УДК 62

ПРОБЛЕМА ЗАСОРЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛООБМЕННИКА И МЕТОДЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ

Фесак Дмитрий Валерьевич1, Литвиненко Анатолий Александрович1
1Российский государственный университет туризма и сервиса

Аннотация
Статья посвящена проблеме засорения трубчатых, пластинчатых теплообменников, причинам их возникновения и последующему негативному эффекту. Приведены нормы и правила эксплуатации теплообмеников.
Обоснована актуальность данной проблематики и необходимость борьбы с засорами трубопроводов, описаны существующие методы борьбы с засорами, применяемые приборы и химические реагенты.

Ключевые слова: безразборный метод чистки, отложения солей, ультразвук, химическая очистка, химические реагенты, эксплуатация


THE PROBLEM OF CLOGGING OF THE HEAT EXCHANGER AND THE METHODS OF ITS SOLUTION

Fesak Dmitriy Valerevich1, Litvinenko Anatoliy Aleksandrovich1
1Russian State University of Tourism and Service

Abstract
Article is devoted to the problem of clogging tube, plate evaporators, reasons of their emergence and subsequent negative effect.
Proved the urgency of the issues and the need to combat засорами pipelines, describes existing and prospective methods of struggle with blockages.

Keywords: chemical cleaning, chemical reagents, not disassemble method of cleaning, operation, salt deposits, ultrasound


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Фесак Д.В., Литвиненко А.А. Проблема засорения трубопроводов теплообменника и методы её решения // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/04/11077 (дата обращения: 29.09.2017).

Введение

Отложение оксидов железа, кремния, солей жесткости и пр. на теплообменных поверхностях при нагреве воды создают массу трудностей эксплуатационным службам – для восстановления теплотехнических показателей стандартного оборудования аппараты через 2-3 месяца приходится останавливать на чистку и ремонт, что часто бывает связано с демонтажем и монтажом порой многотонных теплообменников в ограниченных пространствах. В условиях активного отложения включений на ряде предприятий приходится иметь до 300 % запаса поверхности традиционных подогревателей, что резко увеличивает и без того высокие затраты на содержание традиционного теплообменного оборудования.

Известна простая и наглядная формула, описывающая интенсивность теплообмена в системе вода-стенка-вода:

где

– коэффициент теплоотдачи от воды 1 к стене,

– коэффициент теплоотдачи от воды 2 к стене,

– толщина металла стенки,м

  • - коэффициент теплопроводности металла стенки,

– толщина слоя накипи на стенке,м

– коэффициент теплопроводности накипи и пр., на стенке,

Максимальные коэффициенты теплоотдачи от воды к стенке при вынужденном турбулентном движении в каналах находятся на уровне коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к стенке и достигают 15000 . Коэффициенты теплопроводности применяющихся металлов теплопередающей поверхности находятся в диапазоне 100-16 , где большая величина соответствует латуни, а меньшая – нержавеющей стали. Таким образом, максимальный коэффициент теплопередачи теплообменника на системе вода- металлическая стенка-вода может достигать (при толщине стенки канала =1 мм) =7000 в случае латунной стенки и =5100 для нержавеющей.

Приведенные результаты получены для системы без учета накипи на теплообменной поверхности. Коэффициент теплопроводности накипи на поверхности теплообменной поверхности не превышает 2 , таким образом при толщине накипи 0,1 мм с каждой стороны стенки, общий коэффициент теплопередачи составит для латуни = 4100 , а для нержавеющей стали = 3400 . Если толщина слоя накипи достигнет 0,5 мм с каждой стороны, коэффициенты теплопередачи будут выглядеть следующим образом: = 2500 , = 2250 . При дальнейшем возрастании слоя накипи “интенсивность” теплопередачи выравнивается для всех теплообменников с материалом стенки различной теплопроводности и зависит только от величины слоя накипи, например, для толщины накипи =1 мм, с каждой стороны стенки, коэффициенты теплопередачи аппаратов с латунными и нержавеющими стенками равны и не превышают К = 900 , т.е. ниже первоначальной интенсивности в 5-8 раз (1).

