Теплообменники

1.  За счет чего удалось так РЕЗКО ПОВЫСИТЬ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА И СНИЗИТЬ ГАБАРИТЫ теплообменных аппаратов ТТАИ по сравнению с кожухотрубными аппаратами, которые применялись ранее?

Массо-габаритные характеристики аппаратов ТТАИ так резко отличаются в лучшую сторону от всех аналогов, т.е. аппаратов, решающих ту же самую теплотехническую задачу и при том не одноразовых, а обслуживаемых, ремонтопригодных, благодаря комплексу нижеперечисленных технических решений, присущих теплообменникам ТТАИ:

• часть из этих решений обеспечивает повышение тепловой эффективности, а значит уменьшение необходимой поверхности теплопередачи;
• часть относится к принятию новых конструктивно-технологических решений,
• часть к принятию обоснованных, а не эмпирических размеров элементов теплообменников.

Некоторые из этих решений, для специалистов очевидно эффективные, не удавалось реализовать в одном изделии, ориентируясь на общепринятые материалы и технологии изготовления. Нам же удалось, используя опыт и знания, полученные в ходе многолетних закрытых исследований в интересах советского военно-морского флота, устранить технологические ограничения и совместить в одном изделии многое из перечисленного.

Будучи примененные одновременно в конструкции одного теплообменника – наших аппаратов ТТАИ, комплекс перечисленных технических решений позволяет добиться того, что массо-габаритные характеристики наших (разборных и ремонтопригодных) кожухотрубных аппаратов оказываются примерно в 50 раз лучше, чем у советских общепромышленных кожухотрубных аппаратов и примерно в 10 раз лучше, чем у современных западноевропейских разборных (т.е. тоже ремонтопригодных) пластинчатых теплообменников.

Коль скоро аппараты ТТАИ оказываются такими легкими (метр длины аппарата ТТАИ весит меньше метра длины трубопроводов, которыми обвязан аппарат), то такой аппарат в абсолютном большинстве случаев не требует отдельных креплений (лап, проушин и пр.), т.к. достаточно несущей способности подводящих/отводящих трубопроводов или, в крайнем случае, можно применить поддерживающую путевую трубопроводную опору. А это тоже снижение суммарного веса теплообменника.

2.  За счет чего повышена ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ теплообменных аппаратов ТТАИ?

• Применяются трубки уменьшенного диаметра по сравнению с обычно применяемыми в общегражданской промышленности, что повышает удельную тепловую эффективность. Применяемый внутренний диаметр в точности соответствует внутреннему диаметру трубок советских корабельных теплообменников;
• Трубки имеют специальный термодинамически целесообразный профиль, что повышает удельную тепловую эффективность. Этот профиль был отработан в ходе многолетних исследований для советской авиационно-космической и военно-морской техники;
• Трубный пучок имеет плотную упаковку, что повышает удельную тепловую эффективность. Наиболее оптимальная плотность трубного пучка была отработана нами ещё в советское время;
• Пучок имеет нерегулярную разбивку, что позволяет повысить удельную тепловую эффективность за счет роста скорости движения сред в аппарате, оставаясь в рамках заданного сопротивления. Нерегулярная разбивка позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление входа/выхода и использовать высвободившийся гидродинамический напор на увеличение тепловой эффективности;
• Патрубки входа/выхода по межтрубной полости расширены, т.е. имеют диаметр больше диаметра корпуса, что позволяет повысить удельную тепловую эффективность за счет роста скорости движения сред в аппарате, оставаясь в рамках заданного сопротивления. Расширенные патрубки позволяют уменьшить гидравлическое сопротивление входа/выхода и использовать высвободившийся гидродинамический напор на увеличение тепловой эффективности;
• Трубки имеют толщину, значительно меньшую, чем обычно применяется в общегражданских теплообменниках, что позволяет повысить удельную тепловую эффективность за счет снижения термического сопротивления стенки трубки. Это стало возможным, т.к. в рамках НИОКР мы участвовали в создании отраслевого стандарта по допустимым маркам различных металлов в зависимости от сочетания эксплуатационных факторов, что позволяет нам, правильно выбирая марку металла и применять трубки с действительно необходимой, а не эмпирически выбранной толщиной;
• Корпуса теплообменников ТТАИ изготавливаются из труб, изготовленных специально для корпусов теплообменников ТТАИ, а не из серийно выпускаемых трубными заводами труб. Это позволяет повысить интегральную тепловую эффективность теплообменника за счет точного расчета скоростей обтекания потоком рабочей среды теплопередающих труб. Дело в том, что допуски на геометрические размеры труб по ГОСТ имеют слишком большие, с нашей точки зрения, значения, что создает возможности для возникновения байпасных токов;
• Движение сред в наших аппаратах имеет чисто противоточное направление - самое целесообразное с точки зрения повышения интегральной тепловой эффективности аппарата. Это достигается специальной разработанной нами конструкцией дистанционирующих перегородок.

Все вышеперечисленно повышает тепловую эффективность, т.е. позволяет существенно снизить необходимую поверхность теплообмена.

