Пластинчатые теплообменники

Внутренний (котловой) контур заполнен химически очищенной водой с жесткостью не более 200 мкг•экв/кг. При отсутствии утечек во внутреннем контуре и исправной работе системы компенсации температурных расширений, выполненной на базе мембранных расширительных баков (МРБ), подпитка контура практически не требуется, что обеспечивает отсутствие накипеобразования и коррозии на поверхностях нагрева котлов и теплообменников (со стороны котлового контура).

Внешний (сетевой) контур подпитывается водой, в которую непрерывно дозируется реагент-ингибитор накипиобразования и коррозии (марки «Аква-М» или ОЭДФ-Zn). Дозирование осуществляется установкой СДР-5 (изготовитель – ОАО «Аква-Хим», г. Тверь).

Непосредственно в процессе пуска в эксплуатацию и в последующих отопительных сезонах 2001-2003 гг. наше предприятие столкнулось с серьезными трудностями, выразившимися в невозможности передачи требуемого количества тепла через ПТО и, следовательно, в невозможности поддержания проектного температурного

графика в тепловых сетях ряда котельных при низких температурах наружного воздуха – приблизительно при -15 °С и ниже. Как показало проведенное обследование, причина заключалась в интенсивном загрязнении поверхности нагрева теплообменников по сетевой стороне продуктами коррозии железа (г. Дзержинск) и накипью (г. Сергач). В качестве иллюстрации на рис. 3 – представлена фотография образца отложений, извлеченного из теплообменника в г. Сергач, на рис. 4 –фотография пластины, извлеченной из теплообменника в г. Дзержинске.

Загрязнение теплообменников также оказывало негативное влияние на гидравлический режим тепловых сетей. При расчетном гидравлическом сопротивлении теплообменников 0,4 кгс/см2, фактическое его значение достигало 2,0-2,5 кгс/см2, после чего теплообменники поочередно подвергались разборке и механической чистке. Механическая очистка пластинчатого теплообменника оказалась сложной и длительной по времени операцией (очистка 1 теплообменника бригадой из 3-х человек занимала 6-8 ч.), что в условиях отопительного сезона приводило к ограничению подачи тепла потребителям.

Ситуация усугублялась также тем обстоятельством, что из-за большого расхода подпитки (до 10 раз больше норматива) длительное время не удавалось наладить надежное функционирование систем реагентной водоподготовки. Качество сетевой воды в первый год эксплуатации не отвечало никаким нормам и на ряде котельных было таким, что теплообменники загрязнялись в течение 2-3 недель.

Нескончаемый поток жалоб от потребителей поставил под сомнение саму идею реконструкции котельных, в ходе которой производилась замена устаревшего оборудования – чугунно-секционных котлов на современные автоматизированные жаротрубные котлоагрегаты, пластинчатые теплообменники и пр.

 

2.3 Опыт борьбы с загрязнениями пластинчатых теплообменников

В сложившихся условиях с февраля 2002 г. на предприятии была развернута планомерная работа по анализу причин нарушений в работе теплообменников и разработке мероприятий по стабилизации теплового и гидравлического режимов отпуска тепловой энергии.

На первом этапе был организован непрерывный мониторинг химического состава исходной и сетевой воды по основным показателям (прозрачность по шрифту, содержание железа, рН, жесткость, концентрация реагента и др.), налажен контроль состояния загрязненности теплообменников по простейшему показателю - перепаду давления.

Анализ полученной информации по результатам работы в отопительных сезонах 2001 -02 гг. и 2002-03 гг. позволил сделать выводы об истинных причинах, приводящих к быстрому загрязнению пластинчатых теплообменников. В г. Сергач исходная, а, следовательно, и сетевая вода, имеет высокую жесткость (15-20 мг•экв/кг). Этим определяется ее высокая склонность к накипеобразованию и сравнительно низкая коррозионная агрессивность (индекс стабильности положительный). При этом исходная вода прозрачна, не содержит большого количества механических примесей и железа. Вследствие низкой интенсивности процессов коррозии трубопроводы теплосетей и внутренних систем отопления не загрязнены большим количеством железо-окисных отложений, скопившихся за предыдущий период эксплуатации.

Поэтому, отложения на поверхностях нагрева твердые, от светло-серого до коричневого цвета, состоят на 80% из карбоната кальция с вкраплениями твердых частиц продуктов коррозии железа. Толщина слоя отложений достигала 0,6-0,8 мм. Скорость образования отложений достаточно высока - за 1,5-2 месяца достигался критический перепад давления по сетевой стороне - 2,5 кгс/см2.

