Теплообменные аппараты: КОЖУХОТРУБНЫЕ vs ПЛАСТИНЧАТЫЕ – 3:0!

Авторы:

А.И. Миргородский, технический директор, НП «Энергоэффективный город»,

И.В. Романов, ведущий специалист, ООО «НТ», г. Москва

Наиболее распространены исторически на территории СССР были кожухотрубные теплообменные аппараты. Достаточно громоздкие, связанные «калачами», и имеющие всем известные недостатки, они были в каждой котельной или ТЭЦ. Появившиеся в начале 1990-х годов на их фоне пластинчатые (тогда в основном, импортные) теплообменники казались революционным технологическим прорывом. Правда, когда был накоплен первый опыт эксплуатации, стало ясно, что и они не идеальны, у них есть ряд существенных недостатков, основной из которых – чувствительность к качеству теплоносителя, поскольку в «суровых российских условиях» (то есть когда качественное соблюдение водно-химического режима скорее исключение, чем правило) этот недостаток перевешивал все достоинства. Тем не менее, достаточно мощная рекламная кампания помогла продвижению сначала импортных, а затем и отечественных марок пластинчатых теплообменников по стране. Дошло до того, что пластинчатый теплообменник стал синонимом слова «энергоэффективность» и был непременным пунктом практически всех региональных программ повышения этой самой пресловутой «энергоэффективности».

На фоне победного шествия пластинчатых теплообменников по городам и весям, тихо и почти незаметно произошла революция и в семействе «кожухотрубных» теплообменников. Она обошлась без рекламной шумихи, поскольку новые теплообменники продвигала не крупная международная корпорация с огромным рекламным бюджетом, а скромные производственные предприятия, выживающие в условиях «дикого» рынка, и из всех ресурсов им были доступны только собственный интеллект, советские научные наработки да смекалка.

Поскольку и пластинчатые, и интенсифицированные кожухотрубные теплообменники уже имеют более чем 25-летний опыт работы в российских условиях (включая те самые «суровые»), ниже предпринята очередная попытка сравнить эти теплообменники (и сохранить объективность). Но, забегая вперёд, скажем, что статья написана, в первую очередь, с целью развеять некоторые стереотипы, навязанные, как нам кажется, ещё той, самой первой рекламной волной пластинчатых теплообменников. Таких не соответствующих действительности стереотипов о превосходстве пластинчатого теплообменника над всеми остальными несколько: высокий коэффициент теплопередачи, как следствие первого – небольшой вес и габариты, а также лёгкость технического обслуживания.

Итак, по порядку.
Высокий коэффициент теплопередачи. Описывая положительные потребительские свойства пластинчатых аппаратов, практически всегда отмечают их «значительно более высокий коэффициент теплопередачи», обосновывая это развитой турбулизацией потока и тонкостенностью теплопередающих пластин. Фигурируют разные данные о коэффициенте теплопередачи, в среднем порядка 4000-6000 кВт/(м2оС). Современные тонкостенные теплообменные аппараты интенсифицированные (ТТАИ) уже давно работают (не в лаборатории, а на предприятиях) с коэффициентом теплопередачи и более 8000 Вт/(м2оС). Кроме того, специалистам хорошо известно, что методы турбулизации потока для трубок проработаны современной наукой (и практикой) лучше, чем для пластин.

Тут нужно сразу оговориться, что этот параметр – «коэффициент теплопередачи» – чисто популистский. Это как рекламный лозунг с указанием огромного числа мегапикселей в камере нового модного телефона, которое не имеет никакого отношения к качеству фотографий, а нужно только для того, чтобы продавать новые телефоны взамен ещё работающих старых, но с «худшими», на взгляд продавцов, характеристиками.

Те, кто изучал основы термодинамики, знают, что коэффициент теплопередачи всего лишь определяет необходимую площадь поверхности теплообмена, то есть говорить о компактности и высоком коэффициенте теплообмена – значит говорить об одном и том же. Поэтому оставим пресловутый коэффициент в покое и перейдём к следующему параметру, более важному для потребителя.

Компактность.Как уже отмечалось выше, на фоне «советских» кожухотрубных теплообменников пластинчатые выглядели впечатляюще компактными. Они действительно занимали значительно меньшую площадь. Однако, всё меняется, и современные кожухотрубные теплообменники не только занимают меньшие площади, – они могут вообще её не занимать.
Лёгкость и возможность бесфундаментного размещения тех же теплообменников ТТАИ позволяет смонтировать тепловой пункт в плоскости стены или даже потолка (так называемые «планшетные теплопункты») (рис. 1-2). При запредельной стоимости квадратного метра в торговых центрах или офисах в крупных городах такая «сверхкомпактность» – действительно полезное потребительское свойство. И теперь застройщики высвобождают площади при отказе от пластинчатых теплообменников в пользу ТТАИ (например, итог замены – высвобождение 63 м2 в торговом центре).