3.  Какие факторы способствуют УЛУЧШЕНИЮ МАССО-ГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК теплообменных аппаратов ТТАИ?:

• Помимо трубных решеток из нержавеющей стали, мы применяем, почти для всех задач коммунальной энергетики и для многих задач из других отраслей, трубные решетки из композитного материала. Сейчас применением композитных материалов уже мало кого удивишь, но мы были, видимо, одними из первых, когда сделали трубные решетки из композитных материалов – это было очень давно, чуть ли не 40 лет назад, когда мы создавали теплообменники для десантных кораблей на воздушной подушке. Конечно, сейчас мы применяем другие композитные материалы и по другой технологии, но мы, таким образом, имеем многолетний опыт изготовления таких трубных решеток;
• Мы применяем тонкостенные корпуса, используя ранее упомянутые знания по правильному подбору металла, что позволяет обеспечивать заданный ресурс при минимальном весе корпуса;
• Наши аппараты имеют плавающие трубные решетки, что снимает опасения по возникновению термических напряжений в цепочке «корпус-трубный пучок» и позволяет не только не усиливать места закрепления трубок в трубных решетках, но и избежать применения компенсаторов на корпусе;
• Патрубки аппаратов ТТАИ имеют псевдофланцевые разъемные соединения, которые полностью обеспечивают функцию фланцевого соединения (разъемное болтовое соединение), но не имеют тяжелых и габаритных «блинов».

Выше перечислено абсолютное большинство конструктивно-технологических решений, либо впервые примененных в конструкции наших аппаратов ТТАИ, либо впервые одновременно примененных в конструкции одного теплообменника.

4.  ЭФФЕКТ САМООЧИСТКИ есть и внутри трубок и снаружи трубок внутри корпуса теплообменника?

Эффект самоочистки в наиболее полной мере проявляется внутри трубок теплообменных аппаратов ТТАИ. Снаружи этот эффект тоже имеет место, но выражен слабее. Но надо помнить, что это не универсальный механизм, работающий на всех режимах. Обмануть природу не удается, т.е. при малых числах Re этот эффект ослабевает и в конце-концов пропадает. Мы обладаем информацией о границах диапазонов, что было получено в ходе весьма длительных исследований в рамках НИОКР в советское время.

5.  Как влияют ПРИСУТСТВУЮЩИЕ В ВОДЕ ХЛОРИДЫ на загрязнение теплообменника?

На загрязнение теплообменника ТТАИ хлориды никак не влияют.  Но хлориды радикально влияют на надежность работы. В зависимости от содержания хлоридов в воде мы используем разные марки металла. Если хлоридов не более 250 мг/л, то можно использовать нержавеющую сталь AISI 304, если их больше этого значения, но не больше 350 мг/л, то тогда мы используем более дорогую нержавеющую сталь AISI 316, а если хлоридов больше 350 мг/л, то мы применяем титановые сплавы.

Базовым вариантом у нас является AISI 316, в расчете на использование которой мы формируем цену теплообменника. Если заказчик хочет снизить стоимость (порой это обосновано, например, теплообменник предназначен для работы на химочищенной воде), то тогда мы используем сталь AISI 304. Титановые сплавы для задач ЖКХ и вообще энергетики мы ни разу не применяли, т.к. существенно растет цена и, кроме того, возникают сложности с сопряженными трубопроводами. 

6.  ЕСЛИ ВОДА ДВИЖЕТСЯ ЦИКЛИЧЕСКИ (в течении суток меняется скорость), достаточно ли этого для самоочистки?

Нет, если в течение суток имеются более-менее продолжительные периоды, когда вода не движется или движется с существенно пониженными скоростями, а греющая среда прокачивается через теплообменник, то накипь будет образовываться. Природу не обманешь. Если греть сырую воду, то при определенных температурах начинается выпадение солей жесткости и если при этом нет необходимого движения, то накипь будет оседать на стенках.

Для борьбы с этим, мы лет 20 назад предложили решение – насос внутренней рециркуляции. Соответствующая схема приведена в нашем «Техническом описании и инструкции по эксплуатации». Решение, как показал опыт, оказалось удачным.

Но если не применять насос внутренней рециркуляции и к тому же еще автоматика не обеспечивает управление потоком греющей воды (т.е. расход нагреваемой уменьшается или вовсе прекращается, а греющая все по-прежнему идет через теплообменник), то и в этом тоже нет ничего страшного – надо своевременно подвергнуть аппарат химочистке. И все.

7.  Как влияет ПЕРЕПАД ТЕМПЕРАТУР в случае, если остановилось движение нагреваемой среды (вода, пар)? Волнует вопрос перегрева и деформаций.

В отличие от пластинчатых аппаратов, для наших аппаратов это вообще не вопрос.

Во-первых, цилиндрическая оболочка радикально лучше противостоит разности давлений, чем плоская стенка (это классика сопромата).

Во-вторых, конкретно в наших аппаратах применены плавающие трубные решетки, причем обе. Это полностью снимает термические напряжения в цепочке «корпус-трубный пучок».

В-третьих, трубки имеют специальную форму, что дополнительно благоприятно влияет на решение вопроса деформаций (как от разности температур, так и от разности давлений).

8.  Какое максимально допустимое ДАВЛЕНИЕ ВОДЫ, ПАРА?

По умолчанию (заказчик просто забыл указать необходимое давление) мы все теплообменники ТТАИ перед отгрузкой испытываем давлением 16 ати. Но если заказчику требуется большее давление и он это не забыл указать, то тогда мы изготавливаем аппарат под испытательное давление 25 ати (цена при этом увеличивается, но не столь уж существенно).

9.  КАКИМ ДАВЛЕНИЕМ ИСПЫТЫВАЮТСЯ аппараты ТТАИ?

