Устройство и принцип кожухотрубных пароводяных подогревателей

Содержание

Кожухотрубные пароводяные подогреватели (далее по тексту ПП) используются в системах теплоснабжения и ГВС жилых домов, зданий промышленного и социально-общественного назначения в качестве теплообменного оборудования (пароводяных бойлеров).

Предназначение и область применения ПП

ПП предназначены для передачи тепловой энергии от парового теплоносителя греющего контура к водяному теплоносителю, циркулирующему в контуре отопительной системы или используемому для горячего водоснабжения. В греющий контур пар поступает от паровых котлов низкого давления или ответвлений паропроводов центральных тепловых коммуникаций. Температурные режимы эксплуатации ПП для нагрева воды паром определены в следующих диапазонах:

Допускается применение ПП в системах с рабочим давлением пара до 1,0 МПа (10,0 кгс/кв. см) при температуре пара до 300 град. Ц и водяным теплоносителем давлением до 1,6 МПа при температуре до 200 град. Ц.

Дополнительная информация. ПП способны работать как самостоятельные теплогенераторы в составе систем ГВС, так и быть составными элементами водонагревательных установок.

Устройство кожухотрубных ПП

Серийно выпускаемые промышленностью кожухотрубные ПП соответствуют требованиям ГОСТ 28679-90 «Подогреватели пароводяные систем теплоснабжения. Общие технические условия». Конструктивно они относятся к кожухотрубным теплообменным агрегатам горизонтального типа, состоящим из следующих основных функциональных элементов:

• цилиндрического корпуса, в обиходе называемого кожухом;
• трубной системы;
• задней и передней водяных камер.

Конструкция кожуха ПП

Кожух ПП выполняет следующие функции:

• прием и распределение пара, поступающего внутрь ПП для подогрева водяного теплоносителя;
• обеспечение герметичности и удержания пара внутри конструкции;
• вывод конденсата из межтрубного пространства.

Корпус ПП собирается из цилиндрической обечайки и двух крышек (днищ) посредством фланцевых соединений. Разъемные соединения обечайки с крышками предусмотрены для упрощения и удобства доступа к межтрубному пространству и элементам теплообменной трубной системы при профилактическом ремонте, плановой ревизии и ремонте ПП.

В зависимости от формы крышек (днищ) подогреватели подразделяют на два типа (см. рис. ниже):

• ПП1 – подогреватели с эллиптическими крышками;
• ПП2 – подогреватели с плоскими крышками.

Верхний патрубок на корпусе ПП используется для входа горячего пара, нижний патрубок – для выхода конденсата. На корпусе ПП также размещены:

• патрубки для входа/выхода нагреваемой воды;
• патрубок под манометр для измерения давления пара в межтрубном пространстве;
• патрубок с воздушным клапаном для удаления воздуха и скапливающихся не сконденсировавшихся газов.

На боковой поверхности обечайки предусмотрено место под установку водоуказательного стекла для визуального контроля уровня конденсата. Внизу корпуса привариваются опоры для установки ПП на объекте.

Обратите внимание! Предприятия-изготовители выпускают ПП двух типов исполнения патрубков подачи/отвода нагреваемого водяного теплоносителя:

Оба патрубка размещены в нижней части ПП

Патрубки размещены по одному в верхней и нижней части ПП

Конструкция трубной системы

Трубная система является главным компонентом ПП, без которого пароводяной теплообменник не сможет функционировать. Основными задачами, которые «возложены» на трубную систему, являются:

• обеспечение циркуляции подогреваемого водяного теплоносителя;
• поддержание стабильных показателей теплообмена в соответствии с температурным режимом эксплуатации;
• равномерное распределение горячего пара в межтрубном пространстве внутри корпуса подогревателя.

Трубную систему ПП собирают из следующих конструктивных элементов:

• теплообменных гладких или профилированных трубок диам. 16х1,0 мм, изготовленных из нержавеющей стали или латуни. В зависимости от типа ПП их количество составляет от 68 до 792 шт.;
• двух трубных досок, называемых также посадочными досками, в которых завальцованы концы теплообменных трубок. Передняя доска выполнена в фиксируемом исполнении, задняя доска – в плавающем исполнении без фиксации к корпусу ПП. Плавающая нежесткая конструкция используется для обеспечения свободной деформации трубок, компенсируя их температурные удлинения при нагреве;
• поперечных перегородок, служащих в качестве промежуточных опор для теплообменных трубок и используемых для регулировки направления потоков пара внутри межтрубного пространства.

