.
      • крепление с помощью прижимных пластин не обеспечивает надежной фиксации паро-влагоотбойников. По мере эксплуатации эти элементы смещаются со своего штатного места, оставляя беззащитными трубки теплообменников.

Практика показывает, что это конструктивное решение является не удачным. В результате трубки при подаче влажного пара не выдерживают нагрузки и ломаются, теряют плотность и прочность вальцованные соединения.

    1. Трубные пучки по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 имеют всего по две полуперегородки. Безопорные участки теплообменных труб при этом составляют 1,0…2,0 метра.

Практика показывает, что жесткости таких безопорных участков недостаточно. Трубки имеют очень низкую собственную частоту колебаний. В результате трубки при вибрационных нагрузках и гидроударах ломаются, теряют плотность крепления, провисают. Ситуация эта часто усугубляется тем, что перегородки из-за ненадежного зажимного крепления часто смещаются, оставляя безопорными участки более 2,0 метров.

  1. Провисание трубок опасно не только тем, что при этом формируются недопустимые напряжения трубок в местах вальцовки, но и тем обстоятельством, что при механической очистке трубок твердыми шарошками или сверлами возможны сквозные повреждения трубок.
  2. Передние трубные решетки трубных пучков по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679 не имеют центрирующих элементов кроме неглубоких проточек под прокладки по периферии. В результате затруднен монтаж пучков в корпусах, а при демонтаже пучков легкое осевое смещение приводит к падению пучка внутри корпуса и удару трубок о корпус, что часто сопровождается их повреждением.

На основе данного критического анализа нами предложен вариант модернизации трубных пучков ПП в соответствии с вновь разработанным ТУ 4933-007-58660970-2009.

Модернизированные пароводяные пучки имеют посадочные и присоединительные размеры по ОСТ 108.271.165-76 и ГОСТ 28679. Теплогидравлические характеристики базовых вариантов модернизированных пучков так же соответствуют указанным нормативным документам.

Пароводяные ПП

В конструкцию пучков внесены следующие изменения:

1. Для базового варианта трубных пучков в качестве материала для труб, трубных решеток и других конструктивных элементов применена коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т (AISI 321).

Это позволило исключить электрохимическую коррозию в элементах новых пучков, увеличить их прочность на 25 %, уменьшить скорость образования накипных отложений. Расчетный ресурс новых трубных пучков составляет 25 лет. Опыт эксплуатации новых трубных пучков в течение 7 лет подтверждает расчетную динамику изменения прочностных, структурных и других изменений, заложенных в расчет при оценке ресурса.

2. Для защиты трубок трубного пучка от динамического воздействия влажного пара в районе подводящего парового патрубка над трубками установлен перфорированный лист из стали 12Х18Н10Т толщиной 3 мм.

(Рис.1) Лист закреплен методом сварки непосредственно на передней трубной решетке.

Опыт эксплуатации показал чрезвычайную эффективность такой защиты. Так годичная эксплуатация модернизированного пучка ПП1-6-1,0-II-и при подаче в подогреватель пароводяной скоростного потока пароводяной смеси со степенью сухости х=0,4…0,7 показала 100% сохранность трубок, их плотности и прочности несмотря на очень мощное динамическое воздействие, о чем при осмотре говорил пяти-миллиметровый прогиб защитного листа.

3. Для увеличения жесткости трубного пучка и повышения частоты собственных колебаний трубок в модернизированном пучке установлены четыре полуперегородки из нержавеющей стали толщиной 3 мм.(Рис.1)

В результате, с учетом замены материала увеличена поперечная жесткость трубок, и амплитуды колебаний от различных динамических нагрузок уменьшены в 4 раза.

Для обеспечения надежности и прочности крепление перегородок выполнено при помощи дополнительно установленных технологических трубок методом сварки. Провисание либо искривление трубок после 7 лет эксплуатации не зафиксировано.