Испытательное давление регламентировано нормативной документацией и оно равно 1,25 от максимального рабочего. Значит, если аппарат рассчитан на работу в системе, где максимальное рабочее давление равно, например, 6кгс/см2 (нагрев воды в плавательном бассейне), то его надо испытать давлением не меньше 7,5кгс/см2. Мы же по своей инициативе (это не запрещено, главное - не меньше 1,25 от максимального рабочего) все аппараты испытываем давление 20 кгс/см2, что соответствует 1,25 от 16 кгс/см2 (16кгс/см2 это наиболее распространенное максимальное рабочее давление в различных водяных теплоэнергетических системах).

10. Как теплообменные аппараты ТТАИ выдерживают БРОСКИ ДАВЛЕНИЯ?

Что же касается бросков давления, гордо именуемых эксплуатационнщиками теплосетей гидроударами, то здесь два момента.

Первое. Такие броски давления (которые действительно нарушают работоспособность оборудования, особенно если возникают часто) возникают почти всегда из-за неграмотной эксплуатации или неправильных технических решений. Это либо включение насоса без использования байпаса, либо применение быстродействующей арматуры, либо, что все же бывает не часто, действительно аварийные ситуации. Такие броски давления надо исключать, а не уповать на то, что будет использовано оборудование, выдерживающее такую варварскую эксплуатацию.

Второе. Аппараты ТТАИ более устойчивы к броскам давления, чем пластинчатые аппараты и чем прежние кожухотрубные по следующим причинам:

1. По сравнению с пластинчатыми аппаратами:

- в аппаратах ТТАИ нет плоских стенок. А из сопромата известно, во сколько раз плоская стенка менее устойчива к разнице давлений, чем круглая той же толщины (а бросок давления это и есть процесс изменения разницы давлений);

- в аппаратах ТТАИ очень мало (ничтожно мало) резиновых прокладок, да еще и при том, что они имеют малую протяженность. В то время, как в пластинчатых аппаратах, таких прокладок много и они весьма протяженны. А бросок давления приводит зачастую к частичному выдавливанию резиновой прокладки и образованию течи, что в нашем случае исключено.

2. По сравнению с прежними кожухотрубными аппаратами:

- в аппаратах ТТАИ применены плавающие трубные решетки, что позволяет в случае броска давления (т.е. в случае резкого повышения давления на входящую трубную решетку) «смягчить» удар на эту трубную решетку за счет ее незначительного перемещения, в то время, как в прежних аппаратах, где трубная решетка жестко крепилась к корпусу, такой возможности не было;

- в аппаратах ТТАИ трубки выполняются из нержавеющей стали, имеющей существенно более высокие механические характеристики, чем трубки из латуни, наиболее часто использовавшиеся в прежних кожухотрубных аппаратах;

- в аппаратах ТТАИ трубки имеют значительно меньший диаметр, чем диаметр трубок в прежних аппаратах, а из сопромата известно, что меньше диаметр цилиндрической обечайки тем большие давления она может выдержать.

11. ТРУБКИ ВСЕГДА ОДНОГО ДИАМЕТРА при любой мощности теплообменника?

В теплообменных аппаратах ТТАИ используются трубки 2-х диаметров – 6 мм и 8 мм. При этом основным размером является размер 8 мм. Выбираемый нами диаметр трубок мало зависит от мощности. Учитываются многие факторы – мощность, требуемые габариты, стоимость, вероятность механических загрязнений, а также отложений и возможный характер отложений, допустимые потери напора, расходы сред.

12. Какие ТЕХНОЛОГИИ ЗАДЕЛКИ ТРУБОК в трубные решётки применяются?

Мы применяем при изготовлении теплообменных аппаратов ТТАИ две технологии заделки трубок в трубные решетки:

- заделка трубок в трубной решетке из композитного материала (если совсем упрощенно, то можно сказать, что заливаются концы трубок композитным материалом, который полимеризуется и образуется трубная решетка);

- обварка нержавеющих трубок в нержавеющей трубной решетке.

Первую технологию (композитный материал) мы применяем для температур до 150 град.С. Эта технология позволяет создавать более эффективные, более легкие и более дешевые теплообменники.

Вторую температуру мы применяем для температур до 300 град.С.

13. Как ведёт себя со временем КОМПОЗИТНАЯ ЗАДЕЛКА трубных решёток?

Наши аппараты ТТАИ имеют наработку в 26 лет! Первые нами изготовленные в мирных целях аппараты до сих эксплуатируются в севастопольской теплосети (с 1993 г.). Думаю, что этим все сказано. Ведь мы эту технологию (заделка в композитные трубные решетки)  начали применять одними из первых в мире и за минувшие почти 40 лет учли многие особенности.  40 лет назад мы начинали с  ресурса в 100 часов, а затем в 1991-1993 гг. довели до окончательно решения, обеспечивающего наработку в 26 лет.

14. Насколько возрастает КОЭФФИЦИЕНТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ в случае Ваших специального профиля трубок по сравнению с гладкими трубками?

Гидравлическое сопротивление в наших аппаратах растет практически так же,  как растет коэффициент теплопередачи. Чтобы добиться этого, в рамках советских НИОКР велись многолетние исследования. К сожалению, нет простого ответа на поставленный вопрос, т.е. нет числа, которое показывает увеличение коэффициента гидравлического сопротивления по отношению к гладкой трубке. Как рост коэффициента гидравлического сопротивления, так и рост коэффициента теплопередачи зависят от многих факторов (комплекса геометрических характеристик профиля, теплофизических свойств рабочей среды,  критериев Re). Эти коэффициенты описываются самостоятельными формулами, а не путем введения некоего множителя в классические зависимости.

