Устройство, принцип работы пароводяных бойлеров

Устройство пароводяных бойлеров

На рисунке показано устройство пароводяных бойлеров.

Паро-водяной подогреватель представляет собой кожухотрубный теплообменник горизонтального проточного типа.

Сборка основных узлов подогревателя осуществляется с помощью разъемного фланцевого соединения, обеспечивающего возможность профилактического ремонта.

Пар, нагревающий воду, которая течет по трубной системе, поступает в подогреватель через патрубок в верхней части корпуса.

Затем пар проходит в межтрубное пространство, в котором установлены сегментные перегородки, направляющие движение парового потока.

Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя.

Накапливающиеся в подогревателе неконденсирующиеся газы (воздух) отводятся через патрубки М в верхней части корпуса бойлера.

Присоединение И предназначено для измерения давления поступающего пара, а присоединение Р — для измерения температуры нагреваемой воды.

Патрубок К предназначен для принудительного отсоса скопившегося воздуха.

Таблица присоединений

Обозначение	Предназначение	Код	Условный диаметр Dу, мм	Присоединительные размеры, мм
К	Принудительный отсос воздуха	1	20	G 3/4”
Р	Для измерения температуры воды	2	—	М 27х2
М	Отвод неконденсирующегося воздуха	2	15	G 1/2”
И	Для измерения давления пара	1	—	G 1/2”

Габаритные и присоединительные размеры пароводяных бойлеров ПП

Обозначение	Дн	Ду	Ду1	Ду2	L	l	l1	l2	l3	l4	h1	h2	h3	h4	Дб	Дб1	Дб2	d	d1	d2	Z	Z1	Z2	a	b	c
ПП 2-6-7-II	325	100	100	50	2550	555	460	1300	1100	250	340	288	293	293	180	180	125	18	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 2-9-7-II	325	100	100	50	3550	555	540	2300	2000	250	340	288	293	293	180	180	125	18	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 2-9-7-IV	325	100	100	50	3550	555	540	2300	2000	250	340	288	293	293	180	180	125	18	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 2-11-7-II	426	150	125	50	2683	560	465	1300	1100	292	370	348	413	348	240	210	125	22	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 2-17-7-II	426	150	125	50	3683	560	465	2300	2000	292	370	348	413	348	240	210	125	22	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 2-17-7-IV	426	150	100	50	3683	560	465	2300	2000	300	385	348	413	348	240	180	125	22	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 1-16-2-II	480	150	150	50	2720	605	510	1300	1100	330	417	385	440	375	240	240	125	22	22	18	8	8	4	450	330	180
ПП 1-24-7-II	480	150	150	50	3720	605	590	2300	2000	330	417	385	440	375	240	240	125	22	22	18	8	8	4	450	330	180
ПП 1-24-7-IV	480	150	150	50	3720	605	590	2300	2000	330	417	385	440	375	240	180	125	22	18	18	8	8	4	450	330	180
ПП 1-21-7-II	530	200	150	80	2785	607	512	1300	1100	355	420	440	477	420	295	240	160	22	22	18	8	8	4	500	380	220
ПП 1-32-7-II	530	200	150	80	3785	607	592	2300	2000	355	420	440	477	420	295	240	160	22	22	18	8	8	4	500	380	220
ПП 1-32-7-IV	530	200	125	80	3785	607	592	2300	2000	345	415	440	477	420	295	210	160	22	18	18	8	8	4	500	380	220
ПП 1-35-7-II	630	250	200	80	2885	655	560	1300	1100	440	490	490	526	500	350	295	160	22	22	18	12	12	4	570	450	220
ПП 1-53-7-II	630	250	200	80	3885	655	640	2300	2000	440	490	490	526	500	350	295	160	22	22	18	12	12	4	570	450	220
ПП 1-53-7-IV	630	250	150	80	3885	655	640	2300	2000	405	480	490	526	500	350	240	160	22	22	18	12	8	4	570	450	220
ПП 1-76-7-II	720	250	250	125	3986	744	644	2100	1900	465	556	535	570	556	350	355	210	22	26	18	12	12	8	640	450	250
ПП 1-76-7-IV	720	250	200	125	3986	744	644	2100	1900	465	556	535	570	556	350	295	210	22	22	18	12	12	8	640	450	250
ПП 1-71-7-II	820	350	300	125	3135	450	620	1100	1000	510	605	610	620	606	460	410	210	26	26	18	16	12	8	750	500	250
ПП 1-108-7-II	820	300	300	125	4135	450	700	2100	1900	510	605	610	620	606	400	410	210	22	26	18	12	12	8	750	500	250
ПП 1-108-7-IV	820	300	200	125	4135	450	700	2100	1900	515	600	610	620	606	400	295	210	22	22	18	12	12	8	750	500	250

Ресурс

Расчетный срок службы подогревателей — 12 лет. Гарантийный срок эксплуатации — 24 месяца с момента ввода в эксплуатацию, но не более 36 месяцев с момента отгрузки потребителю.