Рис. 1. ИТП с теплообменниками ТТАИ.

Рис. 2. Теплообменники смонтированы в плоскости потолка из-за стеснённых условий.

Ещё полезнее это свойство кожухотрубного теплообменника ТТАИ, когда необходимо, в соответствии с требованием Федерального закона № 190 «О теплоснабжении», перейти с «открытой» схемы ГВС на «закрытую», и встаёт необходимость размещения теплообменников ГВС в многоквартирных домах старой застройки, где ни подвала, ни иного помещения, пригодного для размещения ИТП, нет. Тогда узел подготовки ГВС можно вписать даже под лестницу (рис. 4).

Рис. 4. ИТП (блок ГВС) размещён под лестничным пролетом.

Самый-самый компактный ИТП был размещён в подвальном помещении дома старой постройки в центральной части Москвы, где единственным подходящим местом как раз оказалась каморка в подлестничном пространстве. Заказчик рассказал, что обращался ко многим, но никто не смог вписать в указанное пространство ИТП.
Проектанту (а затем и монтажникам) всё-таки удалось разместить там ИТП, применяя теплообменники ТТАИ, хотя для этого пришлось задействовать 3 стенки этой каморки. А заказчику не пришлось «изобретать» к этому зданию какую-то пристройку для теплопункта, что в условиях «старой» Москвы – мероприятие чрезвычайно затратное.

Если сравнивать в цифрах, решим, для наглядности, практическую задачу. Требуется осуществить 2-х ступенчатый нагрев воды для ГВС, при этом расход нагреваемой воды – 8,4 т/ч, температуры нагреваемой воды (последовательно по ступеням) – 5, 43 и 55оС. По греющей среде были заданы следующие параметры: расход через II и I ступени соответственно – 5,6 и 15,2 т/ч, температуры греющей среды на входе во II и I ступени соответственно – 70 и 52оС.
Одна из западноевропейских фирм для выполнения этих условий предложила пластинчатый теплообменник с габаритным объёмом 0,19 м3. Суммарный габаритный объём для решения той же задачи двух аппаратов ТТАИ почти в 5 раз меньше (1 ступень – 0,03 м3, 2 – 0,007 м3) при тех же потерях напора. А при использовании одноступенчатой схемы подогрева ГВС выигрыш (при прочих равных условиях теплообменников ТТАИ перед пластинчатыми) по габаритному объёму достигает 10 раз и более.

Еще один стереотип, возникший на фоне уже некорректного сегодня сравнения кожухотрубных теплообменников советского периода и пластинчатых – это малый вес последних. Ситуация сегодня опять с повторилась с точностью до наоборот. Приведем пример для следующих условий: теплообменный аппарат в отопительный контур ИТП, график теплосети 130/70оС, график системы отопления 95/70оС. Мощность – 0,57 Гкал/ч. В результате расчётов (при прочих равных условиях: по потере напора и т.д.) две известные на российском рынке компании предложили теплообменные аппараты весом 280 и 220 кг. Аппарат ТТАИ для этих же условий весит 26 кг.

Рассчитаем теплообменники 2-х ступенчатой схемы ГВС, которые нагреют от 5 до 60оС воду теплоносителем 70оС (максимальный разбор). Мощность 0,42 Гкал/ч. Упомянутые выше компании предложили: первая – моноблок весом 285 кг, вторая теплообменники 1-й и 2-й ступени весом 180 и 168 кг (сумма 348 кг). Теплообменники ТТАИ для этих условий будут весить 32 и 29 кг (сумма 61 кг). Как говорится – комментарии излишни. А ведь от веса зависят и затраты на транспорт, и на погрузку-разгрузку (рис. 5), и удобство монтажа/демонтажа, обслуживания, разборки/сборки, устройство фундамента, опор и проч., и проч.

Рис. 5. Теплообменники транспортируются без использования грузоподъёмных средств.

Наконец, осталось рассмотреть последний критерий – лёгкость технического обслуживания. Несомненно, возможность разобрать пластинчатый теплообменник и доставить пластины, например, в мастерскую, чтобы их там очистить или заменить, дает этим аппаратам преимущество по сравнению с кожухотрубными, но опять же необходимо подчеркнуть, более полувековой давности аппаратами.