Поэтому можно только еще раз сказать – рост гидравлического сопротивления в наших аппаратах по сравнению с гладкими трубками не опережает (или почти не опережает) рост тепловой эффективности аппарата.

15. ИЗ КАКИХ МАТЕРИАЛОВ возможно изготовление теплообменников?

Базовым вариантом у нас являются теплообменники ТТАИ из нержавеющей стали AISI 316. Если заказчик хочет снизить стоимость, то тогда мы используем сталь AISI 304. В случае необходимости работы теплообменника на агрессивных средах, используем титановые сплавы.

16. ИЗ КАКИХ МАТЕРИАЛОВ уплотнения в ТТАИ?

В ТО на ТТАИ указаны размеры, а материал резинок не указаны. Дело в том, что по штатному для температур до 80оС применяется резина ТМКЩ по ГОСТ 7338-90 и, значит, зная размеры, можно из листа такой резины вырезать прокладки (поэтому мы указываем размеры). Писать марку этой резины в ТО на ТТАИ нет смысла, т.к. ее знают все - от слесаря до директора теплоснабжающей организации (другую просто не применяют). Должен сказать, что мы ее используем до чуть более высоких температур - до 95оС.

А вот, что касается более высоких температур (до 150оС) и затем до 300оС, то такие резины идут не по ГОСТ, а по отдельным ТУ и просто купить такую резину у снабженческих организаций почти наверняка не удастся. Поэтому мы и не указываем ее марки и ТУ (совершенно бесполезно). Мы заказываем такие резины в специальных фирмах, занимающихся изготовлением специальных резин.

Поэтому если люди хотят заменить  или заказать впрок прокладки для температур выше 80оС (а вообще-то все теплотехники в качестве границы для прокладок из ТМКЩ ориентируются на 95-100оС), то надо обращаться к нам.

17. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ТТАИ выше, чем у пластинчатых теплообменников?

Коэффициенты теплопередачи аппаратов ТТАИ, конечно, на идентичные условия, близки к таковым у пластинчатых аппаратов, но, как правило, немного превышают коэффициенты теплопередачи у пластинчатых (обычно превышение в диапазоне 10-20%). А по сравнению со старыми кожухотрубными аппаратами превышают в 2-3 раза.

18. Есть ли ЗАПАС ПО ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА у теплообменных аппаратов ТТАИ?

Наша программа построена так, что после завершения расчета и определения расчетной поверхности теплообмена, вводится повышающий коэффициент 1.1, т.е. поверхность теплообменника увеличивается на 10% против расчетной.

19. Нужно ли УСТАНАВЛИВАТЬ ФИЛЬТР перед теплообменным аппаратом ТТАИ?

Установка фильтра очень желательна по межтрубной полости. Требования к фильтру такие же, как для пластинчатого аппарата. А по трубной полости можно вообще ничего не ставить, но если будет грязевик, то хорошо.

20. Почему нужен ОХЛАДИТЕЛЬ КОНДЕНСАТА для парового подогревателя ТТАИ?

Причина того, что мы предлагаем два аппарата, когда заказчик конкретно задал температуру конденсата на выходе, в том, что мы привыкли точно отрабатывать заданные заказчиком параметры. При применении схемы с охладителем конденсата мы можем точно рассчитать все температуры (в т.ч. и конденсата на выходе).

Вероятно, иногда заказчику не очень важно - будет выходить конденсат с указанной им конкретной температурой или он будет иметь какую-то (точно не рассчитать) температуру в  диапазоне, например, вместо указанных 70 ^оС конденсат будет выходить с температурой в диапазоне 70-90 ^оС (а может быть даже меньше 70 ^оС).  Если будем иметь дело с такими объектами, то можно будет обходиться одним, а не двумя аппаратами. При этом теплосъем будет обеспечен заданный, а температура конденсата будет некая, не сильно отдаленная от заданной, но не точно рассчитанная (она может оказаться даже не больше, а меньше заданной).

21. Можно ли паровой подогреватель ТТАИ СТАВИТЬ ВЕРТИКАЛЬНО?

Вертикально паровой подогреватель ТТАИ ставить можно. Он не выйдет из строя. Однако, процессы конденсации при вертикальной установке протекают по другому и у нас нет точной методики расчета парового аппарата при его вертикальной установке. Мы знаем, что есть объекты, где люди паровые аппараты ТТАИ на свой страх и риск поставили вертикально и вполне довольны работой аппаратов. При этом в некоторых случаях аппарат может даже показать лучшие тепловые характеристики, но мы не можем такой аппарат рассчитать, а совсем наугад мы не работаем.

22. Как можно ориентировать ОХЛАДИТЕЛЬ КОНДЕНСАТА В ПРОСТРАНСТВЕ?

Охладитель конденсата (не паровой аппарат) можно крутить в пространстве как угодно - поворачивать набок, ставить вертикально или ставить под углом к горизонту, но внешний вид должен оставаться таким, как на габаритке, т.е. патрубки по межтрубной полости должны всегда находиться на противоположных образующих корпуса (быть относительно друга развернуты на 180 градусов).

23. Для чего РАСШИРЕННЫЕ ПАТРУБКИ у паровых аппаратов ТТАИ?