Принцип работы и условия эксплуатации пароводяных теплообменников

Принцип работы

У большинства моделей теплообменников (водоподогревателей) вода – пар принцип работы не отличается от базового принципа действия всех иных кожухотрубных теплообменников с двумя теплоносителями. В упрощённом виде пароводяной теплообменник можно представить состоящим из горизонтального или вертикального цилиндрического кожуха с верхним и нижним патрубками, в который заключён пучок труб малого диаметра.

В кожух через верхний патрубок подаётся высокотемпературный перегретый пар, который конденсируется в процессе прохождения от контакта со стенками труб пучка; конденсат выходит из кожуха через нижний патрубок. Одновременно в трубный пучок подаётся вода, которая нагревается паром. Для увеличения поверхности теплообмена трубы трубного пучка могут выполняться с волнообразной накаткой (т.н. турбулизаторами).

Распределение воды в трубах пучка производится при помощи распределительной камеры (камер) на торце (торцах) кожуха. В случае, если трубы пучка имеют прямую форму – камер две, одна из которых, как и кожух, оснащена двумя патрубками – для ввода и вывода воды. Если трубы U-образные, необходимость во второй распределительной камере отсутствует.

Ввиду высокой тепловой нагрузки на элементы пароводяного теплообменника, в его конструкции используются компенсаторы температурных деформаций, в частности – плавающая головка распределительной камеры (для обменников с прямыми трубами). U-образные трубы наделены аналогичной функцией.

Рисунок 1. Схема устройства двухходового пароводяного подогревателя с плавающей головкой.

У теплообменников с прямыми трубами ток воды в трубном пучке может быть организован по одно-, двух-, четырёхходовому (и более) принципу; количество ходов, как правило, указывается в маркировке.

Несколько отличается конструкция и принцип работы теплообменников вода – пар емкостного типа (см. ниже, п. 3, «Емкостные водоподогреватели»).

Классификация и эксплуатация паровых теплообменников

Классификация может производиться по различиям в устройстве пароводяных теплообменников, по их эксплуатационным характеристикам и по назначению. С точки зрения характеристик подогреватели делятся на

• произведенные в соответствии с ГОСТ 28679-90;
• подогреватели с улучшенными характеристиками.

Также применяется деление на

• подогреватели низкого давления и
• подогреватели высокого давления.

По устройству пароводяные теплообменники разделяются на

• проточные подогреватели;
• емкостные подогреватели,

• горизонтальные и вертикальные модели;
• с одно-, двух-, четырёхходовым и т.д. током воды в трубном пучке;
• с прямыми или U-образными трубами, различными видами компенсаторов и т.д – практически всех типов из общей классификации кожухотрубных теплообменников.

Деление по назначению (для горячего водоснабжения или отопления, бытовые, коммунальные, промышленные) во многом условно, и зависит от технических параметров подогревателя определённой модели – его максимальной производительности, температурного режима, габаритов и т.д.

Необходимые пояснения

1. Подогреватели по ГОСТ 28679-90. Данный государственный стандарт, вступивший в действие с января 1992-го года, определяет пароводяные подогреватели (ПП) как горизонтальные кожухотрубные теплообменники с плавающей головкой, приспособленные для использования в умеренном и тропическом климате в условиях теплоизолированных или кондиционируемых закрытых помещений. Предполагаются два типа подогревателей, различающихся формой крышек распределительных камер – эллиптической или плоской (соответственно, ПП1 и ПП2).

Этим же стандартом определены некоторые граничные параметры пароводяных подогревателей ПП. В частности, максимальное давление сетевой воды в трубах трубного пучка ограничено 1,6 МПа (16,0 кгс/см²), давление греющего пара в кожухе – 0,7 МПа, температура пара – не более 250 градусов Цельсия. На этом ресурсе популярный стример Данлудан размещает видео своих заносов .

Рисунок 2. Схематическое устройство подогревателей типа ПП1 и ПП2.

