1.2. Показатели эффективности работы теплообменных аппаратов.

Экономичная работа аппаратов системы подогрева сетевой воды оказывает влияние на показатели эффективности турбоустановки и результаты работы ТЭС.

Неисправности и нарушения в работе сетевых подогревателей являются одной из причин снижения экономичности работы турбоустановок. В отдельных случаях выход из строя рассматриваемого оборудования может привести к останову всего агрегата.

Эффективность теплообменных аппаратов в общем случае зависит от совершенства методик расчета, уровня конструкторской проработки при проектировании, качества изготовления, условий эксплуатации и ремонта.

Как показывает анализ применяемых в настоящее время методик теплового расчета горизонтальных и вертикальных сетевых подогревателей, в них отсутствует возможность учета ряда факторов, которые могут существенно влиять на тепловую эффективность аппаратов. К ним относятся неравномерность распределения теплоносителей по отдельным зонам и трубкам (трубным пучкам), достаточно большие паровые сопротивления трубных пучков и зон паровпуска аппаратов, гидравлическая проницаемость промежуточных перегородок вертикальных аппаратов и другие.

Возможные неточности позонных методик расчета дополнительно могут быть связаны с неопределенностями в траектории движения пара в межтрубном пространстве и в размерах условно выделяемой зоны снятия перегрева греющего пара для вертикальных аппаратов [11].

Несовершенство конструкции и низкое качество изготовления аппаратов, обусловленные низким технологическим уровнем и оснащенностью производства конкретных заводов, приводят к повышенным присосам воздуха в аппаратах, работающих при давлении ниже барометрического.

Недостаточно высокий уровень эксплуатации аппаратов чаще всего проявляется в повышенном загрязнении поверхности теплообмена различными отложениями или в недостаточно эффективной и несвоевременной чистке сетевых подогревателей; существенны также эффективность работы систем отсоса воздуха и автоматики, плотность арматуры и другие факторы.

Оценка тепловой эффективности сетевых подогревателей с точки зрения величины потерь теплоты в них обычно производится по величине недогрева воды до температуры насыщения греющего пара.

Согласно правилам технической эксплуатации базовое значение недогрева сетевой воды при номинальной теплопроизводительности и расходе, а также средней температуре сетевой воды t_ср=75 ^оС составляет 5 ^оС. Однако при проектировании сетевых подогревателей величина недогрева сетевой воды в них при номинальной тепловой нагрузке закладывается равной 3,0 ^оС, а в вертикальных сетевых подогревателях 4,0-5,0 ^оС.

Универсальной характеристикой эффективности работы ПСГ при любой теплофикационной нагрузке является величина относительного недогрева, которая представляет собой отношение недогрева сетевой воды к величине нагрева ее в подогревателе [4]:

, (4.25)

где δt - недогрев сетевой воды до температуры насыщения пара, ^оС; ∆t - нагрев сетевой воды в подогревателе, ^оС; K- средний коэффициент теплопередачи в аппарате, Вт/м²∙К; F- поверхность теплообмена аппарата, м²; с_в- теплоемкость сетевой воды, Дж_(кг∙К); ρ_в-плотность сетевой воды, кг/м³; G_в- расход сетевой воды, м³/с.

Как видно из выражения (4.1), величина относительного недогрева при прочих равных условиях зависит от коэффициента теплопередачи.

В табл.4.4 приводятся значения коэффициентов теплопередачи и не­догревов сетевой воды для ряда горизонтальных и вертикальных сетевых по­догревателей, рассчитанные для режима с номинальной теплофикационной на­грузкой.

Для верти­кальных пиковых сетевых подогревателей ПСВ-315-14-23 и ПСВ-500-14-23 выбран температурный диапазон 100-130 и 100-150⁰С, для остальных верти­кальных аппаратов - от 70 до 100⁰с. Горизонтальные сетевые подогреватели рассчитывались для работы в режиме двухступенчатого подогрева сетевой во­ды, когда первый ПСГ обеспечивает нагрев сетевой воды от 70 до 90, а второй ПСГ - от 90 до 110 ^оС при номинальном расходе сетевой воды.