Расширенные патрубки делаются для предотвращения обрыва трубок теплообменного аппарата. Дело в том, что при входе в аппарат скорость пара существенно повышается из-за того, что трубки создают существенное затеснение и сильно уменьшают проходное сечение. Например, если у заказчика пар идет по трубе Ду150 и входит в аппарат с патрубками Ду150, то фактически площадь сечения межтрубной полости такого аппарата будет соответствовать примерно Ду80. Следовательно, скорость пара в таком аппарате будет значительно выше, чем в трубе Ду150. Во время движения пара вдоль трубок это не столь важно, а вот на входе в аппарат, когда пар обтекает трубки перпендикулярно их оси, повышенная скорость пара может привести к обрыву трубок.

24.   ЗАЧЕМ НУЖЕН ШТУЦЕР ДЛЯ ВЫПУСКА/ВПУСКА ВОЗДУХА в паровых подогревателях ТТАИ?

На патрубке каждого парового теплообменника мы предусматриваем штуцер для выпуска/впуска воздуха (это обычная практика для паровых аппаратов, другое дело, что разные производители предусматривают этот штуцер в разных местах). Нужен этот штуцер в 2-х случаях - при запуске в работу и при останове аппарата.

При запуске в работу (когда система не использовалась) она оказывается заполнена воздухом, который является неконденсирующимся газом и, находясь в паровой полости, существенно уменьшает тепловую эффективность аппарата. Поэтому при запуске в работу аппарата надо выпустить воздух, для чего и служит этот штуцер. После полного удаления воздуха этот штуцер закрывается и в процессе нормальной эксплуатации не требуется.

Повторно необходимость использования этого штуцера возникает при останове системы, т.е. когда прекращается подача пара, а вторая среда (вода, например) продолжает двигаться по трубам - это обычный режим прекращения функционирования системы. В этом случае штуцер приоткрывают, чтобы воздух начал поступать в паровую полость для исключения образования в ней вакуума и исключения разрушения (схлопывания) корпуса. Сейчас для этой функции начали использовать специальные клапана - прерыватели вакуума (раньше это делалось вручную). Прерыватели вакуума практически необходимо устанавливать в случаях циклической подачи пара - то пар поступает, а то не поступает, при этом вода продолжает идти по трубкам; такие циклические режимы работы встречаются в ряде производств. Если режим обычный - вышли на заданный режим и работают длительное время до планового останова, то используется обычный штуцер.

25. КАКОЕ НАЗНАЧЕНИЕ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКА в схеме между паровым подогревателем и охладителем конденсата? Есть ли возможность его не использовать и просто соединить аппараты трубопроводом?

К сожалению, упростить схему и отказаться от конденсатоотводчика в данном случае не удастся.

Вообще-то обойтись без конденсатоотводчика удается довольно редко.

Конденсатоотводчик выполняет несколько функций.

Во-первых, он исключает пролетный пар, т.е. он обеспечивает поддержание расчетного давления в корпусе парового аппарата, а это значит, обеспечивает поддержание расчетной температуры конденсации, т.е. в итоге обеспечивает расчетный теплосъем. Отсутствие конденсатоотводчика может привести к снижению давления в корпусе аппарата и недогреву.

Во-вторых, он гарантирует охлаждение образовавшегося конденсата до заданной температуры. Его отсутствие приведет к тому, что в охладитель конденсата будет попадать не только конденсат, но и пар, что не позволит добиться заданной температуры конденсата.

Подбор конденсатоотводчика это довольно ответственная операция, которую проектант системы должен выполнить, используя сведения о разных типах конденсатоотводчиков (у разных производителей характеристики конденсатоотводчиков различные). Важно исключить использование конденсатоотводчика недостаточного размера, т.к. это приведет к обратному эффекту – уже речь пойдет не о пролетном паре, а наоборот, о том, что не выходит образующийся конденсат и часть поверхности теплообмена в паровом аппарате оказывается уже не под паром, а под водой (под конденсатом), что приведет к недогреву.

26. Каков процент заполнения внутреннего пространства парового подогревателя конденсатом для разных режимов работы?

В штатном режиме паровое пространство парового подогревателя практически не должно быть заполнено конденсатом (очень незначительно заполняется, только до нижнего ряда труб). Если режим будет сильно отличаться от штатного в сторону недостатка пара (или, что по сути одно и то же – в сторону увеличения количества воды), то паровое пространство будет частично заполняться конденсатом, однако степень заполнения будет самая разная в зависимости от соотношения параметров пара и воды (расход и температура на входе).

27. КАК РАСПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПОТОКИ НАГРЕВАЕМОЙ ВОДЫ между паровым подогревателем и охладителем конденсата?"

Распределение потоков должным образом происходит автоматически, если подвод и отвод воды из парового аппарата и охладителя конденсата выполнены идентично, например, из общего коллектора осуществляется подача воды в аппараты и в другой общий коллектор осуществляется поступление нагретой воды. Если исказить подачу, например, паровой аппарат установлен соосно подающему и отводящему трубопроводу, а  в охладитель конденсата вода поступает через отвод и так же из него выходит, то тогда автоматически правильного распределения потоков не обеспечить и тогда надо предусматривать регулирующие клапана.

28. КАК ПРИ ТАКОЙ СХЕМЕ ВЫПОЛНИТЬ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПО ВОДЕ? Или теплоотдача парового подогревателя и охладителя конденсата одинакова?"

Регулирование по воде осуществляется как обычно - прикрывая клапан на тракте воды, но, конечно, этот клапан должен стоять на общем трубопроводе, до разделения потока на паровой аппарат и на охладитель конденсата. В таком случае общий, уже уменьшенный поток, по-прежнему автоматически распределится правильно между аппаратами. И, конечно, регулирование теплопроизводительности можно осуществлять, регулируя расход пара.

