Химическая промывка от загрязнения теплообменных аппаратов

Коэффициент теплопередачи у водяных пластинчатых водоподогревателей систем горячего водоснабжения, при чистой поверхности теплообмена, достигает 5—8 кВт/м²к [3]. Однако в процессе эксплуатации на поверхности теплообмена происходит отложение солей жесткости из водопроводной воды, что увеличивает в несколько раз термическое сопротивление теплопередающей стенки, и коэффициент теплопередачи со временем снижается до 2—3 кВт/м^2.К, при этом возрастает гидравлическое сопротивление теплообменника.

Загрязнённый теплообменник, у которого в процессе эксплуатации снизился коэффициент теплопередачи, возросло гидравлическое сопротивление и изменились конечные температуры рабочих сред, подлежит выключению из работы для очистки (промывки) поверхности теплообмена от загрязнения.

Разборные и полуразборные пластинчатые теплообменники сравнительно легко очищаются от отложений после их разборки механическим способом. Компактные неразборные (сварные или паяные) пластинчатые теплообменники механической очистке не поддаются, и их очищают химической промывкой [2].

В условиях эксплуатации практически избежать загрязнения поверхностей теплообмена не представляется возможным. Если для предотвращения загрязнения теплообменников твердыми частицами песка,  сварочным гратом и т. п. в магистралях устанавливаются фильтры-ловушки, то отложения солей жесткости необходимо удалять только химической промывкой.

Методика контроля качества химической промывки теплоэнергетического оборудования, изложенная в технической литературе [4] для пластинчатых неразборных теплообменников практически непригодна.

В связи с этим нами разработан довольно простой, но надёжный способ контроля качества промывки неразборных теплообменников. Способ заключается в определении времени получения температуры «схождения» теплоносителя и нагреваемой среды для теплообменника, снятого с эксплуатации, до и после промывки в сравнении со временем, полученным для эталонного (нового) теплообменника до выхода их на стационарный режим работы.

Рассмотрим рекуперативный теплообменник, в котором рабочие среды движутся прямотоком, как это схематически показано на рис. 1а. Определим температуру «схождения» t_сх  при прямоточном движении рабочих сред и их ровных расходах G₁=G₂=G.

Исходя из уравнения теплопередачи [4] Q=kFDt_ср = kF (t₁-t₂) и считая, что теплота, отданная теплоносителем Q₁, равна теплоте, полученной нагреваемой средой Q₂ (без учёта малых потерь в окружающую среду), и температуры рабочих сред изменяются по линейному закону, находим температуру «схождения».

Приняв, что Q₁=Q₂ и подставив текущие значения температур, получим

kF (t₁-t_сх) = kF (t_сх -t₂), откуда, (картинка), где:

• t₁ — средняя температура теплоносителя;
• t₂ — средняя температура нагреваемой среды;
• F — площадь поверхности теплообмена;
• K — коэффициент теплопередачи.

Температурой схождения будем считать среднюю величину из температур рабочих сред, рис.1б.

Исследования проводились на экспериментальном стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 2.

С помощью данного стенда решались две задачи: первая — промывка теплообменников с использованием моющих растворов по двум контурам и вторая — проверка качества промывки. Особенности промывки в данной работе не рассматриваются, а остановимся на основных этапах контроля качества промывки.

Для получения эталона времени, усредненных температур и температуры «схождения» первоначально был испытан новый теплообменник Н0,1—5—КУ. Ставилась задача — определить промежуток времени от начала циркуляции теплоносителя и нагреваемой среды до получения одинаковых температур в 2-х контурах, т. е. температуры «схождения».

Емкости 1 и 3 заполнялись водопроводной водой, вода в емкости 1 подогревалась электронагревателем до

Количество тепла, передаваемого от теплоносителя к нагреваемой среде до достижения t_сх = 45^оС, равно:

Q = V r c (t₁`- t_cх),         принимая

• r = 1000 кг/м³ — плотность воды;
• c = 1 ккал\ч — теплоемкость воды (1 ккал/час = 1,163 Вт);
• V1 = V2 = 0,12 м (объем воды 1 и 2 баков), тогда

t _сх = (картинка)

Как видим, расчетное время «схождения» температур рабочих сред для нового теплообменника соответствует времени, полученному при стендовых испытаниях.

Следует заметить, что t _сх для теплообменников с пластинами Н 0,1 будет кратно их площади теплообмена, так, если для теплообменника Н 0,1—5—КУ оно равно 2,2 мин., то для Н 0,1—10—КУ t _сх = 1,1 мин. И т. д. при одних и тех же начальных температурах рабочих сред.

В заключение следует отметить, что применение выше изложенной методики контроля качества химической промывки теплообменников позволяет с достаточной достоверностью говорить об эффективности промывки. В то же время вид температурных кривых теплоносителя и нагреваемой среды позволяет судить о степени загрязнённости теплообменника, что предопределяет и время промывки.

Теоретически можно с достаточной степенью достоверности определить толщину накипи, зная природу солевых отложений, и допуская, что они равномерно распределены по всей площади пластин неразборного теплообменника.

Литература:

1. Тарадай А. М., Гуров О. И., Коваленко Л. М. Под ред. Зингера Н. М. Пластинчатые теплообменные аппараты. — Харьков.: Прапор, 1995 — 60 с.;
2. СНиП. Своды правил по проектированию и строительству. Проектирование типовых пунктов СП41—101—95, Москва, 1997 г.;
3. Коваленко Л. М., Глушков А. Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи . М. Энергоатомиздат, 1986, — 240 с.;
4. Моргулова А. Н., Константинов С. М., Недужий И. А. Под ред. Константинова С. М. Теплотехника. — Киев.: Выща школа, 1986 — 255 с.

Д. т. н. А. М. Тарадай, профессор, к. т. н. Л. М. Коваленко, к. т. н. Е. П. Гурин.