Расчёт теплопотерь в пластинчатых теплообменниках

Теплообменники типа ALFA LAVAL (далее ТО) получили широкое распространение в системах теплоснабжения на ТЭС, в ЖКХ, на промышленных предприятиях и иных объектах. Однако при проектировании ТО во многих случаях не предусматривается применение различных противонакипных устройств и, в результате, в значительной степени снижается эффективность  эксплуатации ТО вплоть до невозможности их эксплуатации без частых чисток от накипи. Отложения солей жёсткости особенно вредны для теплообменников ALFA LAVAL из-за небольшого расстояния между пластинами (2,5 мм и менее).  Поэтому накипь толщиной 0,5 мм уменьшает проходные сечения по воде практически в 2 раза [1]. В [2] отмечается, что, например, такой организации как ООО «Нижегородтеплогаз», в своей деятельности приходится многократно сталкиваться с сильнейшим загрязнением ТО, при котором теплообменник терял до 50-70% тепловой эффективности за 3-6 недель!
Для устранения отложений используют, как правило, периодические чистки (промывки) ТО. Периодичность промывок зависит от сочетания таких факторов как интенсивность эксплуатации и характеристик теплоносителя (жёсткость воды). При этом необходимость промывки в большинстве случаев определяется необходимостью выполнения технологических режимов тепловой сети. В то же время могут возникать ситуации необходимостью оценки и экономических показателей принятия таких решений: чистка ТО. В этом случае необходимо знать величину теплопотерь и, далее, значения ущерба от перерасхода тепловой энергии (газ либо электричество), идущей на нагрев теплоносителя.
В [2] предложен эффективный метод диагностики состояния загрязнённости теплообменных аппаратов, позволяющий легко определять относительный коэффициент теплопередачи k/k0 загрязнённого теплообменника по отношению к этому же теплообменнику с абсолютно чистой поверхностью. Для анализа используются только результаты измерения 4-х температур (на входе и выходе теплообменника по обоим потокам) и коэффициент теплопередачи чистого теплообменника.
Основываясь на данном алгоритме разработана программа TLphe (Thermal Loss plate heat exchanger - пластинчатый теплообменник с тепловыми потерями) расчёта как эквивалентной толщины накипи (мм) на поверхности нагрева ТО, так и тепловых потерь (%) в пластинчатых теплообменниках ALFA LAVAL по данным коэффициента теплопередачи чистого теплообменника (Вт/(м2*град.С) и температур на входе и выходе ТО по обеим потокам (град.С). При этом рассматриваются три варианта зависимостей тепловых потерь от толщины накипи:
- пессимистичный (по данным по данным фирмы "Lifescience Products LTD", Великобритания) [3],
- оптимистичный [4, с.118] и
- реалистичный (среднее между значениями оптимистичного и пессимистичного сценариев).
Авторы программы – Сысоев В.В. и Хоменко М.В. Расчёты проводимые с использованием программы позволяют правильно:
a) производить выбор ТО с учётом прогнозируемого загрязнения;
b) осуществлять выбор мероприятий для повышения теплопроизводительности ТО:
- химическая промывка (или механическая очистка и др.);
-  повышение температуры и расхода греющего теплоносителя;
- замена ТО;
- реконструкция ТО (изменение схем движения теплоносителей, увеличение количества
   пластин и др.) и т.п.;
с) разрабатывать и внедрять систему мониторинга за теплопроизводительностью ТО с оценкой остаточного ресурса работы до очередной промывки (химической чистки).
Более подробно возможный комплекс мероприятий по повышению общей надёжности и качества теплоснабжения, а также снижению загрязнения поверхностей нагрева ТО для систем отопления представлен в [2].
Программу TLphe целесообразно использовать при применении переносных комплексов многоразового применения на объектах теплоэнергетики, ЖКХ и др. [5].
Однако, при расчёте величины тепловых потерь желательно также знать их критическую величину, которая определяется равенством стоимости химической очистки и значением ущерба от перерасхода тепловой энергии, идущей на нагрев теплоносителя, из-за отложений в теплообменнике. В программе проводится также расчёт критической величины теплопотерь исходя из таких параметров, как: годовое число часов работы теплообменника (час), стоимости 1 Гкал (руб/Гкал), часовой выработки теплообменником тепла (Гкал/час), НДС=20% и стоимости химической чистки теплообменника (руб).
Программа полезна эксплуатационному персоналу тепловых сетей и иных организаций, использующих теплообменники, а также разработчикам ТЭО внедрения приборов и устройств электромагнитной обработки воды и иных безреагентных методов обработки воды для защиты от накипи.
Библиография
1 Беспалов В.И., Лапицкий М.Ю. Опыт эксплуатации теплообменников типа ALFA LAVAL в системе теплоснабжения на ТЭС / Электронный научный архив ТПУ. Известия ТПУ. [Электронный ресурс]. URL: 2 Жданов О.В. Пластинчатые теплообменники – дело тонкое // Сайт ООО СПК Фирма "ВАЛЕР". [Электронный ресурс]. URL: http://valer.ru/f/ptodelotonkoye.pdf
3 Банников В.В. Электромагнитная обработка воды Прибор «Термит» / Сайт «Термит. Прибор для удаления накипи и предотвращения её преобразования. Производитель "Экосервис Технохим-М"» / Электронный научный архив ТПУ. Известия ТПУ. [Электронный ресурс]. URL: http://termit.etch.ru/index.php
4 Эксплуатация котлов. Практ. Пособие для операторов котельных / Тарасюк В.М.; Под ред. Б.А. Соколова. - М.: ЭНАС, 2008, 272 с.
5 Презентация "МАГНИТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ОТ НАКИПИ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ. Переносной комплекс многоразового применения на различных объектах" / Канал «Магнитные технологии в энергетике, промышленности, сельском хозяйстве и экологии». [Электронный ресурс]. URL: https://t.me/ecoenergo/12