29. НА КАКОМ РАССТОЯНИИ ОТ ТОЧКИ СОЕДИНЕНИЯ ПОТОКОВ СЕТЕВОЙ ВОДЫ нужно устанавливать термосопротивление регулятора расхода пара. Есть ли особые требования?

Требования есть - не менее 8 Ду трубопровода после слияния (хотя бы 5 Ду).

30. Что такое ПСЕВДОФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ у теплообменных аппаратов ТТАИ?

Мы считаем базовым исполнение ТТАИ с псевдофланцевыми разъемными соединениями.  Они выполняют полностью все функции фланцевого, но не имеют блинов, как таковых, благодаря чему аппарат становится легче и компактнее. По умолчанию именно с такими соединениями мы и делаем аппараты. Псевдофланцевое соединение предполагает более точную пригонку трубопроводов системы к патрубкам аппарата. С одной стороны это не очень хорошо, т.к. повышает требования к монтажу, но с другой стороны это хорошо, т.к. более точная пригонка трубопроводов уменьшает изгибные напряжения на корпус теплообменника (корпус теплообменника ТТАИ не является силовым элементом и насильное притягивание к нему трубопроводов надо избегать, т.к. это может нарушить целостность корпуса).

31. СКОЛЬКО УПЛОТНЕНИЙ используется в теплообменных аппаратах ТТАИ?

В аппаратах ТТАИ в исполнении с псевдофланцевыми соединениями, кроме 2-х резинок, одетых на трубные решетки и входящих в конструкцию аппарата, надо еще по одной резинке на каждый патрубок, что формально уже не входит в конструкцию аппарата (между патрубком аппарата и кусочком черной трубы под приварку). Итого 6 шт.

В аппаратах ТТАИ в исполнении с фланцевыми соединениями остаются только 2 резинки на трубных решетках, а обычные фланцы уплотняются с помощью паронитовых прокладок, которые  в поставку не входят.

32. В трубчатых подогревателях существуют ОГРАНИЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАГРЕВА в одном аппарате на уровне 50 град. Есть ли такое в ТТАИ?

Нет, такого ограничения в аппаратах ТТАИ не существует. Аппараты ТТАИ могут обеспечить нагрев существенно больше, что зависит только от температур двух сред, их расходов и допустимых потерь напора.

33. Есть ли ОПТИМАЛЬНЫЕ (РАЗУМНЫЕ) ЗНАЧЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ для оптимизации теплообмена (скорости в аппаратах ТТАИ), если у заказчика нет ограничений по давлениям и по увеличению затрат на перекачку?

Вообще-то мы не можем  технически обоснованно назвать оптимальные значения гидравлических сопротивлений в аппаратах ТТАИ, но из многолетнего опыта можем сказать, что за границу в 1 кгс/см² гидравлические сопротивления почти никогда не выходят, а опускаться ниже 0,2-0,3 кгс/см2 не целесообразно. Если пытаться все же назвать оптимальное значение (весьма условно), то это где-то в диапазоне 0,4-0,7 кгс/см². Однако, если заказчик не имеет ограничений, то лучше указать, что ограничений нет и мы тогда сами выберем самый оптимальный вариант теплообменника (будет учтена и цена, и размеры, и эффект самоочистки и пр.)

34. Когда в теплообменных аппаратах ТТАИ применяются стали AISI 304 и AISI 316?

Согласно ГОСТу на водопроводную воду в ней не может содержаться хлор-ионов более 350мг/л. В принципе, сталь AISI 304 может в пределе применяться на пресной воде с таким содержанием. Однако, водопроводная вода горячего водоснабжения подогревается до 60-65 ^оС, а это уже провоцирующий фактор, ускоряющий течение коррозионных процессов. И, к сожалению, нам уже неоднократно приходилось сталкиваться с существенно завышенным против допустимого уровня содержанием хлоридов в водопроводной воде (вплоть до 550мг/л) - органолептически это не ощущается. Эти два фактора (повышенная температура и встречающееся завышение содержания хлоридов) делают применение стали AISI 304 на ГВС рискованным мероприятием. Однако, если есть уверенность, что хлориды не превысят 250мг/л (это нормальная концентрация в большинстве городов), а температура не превысит 60 ^оС, то можно применить, но понимать, что связано с повышенным риском. Поэтому мы рекомендуем сталь AISI 304 применять на закрытые системы (например, отопление) и тем более на химподготовленную воду или на пар. На ГВС мы рекомендуем применять сталь AISI 316L. Это тоже не панацея от всех бед, но эта сталь существенно более стойкая в вышеописанных условиях.

35. Как использовать ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС при установке теплообменных аппаратов ТТАИ для борьбы с отложениями?

Принципиальная схема использования насоса рециркуляции есть в Техническом описании. Это наше предложение, выдвинутое нами 25 лет назад, широко применяли только наши харьковские партнеры и были очень довольны. Хочу обратить внимание, что применять это решение имеет смысл для борьбы с отложениями, а если вода, движущаяся по трубной полости не склонна к образованию отложений (то ли вода мягкая, то ли греющая среда имеет невысокую температуру, например, не выше 65 ^оС), то применять схему рециркуляции не имеет смысла.