4. Для удобства центрирования трубного пучка в корпусе, а также безопасного демонтажа на передней трубной решетке установлены центрирующие кронштейны-опоры и центрирующая шпилька. (Рис.2)

С целью удобства монтажа и демонтажа трубного пучка, исключения «закусывания» трубного пучка в корпусе и повреждения перегородок, в нижней части трубного пучка установлена опора скольжения. (Рис.3)
Доска трубная неподвижная, Доска трубная подвижная, Перегородка, Трубка теплообменная, Отбойник

Рис. 1. 1 — Доска трубная неподвижная, 2 — Доска трубная подвижная, 3 — Перегородка, 4 — Трубка теплообменная, 5 — Отбойник.

центрирующие кронштейны-опоры и центрирующая шпилька

Рис. 2.

опора скольжения

Рис. 3.

5. Предусмотрены два варианта исполнения теплообменных труб: с гладкой поверхностью и профилированные кольцевыми плавноочерченными выступами.

Профилированные теплообменные трубы обеспечивают при эксплуатации в 1,5…2.0 раза замедленный темп образования слоя загрязняющих отложений и увеличенный на 20…25% коэффициент теплопередачи, что соответственно гарантирует увеличенную и стабильную теплопроизводительность подогревателя ПП ТУ 4933-007-58960970-2009 в течение отопительного периода.

6. Для удаления накипных и иных отложений с поверхности теплообменных труб используются следующие виды очистки:

  • химочистка
  • механическая очистка щетками-шарошками
  • механическая очистка высверливанием

Химочистка подогревателя пароводяного производится растворами кислот, коррозийно безопасных по отношению к аустенитным нержавеющим сталям, например, растворам азотной кислоты. Основные требования к техпроцессу химической очистки приведены в руководстве по эксплуатации подогревателя ПП по ТУ 4933-007-58960970-2009.

Очистка щетками-шарошками производится в случаях значительного загрязнения внутренней поверхности трубок отложениями средней твердости.

Щетки-шарошки (Рис. 4) опционально поставляются ООО «Гидротермаль». Для удобства работы щетками-шарошками они при помощи резьбового соединения крепятся к шомполу длиной 2…3 м. Шомпол с шарошкой приводится во вращение ручной электродрелью со скоростью 600…1200 об/мин. Стойкость шарошек и эффективность очистки выше при подаче в очищаемую трубку небольшого количества воды.

Механическая очистка высверливанием применяется в случаях с очень значительным загрязнением трубок теплообменника твердыми отложениями. Отметим, что для подогревателя эта ситуация не редкость и связана она с высокой температурой пара, которая инициирует накипеообразование с участием солей сильных кислот, отличающихся высокой твердостью и химической стойкостью.

Высверливание целесообразно производить сверлами диаметром 13,0…13,5 мм с закругленными краями режущих кромок (Рис. 5). Хвостовик сверла целесообразно проточить на диаметр 8…9 мм и методом сварки или пайки медьсодержащими сплавами (КМЦ 3-1; МНЖКТ 5-1-0,2-0,2; и др.) соединить с шомполом диаметром 6…9мм.

Трубки ПП по ТУ 4933-007-58960970-2009 в течение всего срока эксплуатации сохраняют прямолинейность, а металл трубок высокую твердость. В связи с этим поверхность трубок при высверливании не повреждается в отличие от стандартных аппаратов по ГОСТ 28679 и ост 108.271.165-76.

Таким образом, модернизационные мероприятия позволили значительно улучшить большинство важных эксплуатационных показателей известных ПП, в т.ч.

  • ресурс увеличен в 1,5…2,0 раза
  • теплопроизводительность увеличена на 20…25%
  • ремонтно-эксплуатационные затраты уменьшены в 1,5…2,0 раза.

 

Модернизация подогревателей — улучшение технических показателей
Рис. 4

Модернизация подогревателей — улучшение технических показателей
Рис. 5