Таблица 4.4

Коэффициент теплопередачи (К) и недогрев (δt) в подогревателях сетевой воды на номинальных режимах работы

Тип аппарата	Расход сетевой воды, т/ч	Температура воды (вход/ выход), оС	Давление пара (вход), МПа	Недорев δt,оС	Коэффициент теплопередчи К, Вт/(м2 оС)
ПСВ-500-14-23	1500	100/130	0,370	8,2	5417
ПСВ-500-14-23	1500	100/150	0,670	12,.4	5738
ПСГ-1300-2-8-1	2300	70/90	0,089	5,8	2937
ПСГ-1300-2-8-1	2300	90/110	0,176	5,6	2997
ПСГ-2300-2-8-1	3500	70/90	0,084	4,2	2971
ПСГ-2300-2-8-1	3500	90/110	0,167	4,0	3030
ПСГ-5000-3,5-8	6000	70/90	0,078	2,3	3047
ПСГ-5000-3,5-8	6000	105,7/129	-	2,0	3740

Как показывают результаты расчетов, горизонтальные сетевые подогре­ватели работают с меньшими значениями недогревов, чем вертикальные, среди которых особенно высокие значения недогревов характерны для пиковых по­догревателей.

Известно [11], что надежность в широком понимании включает в себя большой ряд таких показателей, как безотказность, долговечность, ремонто­пригодность, эксплуатационная технологичность и другие.

В соответствии с принятой методикой оценки уровня качества теплообменного оборудования электростанций [34] надежность тепло­обменных аппаратов в рамках настоящей работы рассматривается с позиции их долговечности, как основного показателя общей надежности аппарата.

Для по­догревателей сетевой воды в [34] устанавливается срок службы до списания в 30 лет, средний ресурс до капитального ремонта - не менее 40000 ч, а наработ­ка на отказ - не менее 6000 ч.

Качественный анализ исследуемого оборудования [11] пока­зывает, что основными причинами неисправностей и отказов сетевых подогре­вателей являются конструктивные и технологические причины: массовые не­провары соединений, неплотности в разъемах и др.

Одной из существенных причин снижения надежности является низкое качество трубок (особен­но из цветных сплавов), из которых выполняется поверхность теплообмена ап­паратов. Имеют место также и неисправности, вызванные нарушением режима эксплуатации.

Горизонтальные и вертикаль­ные аппараты имеют примерно одинаковое количество отказов в течение года, хотя длительность восстановления горизонтальных подогревателей превышает тот же показатель для вертикальных аппаратов, что объясняется особенностя­ми конструкции ПСГ.

Анализ и обобщение представленных в настоящем разделе данных по эффективности сетевых подогревателей показывают необходи­мость их совершенствования как на стадии разработки (проектирования) новых, так и в условиях эксплуатации при модернизации аппара­тов.

Эффективность теплообменных аппаратов (ТА) во мно­гом зависит от материалов, из которых изготавливаются элементы конструкции аппарата. Корпусные детали горизонтальных подогревателей сетевой воды (ПСГ) выполняются из листовой стали 20К и ВСт3сп (ГОСТ 380-71), а фланцы корпуса и водяных камер, а так­же трубные доски - из стали марок 20К и 22К.

В качестве материала для тру­бок поверхности нагрева сетевых подогревателей обычно используется латунь марок Л68 и ЛО70-1, стали 08Х18Н10Т и 12Х1МФ, реже медноникелевый сплав МНЖ5-1. Для изготовления пластин пластинчатых теплообменных аппаратов используются корозионно-стойкие стали 12X18H10T; 10X17H13M2T; 10X13Г18Д, титановые сплавы ВТ1- 0 и ВТ1- 00, углеродистая сталь 08КП.

