Тема 4. Жизненный цикл и показатели эффективности теплообменных аппаратов (та).

1.1. Жизненный цикл та

В международных стандартах серии ISО 9004 (управление качеством продук­ции) введено понятие «жизненный цикл изделия» (петля качества).

Жизненный цикл изделия (ЖЦИ) определяется как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания изделия и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации [1, 70].

В ЖЦИ теплообменного аппарата входят следующие этапы: разработка технических требований; проектирование; подготовка и разработка технологических процес­сов; производство; контроль; монтаж; ввод в действие; эксплуатация; снятие с эксп­луатации; утилизация после завершения использования продукции.

Технические требования к теплообменному аппарату определяются его функ­циональным назначением и конкретно занимаемым местом в рабочем процессе. Именно этими факторами определяется вид теплоносителя (вода, воздух, продукты сгорания топлива, природный газ и т.д.), а также выбор типа теплообменного аппарата (по­верхностный, смешивающий и т. д.). Затем производится выбор типоразмера и опре­деляется количество аппаратов в схеме либо выполняется проек­тирование нового аппарата.

Первым шагом в разработке конструкции нового теплообменника является за­дание входных и выходных температур для каждого из теплоносителей и их мас­совых расходов. Скорости теплоносителей задаются или рассчитываются. По вели­чине массовых расходов можно рассчитать проходные сечения каналов для пото­ков теплоносителей, которые, в свою очередь, определяют объем аппарата. Иног­да необходимо ограничить скорости теплоносителя, чтобы избежать таких нежелательных явлений, как эрозия или вибрация теплообменных элементов (ТЭ).

Следует учитывать также возможность образования отложений на поверхности элементов, которые влияют на величину коэффициента теплопередачи и, следовательно, на величину поверхнос­ти теплообмена аппарата, габариты ТЭ и всего аппарата в целом.

В конструкции аппарата следует предусмотреть возможность проведения периоди­ческой очистки поверхности теплообмена.

Часто ограничивают длину, высоту, ширину, объем или вес теплообменни­ка ввиду специфических требований, диктуемых условиями эксплуатации или ком­поновки турбоагрегата.

Стоимость материалов и производства аппаратов должна быть по возможности минимизирована так, чтобы сбалансировать эксплуатационные расходы и капи­тальные затраты.

Исходными данными для проектирования теплообменника являются расходы и рабочие параметры теплоносителей, известные из расчета тепловой схемы установки или соответствующей системы.

При проектировании поверхностных теплообменников на основе этих данных определяется коэффициент теплопере­дачи, а затем площадь требуемой поверхности теплообмена, при которой будут обеспечены заданные параметры нагреваемой (охлаждаемой) среды.

При проектировании новых теплообменных аппаратов можно выделить следу­ющие этапы: проектные исследования; формирование технического задания и технических предложений; эскизное проектирование; техническое проектирование; рабочее проектирование; отработка конструкции по результатам изготовления головных образцов; промышленное внедрение.

Исследуемые теплообменные аппараты прошли стадию проектирования и находятся в эксплуатации. Поэтому представляют интерес результаты проектирования, анализ эффективности эксплуатации, обслуживания и исследования режимов работы и технического состояния ТА, их ремонт и утилизация, по необходимости.

Непосредственное обслуживание теплообменных аппаратов осуществляется эксплуатационным персоналом цеха по инструкциям, утвержденным главным ин­женером предприятия. Во время эксплуатации теплообменного оборудования пер­сонал должен обеспечить установленный режим его работы.

Правильная эксплуатация теплообменных аппаратов обеспечивается путем орга­низации и ведения учета следующих показателей [19, 20, 22]: основные параметры эксплуатации аппаратов и их соответствие нормативным значениям; расходы теплоносителей по аппарату или установке, цеху и предприятию; удельные расходы и экономия энергии по установкам, цехам и предприя­тию в целом ТА периодически проверяются на герметичность.

Техническое состояние теплообменных аппаратов кроме текущего контроля показателей их работы определяется в процессе регламентных испытаний, прово­димых периодически в течение всего срока эксплуатации этого вида оборудова­ния.

Для контроля основных показателей работы, к которым относятся тепловая производительность, температуры и температурные напоры теплоносителей, расходы теплоносителей, давления первичного и вторич­ного теплоносителей, теплообменные аппараты оборудуются термометрами на входящих и выходящих трубопроводах первичного и вторичного теплоносителей, а также манометрами и расходомерами [55, 58].

При замене изношенного аппарата новым производятся его демонтаж и пол­ная или частичная утилизация узлов, агрегатов и материалов, из которых изготов­лен аппарат.

Линейная модель жизненного цикла теплообменника наилуч­шим образом демонстрирует последовательность этапов рождения, создания, «жизни» и «смерти» аппарата. В жизненном цикле любого изделия, в том числе и теплообменного аппарата, цена ошибки на том или ином этапе ЖЦ тем больше, чем раньше она допущена.

Жизненный цикл (ЖЦ) теплообменного аппарата может быть представлен сле­дующей диаграммой (рис. 2.1) [1].

Рис. 2.1. Жизненный цикл теплообменного аппарата. 1 - маркетинг и изучение потребности, 2 - проектирование конст­рукции, 3 - проектирование технологии, 4 -изготовление и конт­роль качества, 5 - упаковка, доставка, монтаж и наладка, 6 -эксп­луатация, обслуживание, ремонт, модернизация, 7 - утилизация

Считаем, что на стадиях 1, 2, 3, 4, 5 были допущены минимальные ошибки, что позволило сдать ТА в эксплуатацию с параметрами, заложенными в проекте. Значит, эффективность работы ТА будет зависеть от ошибок, допущенных при следующих этапах жизненного цикла аппаратов: эксплуатация, обслуживание, ремонт, модернизация, утилизация. По среднестатистическим данным [1] цена ошибки на утилизацию составляет 10 – 20 %, на остальные этапы 15 – 20 %.

Завод-изготовитель рассчитывает ТА на номинальный режим работы. В эксплуатации режим работы ТА зависит от режимов работы основного оборудования тепловой сети и т.д. Эксплуатационные режимы работы ТА в зависимости от срока их эксплуатации, выполненных ремонтов, модернизации не всегда могут быть оценены существующими методиками, включая методику завода-изготовителя. Поэтому многие научные организации разрабатывают и адаптируют существующие методики оценки эффективности работы ТА в зависимости от особенностей эксплуатации.