Ситуация в г. Дзержинске кардинальным образом отличалась. Исходная водопроводная вода в г. Дзержинске - относительно мягкая (общая жесткость 4,0-5,0 (мг•экв/кг), периодически наблюдается значительное превышение санитарных норм по содержанию железа (до 2-3 мг/кг). При рН = 6,5-7,5 и нагревании до рабочей температуры в теплосети такая вода сохраняет отрицательный индекс стабильности, т.е. является коррозионно-агрессивной (при невысокой склонности к накипеобразованию).

За предшествующий период эксплуатации (более 30 лет) в системах теплопотребления абонентов и теплосетях скопилось огромное количество продуктов коррозии железа и других механических примесей. К этому необходимо добавить то обстоятельство, что жилищно-эксплуатационные организации традиционно (по крайней мере, предшествующие 5-10 лет) практически не готовили жилой фонд к зиме, т.е. такие важные операции, как опрессовка и промывка внутренних систем отопления (ВСО) практически не проводились.

После ввода в эксплуатацию реконструированных котельных, наладки гидравлического режима теплосетей, поток загрязнений из ВСО хлынул в сеть, что привело к быстрому загрязнению пластинчатых теплообменников.

Типичная динамика изменения прозрачности сетевой воды в системах теплоснабжения г. Дзержинска представлена на рис. 5.

Отложения на поверхностях нагрева ПТО в г. Дзержинске имеют ярко выраженный железо-окисный характер: рыжего цвета; слой, прилегающий к поверхности пластин - твердый, прочно сцеплен с металлом пластины; наружный слой - рыхлый, при высыхании образует тонкодисперсную пыль. Средний состав отложений: оксиды железа - 80-90%; карбонат кальция - 5-10%; оксид кремния и др. - 5-10%.

Эквивалентная толщина слоя отложений -0,3-0,7 мм.

На основании анализа всей имеющейся информации были разработаны мероприятия по стабилизации работы систем теплоснабжения и теплообменного оборудования котельных г. Дзержинска и г. Сергач с учетом местной специфики.

Реализация мероприятий, планомерно проводилась в период с 2002 по 2004 гг. и в настоящее время в основном закончена. Так, в отопительном сезоне 2002 - 2003 гг. были полностью завершены наладочные работы на тепловых сетях всех 18 котельных г. Дзержинска. Начиная с 2002 г. в летний период стали проводиться гидравлические испытания теплотрасс на прочность и плотность, что позволило существенно сократить объем подпиточной воды. К окончанию отопительного сезона 2003 -2004 гг. удалось снизить расход подпиточной воды по котельным г. Дзержинска в 2,5 раза, по котельным г. Сергач в 3 раза.

 

2.4 Опыт проведения химических промывок ПТО

В 2002-2003 гг. на предприятии отлаживались процедуры проведения химических промывок ПТО. Были сконструированы и изготовлены 2 установки для химической промывки оборудования (рис. 6). Весь парк теплообменников оснащен патрубками Dy 40 с запорной арматурой для присоединения промывочной установки. Разработаны и внедрены технологии промывки с использованием различных моющих составов.

Сложность подбора реагентов заключалась в том, что необходимо было подобрать реагент комбинированного действия, одинаково эффективно отмывающий карбонатную накипь и оксиды железа. Промывочный раствор также должен содержать ингибиторы, предохраняющие металлические поверхности нагрева теплообменников (нержавеющая сталь AISI 316) и подводящие патрубки от коррозионного износа при промывках. На основании полученного опыта можно рекомендовать к применению следующие химреагенты комбинированного действия (см. табл. 2).

К недостаткам метода безразборной химической промывки ПТО следует отнести:

1. Сравнительно высокую  стоимость, выражающуюся в затратах  на реагенты и оплату труда  квалифицированного персонала. По  нашим оценкам, себестоимость химической  промывки одного ПТО тепловой  мощностью 4-6 МВт составляет 6-10 тыс. руб.

2. Большие затраты времени  и трудозатраты. Химическая промывка  одного ПТО со всеми сопутствующими  процедурами (транспортировка установки, подключение/отключение, нейтрализация  отработанного раствора, отмывка  и т.д.) занимает по времени 1 рабочую смену (8 часов) при численности бригады 2-3 человека, т.е. 3x8 = 24 чел/ч.

3. Сложности, возникающие  при утилизации отработанного  промывочного раствора.

4. Имеется вероятность  повреждения пластин, патрубков  теплообменников при нарушении  технологии промывки.