Приведенная в Техническом описании схема именно принципиальная, т.к. указать предметно элементы (т.е. дать спецификацию) невозможно, ибо для каждого конкретного случая это решается индивидуально. Это должен делать проектант системы, исходя из общего правила, что через трубную полость теплообменника каждого Ду (не зависимо от длины) желательно прокачивать соответствующее количество воды (табличку привожу ниже). В большинстве случаев насосы могут работать постоянно (это когда аппараты имеют небольшой диаметр, т.е. могут быть применены насосы с мокрым ротором минимального типоразмера – у них и электропотребление незначительное, и расход резко падает при росте сопротивления). Но при использовании достаточно больших насосов их включать/выключать целесообразно. При этом включать насос рециркуляции надо тогда, когда расход к потребителю падает ниже тех значений, что приведены в табличке, и выключать, когда этот расход превышает эти значения (понятно, что должно быть поле задержки включения/выключения, чтобы насос не лихорадило вблизи значений, указанных в табличке, т.е. включать, когда расход к потребителю составляет 0,9 от табличного, а выключать, когда этот расход составляет 1,1 от табличного). Конечно, и маленькие насосы тоже целесообразно включать/отключать по тому же алгоритму, но это не столь критично. В качестве датчика для формирования сигнала удобно использовать датчики протока. Ниже две таблички с рекомендуемым уровнем расходов. Первая из них относится к аппаратам с композитными трубными решетками (аппараты ТТАИ), а вторая к аппаратам с нержавеющими трубными решетками (аппараты ТТАИсв). И еще, если аппарат 2-х ходовой по трубной полости, то требуемые расходы составляют половину от указанных в табличке для соответствующего Ду корпуса.

Ду (аппараты ТТАИ)       25       40       50       65      80      100      125      150      200      250 

Расход (м³/ч)                      0.8     1.4       2.0      3.5     6.0     10.0     14.0     22.0     40.0     70.0

Ду  (аппараты ТТАИсв)   25       40       50       65      80      100      125      150     200      250 

Расход (м³/ч)                     0.5      1.0      1.3      2.5     5.0      8.0      12.0     17.0    30.0     55.0

Стр.18, 19 ТО и ИЭ ТТАИ

В качестве эффективного средства борьбы с солеотложением путем обеспечения постоянного протока нагреваемой среды с расходом, близким к номинальному, можно использовать схему рециркуляции по нагреваемой воде (см. рис.2). При этом насос рециркуляции должен выбираться таким образом, чтобы через теплообменник всегда обеспечивался номинальный расход  нагреваемой воды (эта задача, как правило, не решается с помощью насосов рециркуляции воды в системах горячего водоснабжения, поддерживающих необходимую температуру воды у наиболее отдаленных точек водоразбора). Этот насос (рис.2) может работать постоянно - современные насосы не слишком энергоемки и имеют достаточно крутую характеристику, обеспечивающую получение саморегулирующейся системы. Однако с целью экономии электроэнергии на привод насоса его работа может управляться средствами автоматики (на базе датчика протока), обеспечивающими выключение насоса в случае достижения значением расхода воды к потребителю близкой или большей величины, чем величина номинального расхода. Насос может также автоматически выключаться при прекращении прокачивания через аппарат греющей среды. Однако в этом случае, например, с помощью реле задержки, должно быть обеспечено некоторое запаздывание (в пределах одной минуты) отключения насоса рециркуляции.

Рис.2

36. ЧЕМ ПРОМЫВАТЬ теплообменные аппараты ТТАИ в случае возникновения отложений?

Промывку можно производить любым реагентом, который не разрушает нержавеющую сталь. Мы рекомендуем сульфаминовую кислоту, т.к. она безопасна для человека и стоит недорого.

37.   Как часто необходимо производить ХИМИЧЕСКУЮ ПРОМЫВКУ теплообменников ТТАИ?

К сожалению, корректного ответа на этот вопрос нет. Может быть, надо будет проводить химическую пормывку каждые полмесяца, а может быть лет 10 не потребуется. Все зависит от состава нагреваемой воды, от температур (как температуры нагреваемой, так и греющей среды), от расходов и режимов движения нагреваемой воды.  Был случай (в Севастополе), когда за полмесяца аппарат полностью забился накипью - на этом объекте очень жесткая вода практически не прокачивалась через аппарат (утром осуществлялась подача в течение 2-х часов и вечером точно так же), а греющей средой был пар, причем паровая задвижка не держала и аппарат постоянно был под паром. В то же время есть объект (тоже в Крыму - санаторий "Ай Петри"), где за 17 лет эксплуатации аппарат всего лишь 2 раза подвергали техобслуживанию (химпромывке). Кстати, АВТОВАЗ начал аппараты ТТАИ  в 1997 г. только после того, как убедился, что аппараты ТТАИ не подвержены в их задачах образованию отложений - до этого итальянские аппараты они вынуждены были каждые 2-3 недели чистить, а ТТАИ год отработал без необходимости чистки, а когда они его для интереса вскрыли, то увидели, что теплопередающие поверхности чистые и не требуют никакой очистки. С тех пор, 20 с лишним лет, АвтоВАЗ, регулярно (чуть ли ни ежегодно) закупает аппараты ТТАИ.

38. Каким образом следует УСТАНАВЛИВАТЬ (КРЕПИТЬ) теплообменные аппараты ТТАИ при монтаже?

