Пароводяные подогреватели относятся к категории теплообменников кожухотрубного типа, конструкционно и по материалу исполнения специально приспособленных для работы с перегретым паром. Они используются для подогрева сетевой воды в системах отопления и горячего водоснабжения, в тепловых сетях коммунальных и промышленных предприятий, в составе оборудования теплоэлектростанций. Базовый принцип работы пароводяных теплообменников за некоторым исключением не зависит от конструкции конкретной модели; в то же время, особенности конструкции имеют значение для определения возможных условий эксплуатации паровых теплообменников.

Принцип работы

У большинства моделей теплообменников (водоподогревателей) вода – пар принцип работы не отличается от базового принципа действия всех иных кожухотрубных теплообменников с двумя теплоносителями. В упрощённом виде пароводяной теплообменник можно представить состоящим из горизонтального или вертикального цилиндрического кожуха с верхним и нижним патрубками, в который заключён пучок труб малого диаметра.

В кожух через верхний патрубок подаётся высокотемпературный перегретый пар, который конденсируется в процессе прохождения от контакта со стенками труб пучка; конденсат выходит из кожуха через нижний патрубок. Одновременно в трубный пучок подаётся вода, которая нагревается паром. Для увеличения поверхности теплообмена трубы трубного пучка могут выполняться с волнообразной накаткой (т.н. турбулизаторами).

Распределение воды в трубах пучка производится при помощи распределительной камеры (камер) на торце (торцах) кожуха. В случае, если трубы пучка имеют прямую форму – камер две, одна из которых, как и кожух, оснащена двумя патрубками – для ввода и вывода воды. Если трубы U-образные, необходимость во второй распределительной камере отсутствует.

Ввиду высокой тепловой нагрузки на элементы пароводяного теплообменника, в его конструкции используются компенсаторы температурных деформаций, в частности – плавающая головка распределительной камеры (для обменников с прямыми трубами). U-образные трубы наделены аналогичной функцией.

Рисунок 1. Схема устройства двухходового пароводяного подогревателя с плавающей головкой.

Рисунок 1. Схема устройства двухходового пароводяного подогревателя с плавающей головкой.

У теплообменников с прямыми трубами ток воды в трубном пучке может быть организован по одно-, двух-, четырёхходовому (и более) принципу; количество ходов, как правило, указывается в маркировке.

Несколько отличается конструкция и принцип работы теплообменников вода – пар емкостного типа (см. ниже, п. 3, «Емкостные водоподогреватели»).

Классификация и эксплуатация паровых теплообменников

Классификация может производиться по различиям в устройстве пароводяных теплообменников, по их эксплуатационным характеристикам и по назначению. С точки зрения характеристик подогреватели делятся на

  • произведенные в соответствии с ГОСТ 28679-90;
  • подогреватели с улучшенными характеристиками.

Также применяется деление на

  • подогреватели низкого давления и
  • подогреватели высокого давления.

По устройству пароводяные теплообменники разделяются на

  • проточные подогреватели;
  • емкостные подогреватели,

а также на

Деление по назначению (для горячего водоснабжения или отопления, бытовые, коммунальные, промышленные) во многом условно, и зависит от технических параметров подогревателя определённой модели – его максимальной производительности, температурного режима, габаритов и т.д.

Необходимые пояснения

1. Подогреватели по ГОСТ 28679-90. Данный государственный стандарт, вступивший в действие с января 1992-го года, определяет пароводяные подогреватели (ПП) как горизонтальные кожухотрубные теплообменники с плавающей головкой, приспособленные для использования в умеренном и тропическом климате в условиях теплоизолированных или кондиционируемых закрытых помещений. Предполагаются два типа подогревателей, различающихся формой крышек распределительных камер – эллиптической или плоской (соответственно, ПП1 и ПП2).

Этим же стандартом определены некоторые граничные параметры пароводяных подогревателей ПП. В частности, максимальное давление сетевой воды в трубах трубного пучка ограничено 1,6 МПа (16,0 кгс/см²), давление греющего пара в кожухе – 0,7 МПа, температура пара – не более 250 градусов Цельсия.

Рисунок 2. Схематическое устройство подогревателей типа ПП1 и ПП2.

Рисунок 2. Схематическое устройство подогревателей типа ПП1 и ПП2.

