ПУБЛИКАЦИИ
Завод «ПРЕССМАШ» г. Миасс
т. (3513) 54-35-32  ПН-ПТ: 8:00—17:00 msk+02

Статья с сайта: www.rosteplo.ru  О применении пароводяных струйных подогревателей воды УМПЭУ в системах водоподготовки и теплоснабжения Куркулов М.А., к.т.н. Недугов А.Ф. (ООО «Прессмаш»)

 В последнее время возрос интерес к применению струйных аппаратов в качестве теплообменников на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти аппараты привлекательны прежде всего низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубчатыми подогревателями. Это различного рода пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы и струйные подогреватели воды[1].

Рабочим телом в ПСА является пар, а инжектируемым – вода. В таких аппаратах используется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В отличие от теплообменников рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь. В качестве другого достоинства ПСА отмечается также наличие насосного эффекта, однако надежная работа ПСА без насосов на практике возможна, по-видимому, лишь на аккумуляторный бак [2]. Наиболее известными ПСА являются трансзвуковые аппараты «Фисоник», «Транссоник», ТСА.

Вместе с тем существует и комплекс проблем при применении ПСА, например, высокий уровень шума и вибраций, что может приводить к необходимости их монтажа в отдельном помещении или на улице [3]. Другим ограничением является узкий диапазон применяемых диаметров – от 25 мм до 150 мм при максимальной производительности по воде до 300 т/ч. В случае большей производительности систем водоподготовки это приводит к необходимости устанавливать несколько параллельно работающих аппаратов и увеличивает затраты на обвязку. Существуют также ограничения, связанные с высокой чувствительностью характеристик ПСА к изменению параметров греющего, нагреваемого и смешанного потоков.

В связи с этим актуальность представляет создание пароводяного струйного теплообменника, который наряду с преимуществами ПСА (компактность, отсутствие накипеобразования) позволил бы снизить шум до приемлемого уровня и расширить диапазон диаметров используемых трубопроводных систем с увеличением производительности одного аппарата до практически требуемых промышленности и ЖКХ.

С этой целью в 1999 г. был создан и успешно внедряется в промышленность струйный подогреватель воды УМПЭУ, позволивший обеспечить бесшумный ввод пара в поток воды и его конденсацию без вибраций и гидравлических ударов [4]. В отличие от ПСА, рабочим телом в УМПЭУ является нагреваемая вода, а инжектируемым – пар. Отличительной особенностью УМПЭУ является наличие на подводе пара камеры предварительного смешения [5,6], в которой производится предварительное «умягчение» пара нагреваемой водой с помощью перепускной водяной магистрали. Фактически это обеспечивает отсутствие прямого контакта магистрального пара и воды, а происходит инжекция пароводяной пены из камеры предварительного смешения в водяную магистраль. Для увеличения времени взаимодействия сред там же предусмотрено формирование вихревых течений, образуемых с помощью генераторов вихрей. С целью снижения пульсаций давления нагретого потока, которые может вызвать несконденсировавшаяся часть пара и пристеночные обратные токи, на выходе из приемной камеры установлен гаситель пульсаций давления нагретой воды. Гаситель пульсаций представляет из себя перфорированный участок отводящей трубы, помещенный в герметичный бак со свободной поверхностью. Он позволяет уменьшить влияние колебаний давления сети после подогревателя на его работу при проскоках пара, а при работе в замкнутой системе с периодическими колебаниями давления воды в контуре (автоклавные производства, ГВС и т.п.) сглаживает негативные эффекты в период, необходимый для подпитки системы.

Сравнение характеристик УМПЭУ и трансзвуковых аппаратов.

Наименование показателя

Трансзвуковые аппараты (ТСА, ПСА)

Струйный подогреватель воды УМПЭУ

1.Условный диаметр, мм

2.Производительность,м3

3.Шум при работе.

 

 

4.Рабочее тело.

5.Инжектирумое тело.

 

6.Гидравлические потери в аппарате.

 

 

 

7.Температура воды.

 

25-150

2.0 - 300.0

Высокий уровень шума, требуется отдельное помещение.

 

Водяной пар.

Нагреваемая вода.

 
Потери напора отсутствуют, может быть повышение давления нагретой воды.

  Существуют ограничения по температуре нагреваемой воды (при которой происходит нор-мальный процесс конденсации).

50-400

4.0-1200.0

Уровень шума не превышает шум от насосной группы.

 

Нагреваемая вода

Водяной пар.

 

 Имеются потери напора воды, определяемые соотношением давлений пара и воды.

 

 

Температура нагреваемой воды от 40С до 2000С.