К безусловным достоинствам метода следует отнести:

1. Высокое качество отмывки (при плотных отложениях механическая  очистка эффекта не дает).

2. Продление ресурса эксплуатации  уплотнительных прокладок, которые  составляют до 50% от стоимости  ПТО в сборе. (По опыту известно, что ресурс прокладок зависит  от рабочей температуры и составляет 6-8 разборок при сроке эксплуатации  около 5 лет).

3. Возможность проведения  работ в стесненных условиях (например, в котельных блочно-модульной  конструкции механическая очистка  ПТО практически невозможна, требуется  демонтаж и вывоз пластин в  приспособленное помещение).

Обобщая накопленный опыт химических промывок ПТО можно также дать следующие рекомендации по их проведению:

1. ПТО должны иметь  исправную запорную арматуру  по всем потокам, максимально  приближенную к портам теплообменника. По сетевой стороне между ПТО  и запорной арматурой целесообразно  иметь фланцевое соединение под  установку заглушки на период  промывки.

2. ПТО должны быть оснащены  дренажами, воздушниками и КИП (манометры, термометры) на всех патрубках.

3. Вварные штуцера теплообменников, предназначенные для подключения промывочной установки, должны иметь толщину стенки не менее 6 мм, т.к. они подвергаются наибольшему износу в процессе химических промывок (были случаи отрыва штуцеров).

4. Вся арматура, трубопроводы, шланги, бак, насос и другие изделия, входящие в состав промывочной  установки, должны изготавливаться  из химически стойких материалов (нержавеющая сталь, пластмасса и  др.).

5. Промывочный раствор  не должен содержать хлор и  сульфатсодержащие компоненты и  иметь в своем составе ингибитор  коррозии нержавеющей стали.

6. При проведении химпромывок ПТО не допускать превышения указанной в инструкции (технологической карте) температуры и концентрации промывочного раствора. После завершения хим-промывки немедленно производить нейтрализацию (пассивацию) и отмывку теплообменника.

7. Работы по химической  промывке ПТО должны выполняться  только подготовленным персоналом  по наряду-допуску.

 

Таблица. Химреагенты комбиринованного действия

Наименование реагента	Параметры моющего раствора
	Концентрация реагента, %	Температура, °С
Кислотный реагент ВП-1с с ингибитором коррозии нержавеющей стали И-55 (ООО «Аква-Хим», г. Тверь)	10	50-55
Трилон-Б с подкислителем ВП-1С	10	50-60
Сульфаминовая кислота	5	85-95
Азотная кислота	4	50-55

 

 

ГЛАВА 3. Современные методы очистки сетевой воды

от механических примесей

 

3.1 Установка осветительного фильтра ФОВ-1,0-06

На котельной была смонтирована установка механического фильтрования сетевой воды на базе фильтра ФОВ-1,0-06 (фильтрующий агент – кварцевый песок). Схема установки фильтра представлена на рис. 7.

Обрабатываемая сетевая вода поступает из обратного трубопровода сетевой воды расходом –5% от расчетного расхода в теплосети. Указанная установка работает в автоматическом режиме с управлением от блока автоматики. Обслуживающий персонал периодически контролирует работу установки, измеряя прозрачность сетевой воды до и после фильтра. В процессе пуско-наладочных испытаний в результате работы фильтра прозрачность сетевой воды за 5 суток выросла с 10 до 35 см по шрифту. Основные недостатки: достаточно высокие габаритные размеры, значительный расход исходной воды на взрыхляющую промывку фильтра.

3.2 Установка инерционно-гравитационного грязевика ГИГ-300

Грязевик смонтирован на обратном трубопроводе теплосети и рассчитан на пропуск 100% расхода сетевой воды. Минимальный размер улавливаемых загрязнений, согласно паспорту, составляет около 30 мкм. Механические примеси оседают и накапливаются в нижней части грязевика. Удаление примесей производится периодически обслуживающим персоналом. При проведении пуско-наладочных испытаний зафиксирован рост прозрачности сетевой воды с 3,5 до 38 см в течение 10 суток. По нашим оценкам указанный грязевик за один проход улавливает около 10% всех загрязнений, содержащихся в очищаемой воде (с размером частиц свыше 30 мкм). К основным недостаткам можно отнести высокую стоимость и значительные массогабаритные характеристики грязевика.

Неплохие результаты также получены в результате применения самопромывного фильтра тонкой очистки F76S на котельной г. Дзержинска. Фильтр установлен на байпасе сетевых насосов и рассчитан на пропуск З-5% сетевой воды.