В то же время, современные усовершенствованные пароводяные теплообменники способны выдерживать давление воды в 7,35 МПа, давление пара в 1,57 МПа и его температуру в 425 °C . Условия размещения таких теплообменных аппаратов также несколько шире, чем у стандартизированных; по конструкции они могут быть не только горизонтальными с плавающей головкой, но и вертикальными, с U-образными трубами и т.д.

На первый взгляд, усовершенствованные подогреватели обладают явно превосходящими характеристиками, и их использование может оказаться более экономически выгодным и технологически оправданным. Больший разброс моделей и их характеристик позволяет выбрать и/или заказать агрегат, оптимально соответствующий конкретным техническим условиям.

Однако, с другой стороны, водоподогреватели, произведенные по ГОСТ 28679-90, являются безусловно проверенными временем теплообменными аппаратами с заложенным в конструкцию запасом прочности, который ещё более увеличивается за счёт использования современных материалов и технологий изготовления – как следствие, срок необслуживаемой эксплуатации паровых теплообменников ПП может превышать аналогичный срок для усовершенствованных моделей. Кроме того, стандартизированные габаритные размеры и прочие характеристики позволяют заменять отработавшие ресурс аналогичные подогреватели без необходимости модификации остальной системы, а простая горизонтальная конструкция с фланцевым присоединением крышек распределительных камер обеспечивает удобство разборки для планового ТО.

2. Подогреватели низкого давления (маркировка ПН), предназначены для эксплуатации при максимальных показателях давления воды в трубном пучке до 1,6 МПа. Паровые теплообменники такого типа наиболее распространены и подходят для решения самого широкого круга задач.

Подогреватели высокого давления (ПВ) представляют собой кожухотрубные теплообменные аппараты вертикального типа с U-образными трубами трубного пучка. Они используются для подачи подогретой воды в специфических системах, где такое давление требуется согласно особым техническим условиям – к примеру, применяются для подогрева питающей воды в котлах ТЭС (тепловых электростанций).

Рисунок 3. Схематическое устройство подогревателя ПВ.

Высокое давление в агрегате и специфические условия эксплуатации обуславливают необходимость дополнительного оборудования – дифманометров, клапанов для отсоса воздуха, аварийного слива воды и др.

3. К проточным подогревателям относятся вышеупомянутые кожухотрубные подогреватели ПП, ПН и ПВ. В них подогрев воды производится при постоянном наличии тока воды, которая проходит сквозь трубы трубного пучка, в то время как перегретый пар проходит внутри кожуха. Диаметр кожуха у проточных водоподогревателей незначительно больше диаметра трубного пучка.

Емкостные водоподогреватели (маркировка ВПЕ), иногда называемые также емкостными пароводяными бойлерами, имеют свою специфику, отличающую их от проточных подогревателей.

• Во-первых, траектория движения теплоносителей – воды и пара – у них «противоположная»: пар проходит сквозь U-образные или «змеевиковые» трубы, а вода – сквозь кожух.
• Во-вторых, кожух имеет увеличенный объём, его диаметр значительно превышает диаметр трубного пучка, благодаря чему в кожухе создаётся определённый «запас» подогретой воды.
• В-третьих, благодаря этим конструкционным особенностям, емкостные подогреватели могут использоваться в системах с необходимостью не постоянной подачи, а периодического забора подогретой воды для организации бытового, коммунального, производственного горячего водоснабжения.

Рисунок 4. Конструкция и схема работы емкостного водоподогревателя.

Рабочее давление подаваемой в емкостной подогреватель воды не должно превышать 0,5 МПа, что в 2,5 – 3 раза меньше, чем у паровых подогревателей низкого давления и до 14,5 раз меньше, чем у водоподогревателей ПВ.

АО «ЦЭЭВТ» производит все вышеуказанные типы пароводяных подогревателей по индивидуальному заказу; расчёт паровых теплообменников производится в точном соответствии со всеми техническими условиями, предоставленными заказчиком. К каждому устройству в обязательном порядке прилагается отдельный комплект сопроводительной документации. В комплект входят инструкция по эксплуатации и технике безопасности, разрешительные документы Ростехнадзора, а также паспорт на пароводяной подогреватель, в котором содержатся сведения о его габаритных и установочных размерах, предельном и номинальном давлении пара и воды, площади теплообмена, максимальной температуре пара на входе, расчётной температуре воды на выходе и другие значимые параметры.