 

К настоящему времени запущено в эксплуатацию свыше 100 теплообменников УМПЭУ различного назначения с условными диаметрами от 50 мм до 400 мм, результаты работы которых подтвердили возможность обеспечения производительности по нагреваемой воде от 4 т/час до 1200 т/час с реализацией температурных графиков 70/95 (один теплообменник), 70/115 и 70/130 (два последовательно установленных УМПЭУ). Ростехнадзором России выдано разрешение на применение УМПЭУ на опасных производственных объектах для подогрева воды применительно к III и IV категориям трубопроводов [7]. Ведутся работы по внедрению УМПЭУ Ду500 мм. Выпуск УМПЭУ налажен в г. Миассе Челябинской области на специализированном предприятии.

Номенклатура выпускаемых теплообменников УМПЭУ.

Обозначение

УМПЭУ

Условный диаметр по воде, мм

Расход максимальный нагреваемой воды, т/час

Максимальная тепловая мощность одного УМПЭУ, Гкал/час

УМПЭУ 02.00.000

50

20

0.60*

УМПЭУ 04.00.000

80

45

1.35*

УМПЭУ 05.00.000

100

75

2.25*

УМПЭУ 07.00.000

150

170

5.10*

УМПЭУ 00.00.000

200

250

7.5*

УМПЭУ 08.00.000

250

450

13.5*

УМПЭУ 09.00.000

300

700

21.0

УМПЭУ 11.00.000

400

1400

42.0

УМПЭУ 13.00.000

500

2160

64.0

*При последовательной установке двух теплообменников тепловая мощность увеличивается вдвое.

Как показал опыт эксплуатации, особенности включения УМПЭУ, обеспечивающие его нормальную работу, состоят в следующем. Для поддержания входных параметров (давление пара и воды, расход воды) в заданных пределах УМПЭУ должен оснащаться системой автоматики. На подводе пара должен быть установлен обратный клапан. Для отсечки пара при прекращении подачи воды (авария теплосети, отключение насоса или электроснабжения и т.п.) на подводе пара также устанавливают быстродействующий отсечной клапан с временем срабатывания 1-3 с. На выходе из УМПЭУ устанавливают прямолинейный участок трубы, длина которого определяется для каждого теплообменника на основании известных закономерностей для турбулентной затопленной струи [8] и обычно составляет несколько десятков калибров. Для закрытой системы теплоснабжения предусматривают систему поддержания постоянного давления воды на входе в УМПЭУ. При выборе насосной группы следует учитывать потери напора воды в УМПЭУ, которые зависят от соотношений давлений воды и пара и определяются расчетным путем для конкретных параметров тепловой системы (обычно потери напора составляют 0.05-0.2 МПа). Задача поддержания водно-химического режима котельной и сети решается как и для трансзвуковых аппаратов: подпиткой теплосети продувочной водой парового котла, либо подачей щелочи насосом-дозатором. Для удаления шлама из системы необходима установка также фильтров-грязевиков. Применяемые типовые схемы включения УМПЭУ для ГВС, отопления, водоподготовки представлены на рис.1-3.

 

Подогрев воды в системе водоподготовки

УМПЭУ работает без накипи и служит устройством для подогрева исходной сырой воды, идущей на химводоочистку. Такой эффект обусловлен как принципом действия УМПЭУ, так и значительными запасами по площадям проходных сечений подогревателя, поэтому даже при образовании налета на внутренних поверхностях подогревателя, это не скажется на его работе длительное время. Например, опыт эксплуатации двух УМПЭУ Ду200 в теплосиловом цехе ХВО №1 Саткинского комбината «Магнезит» с мая 2000 года показал, что ни разу с начала непрерывной эксплуатации не потребовалась их остановка для чистки. Гидравлический режим работы УМПЭУ как в этом, так и в других приложениях УМПЭУ задается насосом, а изменение тепловой мощности производится качественным или количественным регулированием расхода пара (например, регулирующим клапаном, дросселем). С экономической точки зрения наибольший эффект от применения УМПЭУ достигается при использовании отработавшего пара. Например, для подогрева речной воды на ОАО «Полиэф» г. Благовещенск используется отработавший (утилизируемый) пар давлением 0.25МПа и теплообменник УМПЭУ Ду300мм окупился за четыре месяца.

Возможны применения УМПЭУ и в других системах водоподготовки. Так, на предприятии ЗАО «Энергоспектр» г. Тула УМПЭУ Ду80мм используется для дополнительного подогрева на 20-300С подпиточной воды перед деаэратором (расход воды 30-40 т/час, давление воды 0.45-0.55МПа, давление пара 0.7-0.9 МПа).