Как показано в [34], эффективность подогревателей сетевой воды в основ­ном определяется степенью эффективности работы трубных пучков, а в пластинчатых ТА – эффективностью работы пластин.

Опыт эксплуатации пока­зывает, что в большинстве случаев повреждения трубок ПСГ происхо­дят из-за коррозии со стороны сетевой воды. В пластинчатых ТА со стороны сетевой воды меньше коррозии и отложений, чем со стороны водопроводной воды. Установлено, что коррозия усили­вается с увеличением общего солесодержания, содержания в воде хлоридов и при значениях рН от 7 до 10.

Коррозионно-эрозионный износ теплообменных элементов (ТЭ) обусловлен следующи­ми основными причинами:

- несоответствием марки используемого материала ТЭ химическому составу и скорости теплоносителей для конкретных условий эксплуатации;

- недостаточным сортаментом ТЭ из сплавов, устойчивых по отно­шению к коррозии в реальных условиях эксплуатации;

- возрастанием агрессивности теплоносителей в ре­зультате их загрязнения промышленными и бытовыми стоками;

- низким качеством изготовления ТЭ (особенно из цветных сплавов), из которых выполняется (набирается) поверхность теплообменных аппаратов, в частности низким качеством термообработки ТЭ заводами-изготовите­лями.

При выборе материала ТЭ для любых теплообменных аппаратов главными критериями являются коррозионная стойкость ТЭ и тепловая эффективность аппарата. Анализ показывает, что при выборе материала ТЭ необ­ходимо учитывать целый ряд других факторов, имеющих большое значение для принятия решения [11,33], причем ТА необходимо рас­сматривать не изолированно, а как органический элемент системы теплоснабжения.

В общем случае, чем выше параметры греющего и нагреваемого тепло­носителей, тем больше влияние на эффективность работы аппаратов теплотех­нических характеристик материала ТЭ.

Рассмотрим влияние теплопроводности материала ТЭ на тепловые характеристики аппаратов при замене трубок из медных сплавов на трубки, например, из нержавеющей стали. Для сетевого подогревателя, когда жестко задан график теплосети (температура сетевой воды на выходе из аппарата), снижение теплопроводности металла трубок вызовет возрастание недогрева воды, что потребует повышения давления пара в аппарате. Для нагрева воды необходимо будет отбирать пар с более высоким потенциалом, что также снизит, в конечном счете, экономичность турбоустановки. Замена латунных трубок на стальные (нержавеющая сталь) приво­дит к снижению коэффициента теплопередачи аппаратов на 25-45 % при неизменном соотношении коэффициентов теплоотдачи между паровой и водяной сторонами [11].

При замене ТЭ в теплообменных аппаратах в условиях эксплуатации необходимо также учитывать следующие показатели надежности: коррозион­ную стойкость, вибрационную надежность, эксплуатационную надежность.

Повышение коррозионно-эрозионной стойкости трубных систем аппара­тов зависит, прежде всего, от качества трубок, достаточности их сортамента и сводится, как правило, к правильному выбору материала трубок применитель­но к конкретным аппаратам. При замене материала трубных систем теплообменных аппаратов необ­ходимо учитывать и изменение веса аппарата, что может сказаться на надежности его опор.

При переходе с латунных трубок на нержавеющие надо учитывать также возможность увеличения скорости воды в трубках аппарата с 2 до 4 м/с. Это позволит при необходимости увеличить теплопроизводитель­ность теплообменника.

В основу методики технико-экономического обоснования выбора мате­риала ТЭ положено определение экономии приведенных затрат [11] с уче­том изменения долговечности аппаратов.

Оценка долговечности новых ТЭ аппаратов производится через показатель относительной долговечности в сравнении с исходными ТЭ.

Общая долговечность теплообменных аппаратов определяется прочност­ными и вибрационными характеристиками ТЭ, их коррозионной стойкостью и показателями эксплуатационной надежности, а учет дол­говечности в технико-экономических расчетах осуществляется путем измене­ния стоимости поверхности теплообмена соответствующего аппарата.