Теперь, когда опыт эксплуатации пластинчатых теплообменников накоплен, почти каждый на собственном опыте знает, что разборку и сборку пластинчатых теплообменников нужно осуществлять из-за его веса на месте, зачастую при этом нужны специальные приспособления или оснастка, в рабочей группе должно быть не менее трёх человек, и главное – при этом страдают многочисленные резиновые уплотнительные прокладки, имеющие сложную форму, которые требуют постоянной замены. Стоимость комплекта таких прокладок составляет от 20% (и более) от стоимости нового пластинчатого теплообменника. Срок службы резиновых уплотнений по паспорту составляет 5 лет, на практике, с использованием герметиков, его иногда удаётся растянуть до 7 лет. Таким образом, за 20 лет срока жизни пластинчатого подогревателя его обладателю придется заменить уплотнения по меньшей мере 2 раза, а может так случиться, что и потратить сумму, соизмеримую со стоимостью теплообменника (т.е. заплатить дважды, как в известной пословице).

Жизнь, как известно, гораздо многообразнее, чем нам кажется, и показательный случай произошёл в городе N (история не вымышленная). При реализации муниципальной программы энергоэффективности был объявлен тендер на установку ИТП для «закрытия» схемы подключения потребителей ГВС. Основной критерий, как это принято при муниципальных закупках, – цена. Конкурс выиграл подрядчик с низкой стоимостью пластинчатых разборных теплообменников. Поставка и монтаж были выполнены в срок и почти без нареканий. ИТП запустили, и они с честью отработали 3 года. А дальше наступили те самые «суровые российские условия». Потребовалось провести очистку теплообменников. Их разобрали и почистили. При сборке появилась необходимость заменить несколько прокладок. И тут выяснилось, что они уникальные, настолько, что таких нигде в России не делают. Теплообменники без маркировки («noname») были поставлены из Китая под этот конкретный проект. Изготавливать резинки на заказ выходит по стоимости как покупка новых теплообменников. Проблема так и не решена, пока используют старые прокладки, заливая их герметиком, но это разовое решение и не самое надёжное.

Контрастом послужат опять теплообменники ТТАИ, в которых всего две резиновые прокладки, и они имеют исключительно простую кольцевую форму. И если потребуется их замена, то стоимость замены прокладок составит около 0,015% от стоимости теплообменника, а, поскольку, как отмечалось выше, теплообменники ТТАИ в среднем в 10 раз легче современных пластинчатых аппаратов, они легко демонтируются и переносятся в приспособленное для техобслуживания помещение. Также отметим, что теплообменники ТТАИ – разборные, трубный пучок элементарно извлекается одним слесарем (рис. 6, 7). И он же может провести очистку отложений, как показала практика, часто достаточно простой щёткой. Но это, конечно, зависит от свойств воды или теплоносителя. Кстати, в теплообменнике реализован принцип самоочистки, что, конечно, не исключит волшебным образом его загрязнение, но сделает это загрязнение гораздо более медленным.

Рис. 6. Теплообменник ТТАИ в разобранном виде.

Рис. 7. Теплообменник ТТАИ в собранном виде.

Выводы
Технический прогресс неумолим. Техника развивается, и её новые образцы обладают, как правило, более привлекательными потребительскими свойствами. Это одинаково справедливо и про телефоны, и про теплообменники, и про любую другую продукцию. Ушли в прошлое дисковые телефоны с привязанным карандашом для записи номеров. Постепенно уходят и огромные кожухотрубные теплообменники.
Однако, на рынке есть кожухотрубные теплообменники ТТАИ, которые не только, как правило, не дороже пластинчатых, но и дают возможность существенно снижать эксплуатационные издержки. Что в условиях ограничения роста тарифа не самое последнее дело.
Мы не умаляем роль и место пластинчатых теплообменников – это действительно высокоэффективные и высококачественные теплообменные аппараты, и в ряде случаев их применение оправдано и даже оптимально. Но они не являются панацеей, и в большинстве случаев, особенно в сфере теплоснабжения, им есть более достойная альтернатива, превосходящая их по всему комплексу потребительских свойств – теплообменники ТТАИ.
Поскольку критерий истины – практика, остаётся сослаться на более чем 25-летний опыт эксплуатации более девяти тысяч теплообменников ТТАИ в тех самых «суровых российских условиях» и в не менее разнообразных условиях стран СНГ.

В конце лишь предостережём, что на рынке появились подделки под теплообменники ТТАИ и при выборе поставщика нужно соблюдать осторожность, и с удовлетворением отметим, что плохую продукцию подделывать не будут – это бессмысленно.

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №03 (199) 2017 г., www.rosteplo.ru/nt/199