 

 

Подогрев перегретой воды

Взамен пароводяных подогревателей в автоклавном производстве на резинотехническом заводе РТИ-1 ОАО «Балаковорезинотехника» (Саратовская обл.) установлен подогреватель УМПЭУ Ду150 мм, обеспечивающий подогрев перегретой воды в закрытой системе: температура перегретой воды 160-170 °С, давление воды в магистрали 1,7-2,2 МПа, давление пара 2,2±0,05 МПа, расход воды 100-110 т/ч, подогрев воды 1-5 °С. Отклонение температуры воды в контуре составляет ±0,5 °С. Фактический расход пара 160-200 кг/ч. Несмотря на периодические резкие падения давления перегретой воды в контуре на 0,2-0,4 МПа (период заполнения автоклава), УМПЭУ работает устойчиво, без пульсаций. Срок окупаемости составил 4 месяца. К настоящему времени установлены еще два аналогичных подогревателя для разогрева битума.

 

Горячее водоснабжение (ГВС)

При работе УМПЭУ в системе ГВС обычно применяется включение на аккумулирующий бак. При этом используются две схемы включения: циркуляция по контуру согласно приведенной схемы, либо подача холодной питьевой воды, смешанной с обратной водой из системы ГВС. Первая схема была реализована, например, в международном аэропорту «Курумоч» (производительность нагреваемой воды 100 т/час). Вторая схема, как правило, требует последовательной установки двух УМПЭУ и реализована, например, для обеспечения горячего водоснабжения населения южной части г.Миасс Челябинской области: применена установка УМПЭУ Ду80мм с двухступенчатым вводом пара в питьевую воду с целью ее нагревания с 5-10 °С до 65-70 °С. Каждая ступень обеспечивает непрерывный подогрев текущего расхода воды 45-55 т/ч на 30 °С. УМПЭУ была установлена в 2001 г. взамен пароводяного теплообменника, стоимость ремонта которого превышала цену приобретения и монтажа УМПЭУ. Вода из хозпитьевого водопровода, смешанная с обратной водой из городской системы ГВС подается на вход в УМПЭУ под давлением 0,3-0,4 МПа. Подогретая вода выходит из УМПЭУ в аккумуляторный бак.

 

 

Система теплоснабжения

В отличие от трансзвуковых аппаратов (в которых при совмещении функции нагрева сетевой воды с повышением её напора гидравлический и тепловой режимы системы теплоснабжения оказываются взаимосвязанными [2]) при применении УМПЭУ гидравлический режим системы теплоснабжения задается сетевым насосом и оказывается независящим от теплового режима системы (задается расходом пара). В системах теплоснабжения промышленности и коммунальной сферы УМПЭУ всё чаще применяют для замены кожухотрубных и пластинчатых теплообменников. Преимуществом последних является нечувствительность к изменению расхода пропускаемой через них воды, в то время как УМПЭУ имеют ограничения по этому параметру. В то же время поверхностные теплообменники, как известно, подвержены образованию накипи и связанных с этим затрат на чистку, снижением эффективности теплопередачи и т.д. Поэтому для реализации подогрева воды с помощью УМПЭУ используют сменные сопла для летнего и зимнего режимов работы тепловых систем. Например, для теплоснабжения птицефабрики «Безенчукская» используются два сопла: для летнего режима на расход воды 315±20 т/ч и для зимнего на расход воды 550±30 т/ч (УМПЭУ Ду300мм, давление воды 0.8-0.9МПа, давление пара 0.9-1.0МПа).

Как правило, для надежной работы УМПЭУ в системах отопления рекомендуется поддержание давления пара выше давления воды, особенно для суровых климатических условий. Например, ГУП «Коммунальные системы БАМа» г. Тында начиная с 2005 года ввело в эксплуатацию три установки Ду150 мм с производительностью 160±16 т/ч с давлением воды 0.8-1.0 МПа, и давлением пара 0.8-1.0 МПа, при этом в процессе работы поддерживается давление пара выше давления воды. Другим примером может служить система отопления промплощадки ОАО «Восточно-Сибирского завода металлоконструкций» (Красноярский край) на котором установлена УМПЭУ Ду200мм производительностью 150-200 т/ч, давление воды 0.5-0.6 МПа, давление пара 0.65 МПа.

Часто УМПЭУ устанавливаются в дополнение к существующей системе отопления. Например, подогреватель сетевой воды УМПЭУ Ду 400 мм был установлен на ОАО «Балаковорезинотехника» в дополнение к существующей системе отопления бойлерами в ноябре 2004 года. В процессе эксплуатации УМПЭУ в течение двух отопительных сезонов выяснилось, что при давлении воды 0,62-0,63 МПа, расходе нагреваемой воды 700-725 т/ч, давлении пара 0,6-0,61 МПа, расход пара составил 29-32 т/ч, а подогрев воды составил 28-30°С. Это позволило поднимать температуру воды на выходе из установки до 98°С (в обычном режиме 48-85°С) и обеспечить требуемый режим теплоснабжения предприятия при понижении температуры наружного воздуха до -30°С. Данная установка окупилась за один отопительный сезон.