Методы борьбы с засорами труб

Одним из направлений в создании и усовершенствовании теплообменных аппаратов является проблема борьбы с коррозией, особенно актуальная в отношении кожухотрубных теплообменников, основным материалом для изготовления которых является углеродистая сталь. В настоящее время для борьбы с коррозией применяется газотермическое напыление трубных досок, труб пароперегревателей. Пластинчатые же теплообменники, изготовляемые, как правило, из нержавеющей стали, проблеме образования коррозии подвержены в меньшей степени.

Конструкции пластинчатых теплообменников продолжают совершенствоваться. Основной задачей при проектировании таких аппаратов, является максимально возможное уменьшение габаритов теплообменной системы (веса, размера) при одновременном увеличении ее эффективности. Наиболее перспективный путь решения этой проблемы – интенсификация теплообмена. Для достижения подобных результатов используются различные способы комбинации пластин при фиксировании расстояний между ними, а также скоростей движения жидкостей-теплоносителей. Однако при любой конструкции теплообменника со временем происходит засорение отложениями солей, уменьшающих сечения труб и снижающих теплопроводность стенок. Особенно важен этот фактор для пластинчатых теплообменников, оборудованных каналами с очень малым сечением. Термодинамические параметры таких теплообменников снижаются даже при минимальных слоях накипи. Инновационные разработки не обошли стороной и эту проблему. Одними из вариантов борьбы с солевыми отложениями являются химические методы, где для растворения отложений в теплообменник подаются специальные составы. Но этот способ малоэффективен в отношении кремниевых отложений. Наиболее популярным в настоящее время инновационным способом защиты труб и каналов теплообменников от солевых отложений является ультразвуковой способ, уменьшающий скорость образования накипи. Впрочем, в пластинчатых теплообменниках, ввиду высокой турбулентности потоков теплоносителей, обеспечивающейся благодаря специальной обработке пластин теплообменника, их рифлением, отложение накипи и так происходит чрезвычайно медленно.

Одним из правил и норм эксплуатации теплообменников является проведение регулярной очистки теплообменников. Под очисткой теплообменников обычно подразумевается удаление с внутренних поверхностей накипи и налета, а также устранение скопившихся отложений(5).

Налет, оседающий на внутренних стенках теплообменника, может стать причиной ухудшения теплопроводности системы, что приведет к существенному снижению эффективности и увеличению расходов на поддержание заданных температурных параметров(2). Кроме этого, скапливающиеся в нижней части теплообменника отложения затрудняют циркуляцию теплоносителя, что опять же приводит к понижению эффективности и возможному выходу из строя системы. Регулярная очистка теплообменника является единственной достаточной мерой, способной исключить дополнительные расходы, капитальный ремонт или замену теплообменника.

Разборная механическая очистка и безразборная гидрохимическая очистка теплообменников

Сегодня разделяют два основных метода очистки теплообменников различных как по принципу действия так и по степени эффективности — разборная механическая очистка и безразборная гидрохимическая очистка теплообменников(3). Разборную очистку теплообменников относят к крайним мерам, необходимость в которых возникает только в самых запущенных случаях, в то время как безразборная гидрохимическая очистка теплообменников считается мерой, подходящей для регулярного сервисного обслуживания любых теплообменников.

Под разборной очисткой теплообменников обычно подразумевается механическая очистка, которой необходим разбор и извлечение из теплообменника загрязненных элементов. В этом случае очистка теплообменника предполагает промывку блоков или пластин теплообменника струей воды под высоким давлением. При необходимости может быть добавлена такая мера, как химическая очистка теплообменников, при которой загрязненные детали помещаются в емкость с чистящим средством на определенный промежуток времени.

После завершения химической промывки теплообменника извлеченные детали промываются водой и помещаются в систему. Преимуществом разборной химической очистки теплообменника является ее высокая эффективность — подобным методом возможно удалить практически все скопившиеся загрязнители любого характера. Основным же минусом этого метода очистки теплообменников является его большая стоимость в сравнении с безразборной химической очисткой теплообменников.

Альтернативой разборной промывки является безразборная химическая очистка теплообменников, которая не требует разбора системы и промывки ее по частям. В основе безразборной химической очистки теплообменников лежит работа специальных устройств — бустеров для промывки теплообменников. Очистка теплообменников при помощи специальных установок представляет собой введение в систему специальных чистящих средств, которые циркулируют в системе под определенным давлением и температурой.