В то же время, современные усовершенствованные пароводяные теплообменники способны выдерживать давление воды в 7,35 МПа, давление пара в 1,57 МПа и его температуру в 425 °C . Условия размещения таких теплообменных аппаратов также несколько шире, чем у стандартизированных; по конструкции они могут быть не только горизонтальными с плавающей головкой, но и вертикальными, с U-образными трубами и т.д.

На первый взгляд, усовершенствованные подогреватели обладают явно превосходящими характеристиками, и их использование может оказаться более экономически выгодным и технологически оправданным. Больший разброс моделей и их характеристик позволяет выбрать и/или заказать агрегат, оптимально соответствующий конкретным техническим условиям.

Однако, с другой стороны, водоподогреватели, произведенные по ГОСТ 28679-90, являются безусловно проверенными временем теплообменными аппаратами с заложенным в конструкцию запасом прочности, который ещё более увеличивается за счёт использования современных материалов и технологий изготовления – как следствие, срок необслуживаемой эксплуатации паровых теплообменников ПП может превышать аналогичный срок для усовершенствованных моделей. Кроме того, стандартизированные габаритные размеры и прочие характеристики позволяют заменять отработавшие ресурс аналогичные подогреватели без необходимости модификации остальной системы, а простая горизонтальная конструкция с фланцевым присоединением крышек распределительных камер обеспечивает удобство разборки для планового ТО.

2. Подогреватели низкого давления (маркировка ПН), предназначены для эксплуатации при максимальных показателях давления воды в трубном пучке до 1,6 МПа. Паровые теплообменники такого типа наиболее распространены и подходят для решения самого широкого круга задач.

Подогреватели высокого давления (ПВ) представляют собой кожухотрубные теплообменные аппараты вертикального типа с U-образными трубами трубного пучка. Они используются для подачи подогретой воды в специфических системах, где такое давление требуется согласно особым техническим условиям – к примеру, применяются для подогрева питающей воды в котлах ТЭС (тепловых электростанций).

Рисунок 3. Схематическое устройство подогревателя ПВ.

Рисунок 3. Схематическое устройство подогревателя ПВ.

Высокое давление в агрегате и специфические условия эксплуатации обуславливают необходимость дополнительного оборудования – дифманометров, клапанов для отсоса воздуха, аварийного слива воды и др.

3. К проточным подогревателям относятся вышеупомянутые кожухотрубные подогреватели ПП, ПН и ПВ. В них подогрев воды производится при постоянном наличии тока воды, которая проходит сквозь трубы трубного пучка, в то время как перегретый пар проходит внутри кожуха. Диаметр кожуха у проточных водоподогревателей незначительно больше диаметра трубного пучка.

Емкостные водоподогреватели (маркировка ВПЕ), иногда называемые также емкостными пароводяными бойлерами, имеют свою специфику, отличающую их от проточных подогревателей.

  • Во-первых, траектория движения теплоносителей – воды и пара – у них «противоположная»: пар проходит сквозь U-образные или «змеевиковые» трубы, а вода – сквозь кожух.
  • Во-вторых, кожух имеет увеличенный объём, его диаметр значительно превышает диаметр трубного пучка, благодаря чему в кожухе создаётся определённый «запас» подогретой воды.
  • В-третьих, благодаря этим конструкционным особенностям, емкостные подогреватели могут использоваться в системах с необходимостью не постоянной подачи, а периодического забора подогретой воды для организации бытового, коммунального, производственного горячего водоснабжения.
Рисунок 4. Конструкция и схема работы емкостного водоподогревателя.

Рисунок 4. Конструкция и схема работы емкостного водоподогревателя.

Рабочее давление подаваемой в емкостной подогреватель воды не должно превышать 0,5 МПа, что в 2,5 – 3 раза меньше, чем у паровых подогревателей низкого давления и до 14,5 раз меньше, чем у водоподогревателей ПВ.

 

АО «ЦЭЭВТ» производит все вышеуказанные типы пароводяных подогревателей по индивидуальному заказу; расчёт паровых теплообменников производится в точном соответствии со всеми техническими условиями, предоставленными заказчиком. К каждому устройству в обязательном порядке прилагается отдельный комплект сопроводительной документации. В комплект входят инструкция по эксплуатации и технике безопасности, разрешительные документы Ростехнадзора, а также паспорт на пароводяной подогреватель, в котором содержатся сведения о его габаритных и установочных размерах, предельном и номинальном давлении пара и воды, площади теплообмена, максимальной температуре пара на входе, расчётной температуре воды на выходе и другие значимые параметры.