 

 

 

 

Литература:

1. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – 2-е изд. – М.: Энергия,1970. – 280 с.

2. Белевич А.И., Крупцев А.В., Малафеев В.А. О применении паровых инжекторов в теплоснабжении.//Энергетик.-2001.-№11.-с.20-22.

3. Лисин Г.А. Аппарат «Фисоник» – в действии.// Энергосбережение в Республике Татарстан. №2(11) сентябрь-октябрь 2003.

4. Недугов А.Ф., Куркулов М.А. Решение проблем повышения безопасности и энергосбережения в системах снабжения теплом и горячей водой.// Безопасность труда в промышленности.-2006.-№9.-с.36-39.

5. Патент №2258839 Россия, МПК 7F04F5/04.Струйный подогреватель жидкости/ Куркулов М.А., Недугов А.Ф. Опубл.20.05.2005.

6. Патент №2198323 Россия, МПК 7F04F5/04.Способ непрерывной подачи пара в водяную магистраль и устройство для его осуществления/ Куркулов М.А. ,Недугов А.Ф., Никифоров Г.В. и др.; Опубл.2003,бюл.№2.

7. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды ПБ 10-573-03. –М.: ФГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России». Выпуск 28. 2004. –125 с.

8. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. – М.: Физматгиз, 1960. – 715 с.



Оформить бесплатный заказ на расчет УМПЭУ


 Заполните опросный лист (техническое задание) для расчета УМПЭУ (определяется возможность применения устройства с данными параметрами). Вышлите на электронный адрес: pressmash-miass@yandex.ru или факсом: (3513) 54-35-32.

Опросный лист [DOC]

Памятка по ТЗ по УМПЭУ

Для вновь проектируемых объектов или если параметр можно изменить допускается указывать - «определить расчетом».

1. Геометрические параметры

УМПЭУ устанавливается на трубопровод сетевой или исходной воды, поэтому в техническом задании указывается его условный диаметр согласно ГОСТ в мм. Подводящий к УМПЭУ
трубопровод пара указывается аналогично и уточняется последующим расчетом.Для вновь проектируемых систем указанные диаметры определяются по расчету изготовителем УМПЭУ.


2. Параметры воды и пара на входе в УМПЭУ

Давление исходной воды указывается по манометру на подводящем трубопроводе (указываться диапазон колебаний). Температура воды на входе: летом и зимой в диапазоне в градусах. Расходы нагреваемой воды (в диапазоне) летом и зимой в т/час, указываются реальные рабочие значения в предполагаемом месте установки УМПЭУ по показаниям расходомеров или по данным ПТО, проектным и т. д. (ввиду того, что для струйного аппарата этот показатель является самым важным, к ТЗ прилагаются, при их наличии, выкипировки показаний водомеров и теплосчетчиков). Давление пара указывается по манометру на коллекторе парового котпа в диапазоне рабочего режима. Температура и расход пара подводимого к УМПЭУ указывается по режиму котла (уточняется при расчетеУМПЭУ), при этом хорошо известно, что реальное давление в коллекторе всегда отличается, иногда довольно значительно, от номинального давления на источнике пара.

Указываются предельные параметры, на которые должна быть рассчитана установка (максимальные рабочие давления пара и температура пара). Данные можно брать по котлу или после РОУ, или по рабочим параметрам трубопровода пара к которому подключается УМПЭУ.


3. Требуемые параметры на выходе из УМПЭУ

Температура нагрева воды на выходе УМПЭУ. (Необходимо иметь ввиду, что максимальный температурный интервал подогрева воды одной УМПЭУ составляет 300С. Для подогрева воды свыше этого интервала возможна последовательная установка двух УМПЭУ в линию или калачом, при этом гидравлическое сопротивление увеличивается).

Давление воды на выходе УМПЭУ, указывается по манометру выходного коллектора, согласно режима работы тепломагистрали. (Примечание. УМПЭУ имеет гидравлическое сопротивление около 1 атм -уточняется расчетом).


4. Дополнительная информация

В целях анализа режима работы системы отопления или ГВС, необходимо:

  • Краткое описание существующего режима работы тепловой сети с приложением схемы места врезки УМПЭУ и указанием отметки установки.
  • Данные теплопотребления по месяцам, за сутки с самой низкой температурой наружного воздуха, тепловую нагрузка в Гкал, марку, количество сетевых и подпиточных насосов.
  • При включении в прямую магистраль непременным условием нормальной работы устройства должно быть Рпара > Рводы (допустимо Рпар=Рводы).
  • При Рпара < Рводы УМПЭУ включается в обратную магистраль, при этом сетевой насос выбран с температурой перекачиваемой воды.

Register

You need to enable user registration from User Manager/Options in the backend of Joomla before this module will activate.