С целью снижения негативного воздействия паровых струй на трубную систему внутри корпуса в зоне патрубка входа пара монтируется специальный отбойный щит.

Это важно! Конструкция пароводяных подогревателей с жесткой фиксацией одной посадочной доски и возможностью свободного перемещения другой доски совместно с внутренней крышкой всей трубной системы (так называемые теплообменники с плавающей головкой или камерой) намного проще и надежнее в эксплуатации по сравнению с теплообменниками, у которых обе трубные доски жестко зафиксированы внутри корпуса. Для компенсации тепловых расширений трубок в таких агрегатах используют различного типа компенсационные устройства (мембранные, гнутые трубки, сильфонные, линзовые, сальниковые), которые сложны для изготовления и недостаточно надежны в работе.

Конструкция водяных камер ПП

В составе ПП находятся передняя и задняя (плавающая) водяные камеры, функции которых заключаются в регулировке поступления, распределения и оттока нагреваемой воды.

Передняя водяная камера состоит из следующих конструктивных элементов:

• обечайки цилиндрической формы;
• днища;
• фланца для соединения с кожухом и трубной системой;
• патрубков для подвода и отвода нагреваемой воды;
• перегородок, разделяющих камеру на отсеки для многоходового движения воды.

Задняя водяная камера построена аналогичным образом, только у нее отсутствуют водяные патрубки и фланец для соединения с кожухом. По способу установки в ПП задняя камера является подвижной (плавающей), чтобы компенсировать тепловые деформации трубной системы при нагреве и охлаждении ее элементов.

Принцип работы ПП

Нагрев воды происходит в процессе теплообмена между греющим паром, поступающим в межтрубное пространство кожуха, и водяным теплоносителем, движущимся внутри теплообменных трубок трубной системы. Остывший пар конденсируется и выводится из кожуха через специальный патрубок. Для более эффективного теплообмена используется многоходовость водяного потока, за счет которой возрастает скорость движения воды внутри трубок. Промышленностью выпускаются двух- и четырехходовые ПП, в которых перегородками внутри передней водяной камеры создаются два или четыре хода водяного потока.

Обозначения пароводяных подогревателей по ГОСТ 28679-90

В соответствии с ГОСТ 28679-90 пароводяные подогреватели следует обозначать по следующей схеме (п.1.4):

ХХХ-ХХХ-Х-Х-ХХХ или ХХХ-ХХХ-Х-Х-ХХ

В схеме вместо знака Х подставляются основные классификационные признаки пароводяных подогревателей в соответствии с табл. 2 (п.2.1.2):

• 1 – тип подогревателя (плоское или эллиптическое днище);
• 2 –величина площади поверхности теплообмена, выраженная в кв.м;
• 3 – давление греющего пара, МПа;
• 4 – число ходов нагреваемой воды ( 2 или 4);
• 5 – вид климатического исполнения, который может обозначаться двумя или тремя символами.

Например, для пароводяного подогревателя с эллиптическим днищем (ПП1), имеющего площадь теплообмена 24,4 кв. м, работающего под давлением пара 0,7 МПа, двухходового по нагреваемой воде, выполненного в климатическом исполнении У4 обозначение будет следующим:

ПП1 – 24,4 – 0,7 – 2 – У4

Заключение

Пароводяные подогреватели получили широкое распространение благодаря возможности использовать пар, вырабатываемый для определенных технологических процессов, либо пар от котлов низкого давления районных или автономных котельных. Уже за несколько циклов циркуляции сетевая вода нагревается до нужной температуры и готова к использованию в системах отопления и ГВС.

© 2004-2021 ГК «СТИГМАШ» — изготовление, монтаж и
комплексная поставка промышленного оборудования

Пароводяные теплообменники: принцип работы, область использования, преимущества

Пароводяные теплообменники – это нагревательное оборудование, относящиеся к кожухотрубным теплообменникам, материал и конструкция которых адаптированы для функционирования с высокотемпературным паром. Устройства широко используются на теплоэлектростанциях, коммунальных предприятиях, на промышленных объектах для подогрева до заданных температур теплоносителей для систем отопления и горячего водоснабжения.