Как написано в нашем Техническом описании, предпочтительна безопорная схема монтажа теплообменников ТТАИ, особенно небольшой длины (скажем, до 3м). Это обусловлено их незначительным весом и тем, что корпус не является силовым элементом, т.е. наши теплообменники либо вообще не требуют опор и они располагаются в пространстве за счет жесткости подводящих-отводящих трубопроводов, либо для их крепления используются трубопроводные путевые опоры, т.е. опоры, применяемые при монтаже трубопроводов. Но если теплообменники достаточно большие (или по каким-то иным соображениям), то делаются опорные рамные конструкции, на которые укладывается теплообменник, причем  теплообменник укладывается на полукруглые постели, имеющие диаметр, близкий к диаметру корпуса теплообменника. При этом важно не закреплять намертво теплообменник на этих опорных конструкциях, чтобы он имел возможность незначительных перемещений из-за изменения температур. Теплообменники ТТАИ следует воспринимать не как элемент оборудования, а как элемент трубопроводов, и так их воспринимать, разрабатывая вариант их монтажа.

39. КУДА ЧТО ТЕЧЕТ?

Всегда должен быть соблюден противоток сред. Проектировщику виднее, как ему удобно направить среду трубной полости: справа налево или слева направо, и, соответственно, среду межтрубной полости слева направо или справа налево.

40. Куда лучше подавать воду, склонную к ОТЛОЖЕНИЯМ И НАКИПИ?

Лучше воду, склонную к отложению накипи, подавать в межтрубное пространство, т.к. из-за сложных проходов между трубками при отложении накипи там всегда остаются просветы для попадания в них отмывающего реагента (только не соляная кислота в любом ее виде!). Межтрубную полость, как правило, всегда можно отмыть от накипи.

При подаче нагреваемой среды в трубную полость, т.е. при отложении накипи в трубной полости, если вовремя не обслуживать аппарат, то накипь может закупорить трубки, отмывающий реагент не сможет попасть в трубную полость. Приходится менять весь трубный пучок, стоимость которого составляет значительную часть стоимости аппарата.

Но если есть уверенность, что аппарат будут вовремя обслуживать, или вода на объекте не склонна к отложению накипи, то можно направлять ее и в трубное пространство.

Если предложен вариант с направлением нагреваемой воды в межтрубную полость, а Вы хотите направить ее в трубную полость, надо пересчитать аппарат, т.к. он, скорей всего, будет отличаться от предложенного.

Рекомендация о подаче нагреваемой среды в трубную полость была обусловлена необходимостью уменьшения отрицательного влияния на надежность аппарата различных температурных удлинений корпуса и трубного пучка, т.к. они между собой в старых (советских) аппаратах соединялись жестко. Теплообменные аппараты типа ТТАИ имеют плавающие трубные решетки, т.е. корпус и трубный пучок жестко не связаны между собой и угрозы влияния на надежность аппарата различных температурных расширений корпуса и трубного пучка нет.

Дополнительно сообщаем, что гарантировать исключение образования отложений, если расходы среды колеблются от 10% до 100%, невозможно. Эффект самоочистки проявляется, начиная с определенных скоростей (которые, как правило, соответствуют номинальному режиму или около того). Значит, если нам надо в теплообменнике нагревать 200 м3\ч воды, то начиная  примерно с расхода в 120-140м3\ч эффект самоочистки будет ослабевать и при примерно 100 м3\ч уже практически будет отсутствовать.

41. Про ЗАНОСЫ.

Несколько слов насчет зазоров с меньшими размерами. Если речь идет о межтрубной полости, то это опасение действительно вполне обоснованно. В наших аппаратах зазоры между трубками существенно меньше, чем в традиционных кожухотрубных и потому мы пишем (в Техническом описании, в статьях, да и в письмах), что среда, поступающая в межтрубную полость, не должна иметь механических загрязнений с максимальным размером в поперечнике больше 1мм. Однако установка любого современно фильтра обеспечивает выполнение этого условия с запасом.
Если речь идет о трубной полости, то здесь проблема заносов отсутствует - проходное сечение в свету больше 7мм исключает занос трубок механическим включениями, имеющимися в нормально эксплуатируемых сетях. Но если все же занос произойдет, то он легко устраняется путем прочистки. А если имеется ввиду не собственно занос, а образование отложений на трубках, то тут наши аппараты за счет специального профилирования трубок имеют явное преимущество перед традиционными аппаратами с гладкими трубками (и, плюс к тому, существует эффективный метод удаления отложений путем использования сульфаминовой кислоты).

42. Как можно СНИЗИТЬ СТОИМОСТЬ теплообменных аппаратов ТТАИ?

Хочу обратить Ваше внимание на еще одну возможность существенного снижения цены - применение стали AISI 304. Эту сталь активно применяют, когда речь идет о нагреве пресной воды замкнутого контура, т.е. когда не ожидается активного выпадения солей жесткости и потому не предполагается необходимость частых химочисток. Стали AISI 304 и AISI 316L очень близки, но AISI 316L считается более кислотостойкой из-за наличия в ней молибдена. В рассматриваемой ситуации представляется вполне оправданным применение стали AISI 304.

43. Какой СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ аппаратов ТТАИ?

Срок эксплуатации аппаратов ТТАИ - 25 лет. Подчеркнем, что это подтвержденный срок эксплуатации. Этот срок эксплуатации указан в ТУ на аппараты. Причем 25 лет указан не просто так, а тогда, когда появилась возможность предъявить аппараты, фактически отработавшие 25 лет (с 1992 года – это Севастопольская теплосеть и Севастопольский винзавод).

Кстати, в 2020 году мы получили отзыв ГУП «Санаторий Родина» г. Ялта, в котором прямо указано, что наши аппараты у них отработали уже 19 лет и они хотят еще такие же.