Установки для очистки теплообменников представляют собой устройства, состоящие из нескольких основных блоков: насоса, напорного бака и нагревательного оборудования. В напорный бак заливается раствор для очистки теплообменников, который нагревается ТЭН — трубчатыми электронагревателями — до определенной температуры, после чего установка для очистки теплообменников подключается через сливные отверстия к теплообменнику. После подключения установка для очистки теплообменников к системе включается специальный насос, который перегоняет жидкость в теплообменник и создает необходимое для эффективной очистки теплообменника давления. В течении нескольких часов ( в зависимости от размеров теплообменника и степени ее загрязнения) чистящее средство циркулирует через пластины или трубы теплообменника, в результате чего с внутренних поверхностей удаляется накипь и другие загрязнители.

По истечении определенного времени насос для очистки теплообменников переключается в режим реверса потока и удаляет из системы чистящее средство вместе с содержащимися в нем загрязнителями. На этой стадии установка для очистки теплообменников переключается в режим промывки водой, и насос через сливные отверстия подает на пластины или в трубы теплообменника воду. Эта мера является необходимой, так как в состав большинства средств для очистки теплообменников входят различного рода агрессивные химические реагенты, длительный контакт с которыми может оказать на элементы системы негативное воздействие.

Разборная, как и безразборная промывки, подходят как для очистки пластин, так и для очистки труб теплообменников. Эффективность же любой химической очистки теплообменников зависит в первую очередь от правильного подбора оптимальных чистящих средств, то есть реагентов для промывки теплообменников.

Очистка труб теплообменников.

Для очистки трубчатых теплообменников могут быть использованы оба способа, то есть, безразборная и разборная химические очистки теплообменников, однако предпочтение отдается безразборной химической очистке труб теплообменников. Как и в случае с пластинчатыми теплообменниками, безразборная химическая очистка труб теплообменника проводится только с использованием специального оборудования, которое способно обеспечить необходимое для эффективности промывки давление и температуру.

На эффективности любой химической очистки теплообменника прежде всего сказывается выбор оптимальный средств для очистки теплообменников. В состав большинства чистящих средств входят те или иные сильные химические реагенты, которые способны разрушить или растворить накипь, налет и другие загрязнители. Наиболее распространенным средством для очистки труб теплообменника считаются различные кислоты, которые, вступая в реакцию с загрязнителями, разрушают их.

Для очистки труб теплообменников от различного рода накипи и налетов в основном используются сильные кислоты. Уровень pH подобных средств для очистки от накипи теплообменников зачастую находится на уровне 1-3. При выборе реагента для очистки труб теплообменника особое внимание уделяется возможности его использования в каждом конкретном случае, который зависит как от конструктивных особенностей системы, так и от материала, из которого выполнены подлежащие очистке трубы теплообменника.

Очистка труб теплообменника производится чаще всего при помощи специальных устройств, которые позволяют произвести безразборную химическую очистку теплообменника. В этих случаях бустер для очистки теплообменников подключается напрямую к сливным отверстиям теплообменника, после чего начинает подачу раствора для чистки труб теплообменников на загрязненные поверхности. Благодаря высокому давлению, под которым в систему подается чистящее средство, этот метод позволяет с высокой эффективности удалить практически все загрязнители любого вида. Для улучшения качества очистки труб теплообменника и ускорения процесса промывки необходимо подогревать чистящий раствор, так как высокие температуры способствуют ускорению большинства химических реакций.

Очистка труб теплообменников может быть произведена также и при помощи разборного метода промывки, однако подобный способ при очистке труб теплообменников менее эффективен, чем при очистке пластинчатых систем. В процессе разборной очистки трубы теплообменников замачиваются в чистящем растворе, а в последствии промываются проточной водой.

Несмотря на широкое распространение обоих методов очистки труб теплообменников , большей эффективностью при меньших затратах отличается метод безразборной химической очистки. Особую важность приобретает безразборный метод очистки труб теплообменников в тех системах, где не предусмотрена возможность извлечения внутренних деталей теплообменника из системы.

Очистка от накипи теплообменников.


Несмотря на некоторые различия в процессах очистки пластинчатых и трубчатых теплообменников, для устранения одних и тех же загрязнителей в теплообменниках обоих типов чаще всего используются одинаковые химические реагенты. Наиболее распространенной проблемой любых теплообменников считается возникновение накипи на внутренних поверхностях теплообменников. Для очистки от накипи теплообменников чаще всего применяется метод безразборной химической очистки, однако в некоторых особо запущенных случаях рекомендуется разборная механическая прочистка.