Пароводяной теплообменник состоит из герметичного цилиндрического корпуса, удерживающего поступающий внутрь пар и трубной системы, которая состоит из закрепленных в специальных «решетках» пучков трубок, произведенных из латуни либо качественной нержавеющей стали. Днище кожуха может быть плоским либо эллиптическим. Устройства различают по эксплуатационным характеристикам и целевому назначению. Оборудование также делится на приборы высокого или низкого давления.

Принцип работы устройства

Перегретый пар подается в кожух по верхнему патрубку. Единовременно с ним в трубный пучок для подогрева поставляется вода. Пар поступает в кожух и перемещается по межтрубному пространству, где он направляется сегментными перегородками. Тепловая энергия пара передается жидкости. В трубном пучке жидкость для подогрева распределяется посредством специальной камеры/камер, размещенной на торце кожуха.

Подогретая вода выводится через специальный патрубок и поставляется в отопительные системы. После передачи тепловой энергии пар конденсируется и выводится в виде конденсата в нижней части корпуса. Воздух, являющийся остаточным продуктом процесса теплообмена, выводится через патрубок, расположенный вверху кожуха. Данный принцип работы гарантирует высокую эффективность теплообменника и его безопасность (в теплообменниках задействованы компенсаторы температурных колебаний).

Область применения и преимущества пароводяного теплообменника

Данный вид теплообменников обладает высоким КПД и широко используется для разрешения задач, которые требуют подогрева жидкости с использованием перегретого либо высокотемпературного пара на производствах, в паровых котельных, промышленных предприятиях, коммунальной системе общественных объектов и жилых зданий.

К преимуществам устройств относят:

• высокую износостойкость и уровень надежности;
• устойчивость прибора гидроударам и температурным скачкам;
• увеличенную герметичность;
• стойкость всех составляющих оборудования к коррозии;
• медленное формирование накипи;
• возможность проведения механической очистки образованных отложений;
• способность замены неисправной трубной системы в сохраненном кожухе;
• удобство при обслуживании теплообменника;
• ремонтопригодность всех составляющих;
• длительный период эксплуатации.

При выборе пароводяного теплообменника необходимо выяснить все параметры оборудования, их соответствие установленным стандартам и нормам. Компания ООО «Строй-Универсал» поставляет потребителям исключительно надежные высококачественные теплообменники, имеющие документацию и произведенные на сертифицированном производстве.

Теплообменники паровые

Вертикальные и горизонтальные кожухотрубные теплообменники со спирально-навивными и прямыми трубками для небольших и средних мощностей идеально подходят для передачи тепла от пара к жидкостям и являются специальными устройствами для работы с паром в качестве греющей среды. Теплообменники выполняются из нержавеющей стали, имеют компактные размеры и небольшой вес. Основной особенностью кожухотрубных теплообмеников является длительный срок службы и интервал между обслуживанием. Паровые теплообменники — это неприхотливые устройства, предназначенные для тяжелых условий промышленной эксплуатации. Сроки эксплуатации при работе с паром, без необходимости работ по обслуживанию могут достигать 15 лет.

Вертикальные трубчатые теплообменники отличает очень низкая стоимость эксплуатации и обслуживания, по этому показателю они практически не имеют равных среди прочих теплообменников пар/жидкость.

Преимущества вертикальных кожухотрубных теплообменников перед пластинчатыми теплообменниками при применении пара в первичном контуре:

• возможность работы на высоких давлениях пара и температурах (до 250°С) без необходимости редуцирования пара — значительно ниже стоимость обвязки;
• отсутствие расходных материалов (прокладок) — выше надежность;
• возможность регулирования нагрузки по конденсатной стороне — шире диапазон регулирования нагрузки в автоматическом режиме, использование теплоты конденсата (ниже расход пара), работа теплообменника на постоянном давлении вне зависимости от величины нагрузки;
• малая занимаемая площадь за счет вертикального исполнения;
• малый вес из-за отсутствия массивной рамы и основания;
• большая поверхность теплообмена при небольших размерах за счет скрученных в пучок трубок;
• длительный срок эксплуатации без обслуживания — от нескольких лет до десятков лет;
• возможность использования как охладитель выпара или как охладитель конденсата;
• не требуется специальная конструкция теплоизоляции, подходят традиционные теплоизоляционные покрытия для трубопроводов.

Сферы применения вертикальных кожухотрубных паровых теплообменников:

1. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования.
2. Системы горячего водоснабжения.
3. Технологические установки процессов производства пищевой, химической, целлюлозно-бумажной и пр. промышленности.
4. Системы охлаждения конденсата.
5. Системы утилизации выпара конденсатных баков и деаэраторов в котельных.

Совокупность технических и эксплуатационных характеристик данных теплообменников значительно превосходит пластинчатые при использовании пара в качестве греющей среды. Мы не применяем в собственных проектах и не рекомендуем применять пластинчатые (далее ПТО) для пара, кроме редких единичных случаев, когда набор технических условий позволяет это сделать.

Следует понимать, что массовое применение паровых ПТО в нашей стране, является несколько уникальным явлением и обусловлено прежде всего коммерческими интересами компаний, которые не имеют в программе производства кожухотрубных аппаратов в сегменте малых и средних мощностей. Популярность ПТО для пара является не столько следствием их высоких характеристик, сколько следствием маркетинговой активности производителей и поставщиков ПТО, желающих расширить границы распространения и сферы применения своей продукции на новом (российском) рынке.

Как правило, ПТО для пара предлагают компании для которых работа с паром не основная сфера деятельности, а лишь одна из областей работы. Не секрет, что ПТО изначально были разработаны для передачи тепла от жидких сред к жидким и применение пара в первичном контуре является всего лишь адаптацией ПТО для работы с другой средой и как любая адаптация, она имеет целый ряд ограничений, о которых поставщик обязан сообщать пользователю, когда поставляет теплообменники, и если он этого не делает, то либо не знает об ограничениях, либо скрывает их. Например, является традиционной установка редукционной станции перед ПТО при работе с паром выше 4. 5 бар. Таким образом, пользователь, приобретая ПТО по доступной цене, вынужден приобретать редукционную установку. И действительно, вследствие того, что разборные ПТО не могут эксплуатироваться на высоких температурах и соответственно на высоких давлениях пара, при высоких давлениях на входе, перед ПТО рекомендуется предусматривать редукционную установку, что автоматически делает стоимость проекта значительно выше. Если при этом имеется противодавление в конденсатной линии, сопоставимое с давлением пара на выходе РУ, а это вполне частая ситуация, то возникает необходимость установки конденсатного насоса, а точнее насосной станции. Все это удорожает обвязку ПТО еще больше и цена проекта может вырасти в 2-3 раза, система при этом становится более сложной и громоздкой, но с другой стороны более выгодной поставщику. Вопрос в том выгодно ли это заказчику и имеет ли заказчик возможность выбора и корректного сравнения с другим техническим решением ? Именно поэтому стоимость ПТО, как бы она не была привлекательной на первый взгляд, является величиной относительной. Рекомендуем с осторожностью относиться к заявлениям поставщика ПТО о том, что стоимость ПТО является низкой; за любой ценой ПТО, кроется скрытая значительная стоимость его обслуживания и высокая стоимость обвязки, применительно к паровым приложениям.

Рассматривая прочие аспекты, можно также отметить, что на ПТО не рекомендуется выполнять регулирование по конденсатной стороне, скорость зарастания ПТО обычно такова, что аппарат следует чистить раз в один-два года, стоимость высокотемпературных прокладок и работа по их замене обычно за время эксплуатации ПТО превосходит стоимость самого ПТО в несколько раз. Пользователь парового теплообменника должен понимать, что стоимость самого аппарата в любом случае следует обязательно соотносить со стоимостью его последующего обслуживания и по этому показателю, равных вертикальным кожухотрубным теплообменным аппаратам практически нет. Вертикальные теплообменники пар / жидкость, не требуют обслуживания, скорость зарастания и необходимость очистки в несколько раз ниже чем для ПТО, диапазон рабочих температур существенно выше, шире возможности реализации различных способов автоматического регулирования нагрузки, при этом стоимость вертикальных паровых теплообменников является вполне конкурентоспособной.

ООО «Паровые системы» предлагает специализированные теплообменные аппараты для пара, а также средства и системы обвязки для паровых теплообменников, позволяющие создавать эффективные и безопасные системы управления теплообменными процессами в промышленности. Мы предлагаем проверенные десятилетиями решения, используя как собственный многолетний опыт, так и опыт наших зарубежных партнеров, насчитывающий многие десятилетия работы с пароконденсатными системами по всему миру.