Безразборная химическая очистка от накипи теплообменников производится тем же способом, что и любая другая очистка теплообменников, а именно путем подключения к системе специального устройства и промывки пластин или труб теплообменника тем или иным моющим средством(4). Для очистки от накипи теплообменников сегодня чаще всего используются различные кислоты. Так, например, широкое распространение получили средства для очистки теплообменников на основе азотной кислоты. При выборе средства для очистки от накипи теплообменников необходимо определить тип накипи, покрывающей пластины или внутренние поверхности труб теплообменника. Накипь может представлять собой осевший карбонат кальция, продукты коррозии, силикаты и другие типы веществ, поэтому для очистки от различных типов накипи теплообменников используются различные чистящие средства.

Для очистки от накипи теплообменников, в состав которой входит карбонат кальция зачастую используется азотная кислота. Азотная кислота, входящая в состав средства для очистки от накипи теплообменников, при контакте с карбонатом кальция образуется пузырьки водорода и углекислоты, которые и разрушают накипь.

Еще одним типом накипи являются осевшие на внутренних поверхностях теплообменника оксиды металлов. Для очистки от накипи теплообменников подобного типа может быть использована сульфаминовая кислота, принцип действия которой во многом схож с азотной кислотой.

Силикатные отложения обычно устраняются при очистки от накипи теплообменников жирные кислоты. Также для очистки от накипи теплообменников может быть использована фосфорная кислота, которая не менее действенно удаляет с внутренних поверхностей теплообменника налет.

Выводы

Проблема засорения трубопроводов теплообменных аппаратов стоит максимально остро. Периодическая чистка трубопроводов от отложений в ряде случаев необходима каждые 2-3 месяца и связана с большими затратами по времени, деньгам, а так же трудовым ресурсам.

Наиболее распространенный вид борьбы с засорами – химическая чистка, разборная и безразборная. Так же в борьбе с одразованием отложений на трубопроводах помогают водоводяные и пароводяные (ПВВВ и ППВВ) подогреватели.

Подогреватели с винтовым движением нагревающей среды в межтрубном пространстве состоят из корпуса, трубных досок, трубчатки с поперечными и винтовыми перегородками, благодаря которым и обеспечивается движение среды по винтовой траектории (рис. 1).

Устойчивая работа ПВВВ и ППВВ на воде низкого качества объясняется реализацией в данной конструкции наиболее простого и дешевого способа водоподготовки, позволяющего добиваться сокращения и исключения отложений на теплообменной поверхности и заключающегося в создании автоматического пульсационно-вихревого режима движения теплообменивающихся потоков, как в межтрубном, так и в трубном пространстве подогревателей.

Рис. 1 Схема работы подогревателя с винтовым движением нагревающей среды

Известно, что с увеличением скорости потока воды, снижается скорость отложения накипи на теплообменной поверхности. Толщина накипи уменьшается не только от увеличения скорости движения среды, а от величины критерия Рейнольдса потока в целом (Rе = Wd/р, где W- скорость потока, d -эквивалентный диаметр прохода, р – вязкость среды). Таким образом, на величину вихрей смывающих частицы накипи с теплообменной поверхности, существенное влияние оказывает увеличение диаметра теплообменных трубок. Несмотря на некоторое снижение интенсивности теплоотдачи от увеличения диаметра трубок при работе с водой, образующей в рабочих условиях накипь на теплообменной поверхности, такое мероприятие оправдано, а чаще всего просто необходимо (1).


Библиографический список
  1. Сайт компании «Технология гидроочистки»: http://tehgidro.com.ua
  2. Интернет портал климатехники:
    http://osipovs.ru
  3. Сайт Аквафор Трейдинг http://www.a-filter.ru
  4. Руководство по техническому обслуживанию холодильных установок и установок для кондиционирования воздуха /Бриганти Антонио/. Пер. с итальянского. М.: Евроклимат, 2004, 312 с.,
  5. Современные стиральные машины и моющие средства. /Скоробогатов Н.А./ СПб.: БХВ-Петербург, Арлит. 2001. – 240 с.: ил. -(Техника в вашем доме), ISBN 5-94157-137-2


Все статьи автора «dima8670»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: