Les échangeurs de chaleur à plaques sont une question délicate. Calcul de l'échangeur de chaleur

À propos de l'influence de la pollution et caractéristiques de conceptionéchangeurs de chaleur à plaques sur le coefficient de transfert de chaleur (ou ce sur quoi les fabricants restent silencieux)

Impact de la pollution. Tout ingénieur en énergie thermique de son institut sait que le tartre sur la surface chauffante augmente la résistance thermique de la paroi de transfert de chaleur et, par conséquent, réduit le coefficient de transfert de chaleur de l'appareil. Le coefficient de tartre ayant une valeur très faible, même une légère couche de dépôts crée une résistance thermique importante (une couche de tartre de 1 mm d'épaisseur équivaut approximativement en résistance thermique à un mur en acier de 40 mm).

Cependant, une couche de tartre de même épaisseur et de même composition chimique a un effet significativement différent sur efficacité thermiqueéchangeurs de chaleur de différentes conceptions et modes de fonctionnement.

Efficacité thermique du contaminé par rapport au même échangeur de chaleur avec surface propre caractérisé par le rapport des coefficients de transfert thermique (k/k 0), qui est déterminé selon la formule :

En figue. 1 montre des graphiques de la dépendance de l'efficacité thermique relative de la couche contaminée sur l'épaisseur de la couche de tartre à différentes significations coefficient de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur propre (le coefficient de conductivité thermique de l'échelle est considéré comme étant de 1,2 W/(m 2 * °C)).

Il convient de noter que l’image réelle de la contamination pour un échangeur thermique à plaques (PHE) diffère considérablement de l’image théorique. En pratique, une contamination inégale des plaques et des canaux individuels est détectée sur la largeur, la longueur et la hauteur du radiateur,

ce qui est évidemment dû à l'inégalité des champs de température et des vitesses du liquide de refroidissement. Une difficulté importante est également présente dans la détermination correcte du coefficient de conductivité thermique du tartre, qui, en fonction de la densité et de la composition chimique des dépôts, varie dans une large plage de 0,13 à 3,14 W/(m 2 *°C).

Cependant, parmi ceux présentés sur la Fig. 1 des dépendances, une conséquence importante peut être tirée, à savoir : avec une valeur de conception (de conception) élevée du coefficient de transfert de chaleur (k 0), il est beaucoup plus sensible à la contamination qu'un échangeur de chaleur avec un faible coefficient de transfert de chaleur de conception (c'est-à-dire , son coefficient de transfert thermique pour la même contamination diminue dans une large mesure).

En effet, comme on le sait, les chauffe-eau à calandre (à tubes lisses) traditionnellement utilisés dans l'industrie de l'énergie thermique domestique ont été choisis avec un faible coefficient de transfert thermique en mode de conception - au niveau de 800-1200 W/( m 2 *°C). Avec une épaisseur de couche de calamine δ scale = 0,3 mm, on obtient un rendement thermique relatif (k/k 0) = 0,8, ce qui est tout à fait acceptable.

La situation est différente avec les appareils à plaques qui, en règle générale, pour des raisons d'économie, sont sélectionnés avec un coefficient de transfert thermique calculé élevé - 5 000-7 000 W/(m 2 *°C). Avec la même épaisseur de couche de calamine δ scale =0,3 mm, cet échangeur de chaleur aura déjà un rapport (k/k0)=0,4, soit Le coefficient de transfert thermique déclaré par le constructeur diminuera de 2,5 fois !

Compte tenu de la qualité généralement médiocre de l'eau du robinet dans les villes russes (par rapport à l'Europe) et de l'attitude négligente à l'égard du traitement de l'eau (en particulier dans le secteur public), il devient clair que conséquences négatives peut conduire à une approche non professionnelle de la conception et de l’utilisation de dispositifs « rentables ».

Influence du design. Il convient de noter que pendant la période de son activité professionnelle, l'auteur de l'article n'a été en mesure de fixer le coefficient de transfert de chaleur (de conception) calculé sur aucun des PHE examinés (pour la méthodologie de test des échangeurs de chaleur, voir ci-dessous dans la section 4). Même pour les nouveaux EFP fonctionnant sur des bases relativement douces et eau propre, le coefficient de transfert thermique relatif (k/k0) ne dépassait pas 0,9. Dans le même temps, une caractéristique intéressante du PHE a été notée : avec une différence de pression significative entre les cavités du liquide de chauffage et du liquide de refroidissement chauffé (2-3 kgf/cm 2), le coefficient de transfert de chaleur relatif s'est considérablement détérioré et s'élevait à seulement 0,7. -0,8. Il s'est avéré que cet effet s'explique par le « gonflement » de la cavité à haute pression et, par conséquent, la compression de la cavité à plus faible pression due à la déflexion des plaques. Dans la cavité « gonflée », un espace apparaît apparemment entre les nervures d'ondulation des plaques adjacentes, ce qui entraîne une violation de la répartition uniforme du liquide de refroidissement sur toute la largeur des plaques. Une expérience a même été menée sur une marque APV pour déterminer le changement relatif du volume interne de la cavité comprimée - il était d'environ 10 %.

La possibilité d'une certaine déviation des plaques avec formation d'un espace découle également du fait bien connu que les fabricants de PHE en documentation technique indiquez toujours une certaine plage de taille de serrage du paquet de plaques, par exemple 345-350 mm, c'est-à-dire un nouveau PHE est serré à 350 mm, avec le temps (en raison du vieillissement des joints) la taille de serrage requise est réduite à un minimum de 345 mm. Dans tous les cas, les caractéristiques ci-dessus de l’EFP nécessitent des recherches supplémentaires.

Pertinence du problème de la lutte contre la pollution

De nombreux experts notent la perte d'efficacité thermique du PHE pendant le fonctionnement en raison de la contamination de la surface chauffante. Par exemple, des collègues de Saint-Pétersbourg fournissent dans leur article les statistiques suivantes sur la perte d'efficacité thermique d'un échangeur de chaleur Alfa-Laval installé dans une station de chauffage central :

Dans notre travail, nous avons dû faire face à plusieurs reprises à une grave contamination du PHE, dans laquelle l'échangeur de chaleur a perdu jusqu'à 50 à 70 % de son efficacité thermique en 3 à 6 semaines !

Notre entreprise exploite un parc assez important - plus de 50 unités - de PHE eau-eau de divers fabricants (Alfa-Laval Potok, RIDAN, Mashim-Pex, Funke) avec une puissance thermique unitaire de 0,3 à 8,0 MW. Des chauffe-eau sont installés dans des chaufferies situées dans deux villes de la région de Nijni Novgorod : Dzerjinsk et Sergach.

En 2001-2002 dans ces villes, grâce aux investissements d'OJSC GAZPROM, une reconstruction à grande échelle des systèmes d'approvisionnement en chaleur a été réalisée, à la suite de laquelle, au lieu d'anciennes chaufferies de chauffage, des chaudières sectionnelles en fonte (Energia, Tula, etc. .), ont été construits et reconstruits : à Dzerjinsk - 18 d'une capacité installée totale de 158,5 MW, dans la ville de Sergach - 8 chaufferies d'une capacité installée totale de 32,5 MW. À Dzerjinsk, en outre, 100 % des réseaux de chaleur des chaufferies reconstruites, d'une longueur totale de 36 km, ont été remplacés. Tous fonctionnent actuellement en mode automatique (sans la présence constante de personnel de maintenance). Les chaufferies sont réalisées selon un seul double circuit schéma technologique(voir fig. 2). Ceux en plaques (2 pièces, 50 % de performances chacune) remplissent la fonction de circuits de séparation. Diagramme de température estimée : 95/70 °C - le long du circuit réseau, 110/80 °C - le long du circuit chaudière.

Le circuit interne (chaudière) est rempli d’eau chimiquement purifiée d’une dureté ne dépassant pas 200 mcg-eq/kg. S'il n'y a pas de fuites dans le circuit interne et le bon fonctionnement du système de compensation de dilatation de température, réalisé sur la base de vases d'expansion à membrane (MEB), le réapprovisionnement du circuit n'est pratiquement pas nécessaire, ce qui garantit l'absence de formation de tartre et de corrosion. sur les surfaces chauffantes des chaudières et des échangeurs de chaleur (côté circuit chaudière).

Le circuit externe (réseau) est alimenté en eau, dans laquelle est dosé en continu un réactif-inhibiteur de tartre et de corrosion (marque « Aqua-M » ou OEDF-Zn). Le dosage est effectué par l'installation SDR-5 (fabricant - Aqua-Chem OJSC, Tver).

Directement pendant le processus de mise en service et au cours des saisons de chauffage suivantes 2001-2003. notre entreprise a été confrontée à de sérieuses difficultés, exprimées par l'impossibilité de transférer la quantité de chaleur requise à travers le PHE et, par conséquent, par l'impossibilité de maintenir le programme de température de conception dans les réseaux de chaleur d'un certain nombre de basses températures air extérieur - environ à -15 °C et moins. Comme l'a montré l'examen, la raison en était une contamination intensive de la surface chauffante côté réseau par des produits de corrosion du fer (Dzerjinsk) et du tartre (Sergach). A titre d'illustration sur la Fig. La figure 3 montre une photographie d'un échantillon de sédiment extrait d'un échangeur de chaleur dans la ville de Sergach, Fig. 4 - photographie d'une plaque retirée d'un échangeur de chaleur à Dzerjinsk.

Expérience dans la lutte contre l'encrassement des échangeurs de chaleur à plaques

Dans les conditions actuelles, depuis février 2002, l'entreprise a lancé des travaux systématiques pour analyser les causes des perturbations dans le fonctionnement des échangeurs de chaleur et élaborer des mesures pour stabiliser les conditions thermiques et hydrauliques d'approvisionnement en chaleur.

Dans un premier temps, un contrôle continu de la composition chimique de l'eau de source et d'approvisionnement a été organisé selon les principaux indicateurs (transparence de la police, teneur en fer, pH, dureté, concentration des réactifs, etc.), un contrôle de l'état de contamination a été établi selon l'indicateur le plus simple - chute de pression.

Analyse des informations reçues sur la base des résultats des travaux des saisons de chauffage 2001-02. et 2002-03 nous a permis de tirer des conclusions sur les véritables raisons conduisant à la contamination rapide des échangeurs de chaleur à plaques.

Dans la ville de Sergach, l'eau de source, et donc l'eau d'approvisionnement, a une dureté élevée (15-20 mEq/kg). Cela détermine sa forte tendance à la formation de tartre et son agressivité à la corrosion relativement faible (l'indice de stabilité est positif). Dans ce cas, l'eau de source est transparente et ne contient pas grande quantité impuretés mécaniques et fer. En raison de la faible intensité des processus de corrosion, les canalisations des réseaux de chaleur et systèmes internes les systèmes de chauffage ne sont pas contaminés par de grandes quantités de dépôts d'oxyde de fer accumulés au cours de la période de fonctionnement précédente.

Les dépôts sur les surfaces chauffantes sont donc durs, du gris clair au Brun, se composent de 80 % de carbonate de calcium intercalé avec des particules solides de produits de corrosion du fer. L'épaisseur de la couche de sédiments atteint 0,6 à 0,8 mm. Le taux de formation des dépôts est assez élevé - en 1,5 à 2 mois, une chute de pression critique du côté du réseau a été atteinte - 2,5 kgf/cm 2.

La situation à Dzerjinsk était radicalement différente. Original eau du robinetà Dzerjinsk - relativement mou (dureté totale 4,0-5,0 mEq/kg), un excès significatif est périodiquement observé normes sanitaires par la teneur en fer (jusqu'à 2-3 mg/kg). À pH = 6,5-7,5 et chauffage à température de fonctionnement dans le réseau de chaleur, cette eau conserve un indice de stabilité négatif, c'est-à-dire est corrosif et agressif (avec une faible tendance à la formation de tartre).

Au cours de la période d'exploitation précédente (plus de 30 ans), une énorme quantité de fer et d'autres produits de corrosion s'est accumulée dans les systèmes de consommation de chaleur des abonnés et des réseaux de chaleur.

impuretés mécaniques. À cela, il faut ajouter le fait que les organismes d'entretien des logements ne préparaient traditionnellement (au moins au cours des 5 à 10 dernières années) pratiquement pas le parc de logements pour l'hiver, c'est-à-dire des opérations aussi importantes que les tests de pression et le rinçage des systèmes de chauffage internes (IHS) n'ont pratiquement pas été effectuées.

Après la mise en service des chaufferies reconstruites et le réglage du régime hydraulique des réseaux de chaleur, un flux de contaminants du VSO s'est déversé dans le réseau, entraînant une contamination rapide des échangeurs à plaques.

La dynamique typique des changements dans la transparence de l'eau du réseau dans les systèmes d'approvisionnement en chaleur de la ville de Dzerjinsk est présentée sur la Fig. 5.

Les dépôts sur les surfaces chauffantes du PHE de la ville de Dzerjinsk ont ​​un caractère d'oxyde de fer prononcé : de couleur rouge ; la couche adjacente à la surface des plaques est dure, fermement adhérée au métal de la plaque ; La couche externe est lâche et, une fois séchée, forme une fine poussière. Composition moyenne des dépôts : oxydes de fer - 80-90 % ; carbonate de calcium - 5-10 % ; oxyde de silicium, etc. - 5-10%.

L'épaisseur équivalente de la couche de dépôt est de 0,3 à 0,7 mm.

Sur la base de l'analyse de toutes les informations disponibles, des mesures ont été élaborées pour stabiliser le fonctionnement des systèmes d'approvisionnement en chaleur et des équipements des chaufferies des villes de Dzerjinsk et de Sergach, en tenant compte des spécificités locales. Les activités sont résumées dans un tableau. 1.

Mise en œuvre des activités énumérées dans le tableau. 1, a été systématiquement réalisée de 2002 à 2004. et est maintenant en grande partie terminé. Donc, pendant la saison de chauffage 2002-2003. ont été entièrement achevés travail de réglage sur les réseaux de chaleur des 18 Dzerjinsk. Depuis 2002 à période estivale a commencé à être réalisé essais hydrauliques des conduites de chauffage pour plus de solidité et de densité, ce qui a permis de réduire considérablement le volume d'eau d'appoint. Vers la fin saison de chauffage 2003-2004 Il a été possible de réduire de 2,5 fois la consommation d'eau d'appoint dans les chaufferies de Dzerjinsk et de 3 fois dans les chaufferies de Sergach.

Dans cet article, nous nous concentrerons sur certains aspects de cette activité et donnerons également des recommandations qui, à notre avis, intéressent le plus les spécialistes.

Expérience en rinçage chimique des PHE

En 2002-2003 L’entreprise a affiné les procédures de rinçage chimique des PHE. 2 installations ont été conçues et fabriquées pour lavage chimiqueéquipement (Fig. 6). L'ensemble du parc d'échangeurs de chaleur est équipé de canalisations DN 40 Vannes d'arrêt pour connecter une unité de lavage. Des technologies de lavage utilisant diverses compositions détergentes ont été développées et mises en œuvre.

La difficulté dans la sélection des réactifs était qu’il était nécessaire de sélectionner un réactif à action combinée qui éliminerait tout aussi efficacement le calcaire et les oxydes de fer. La solution de rinçage doit également contenir des inhibiteurs qui empêchent surfaces métalliques chauffage des échangeurs de chaleur (acier inoxydable AISI 316) et des conduites d'alimentation contre l'usure corrosive lors du rinçage. Sur la base de notre expérience, nous pouvons recommander l’utilisation des produits chimiques à action combinée suivants (voir tableau 2).

Les inconvénients de la méthode de lavage chimique sur place des PHE comprennent :

1. Coût relativement élevé, exprimé en coût des réactifs et en salaires du personnel qualifié. Selon nos estimations, le coût du lavage chimique d'un PHE d'une puissance thermique de 4 à 6 MW est de 6 à 10 000 roubles.

2. Beaucoup de temps et de travail. Le lavage chimique d'une PHE avec toutes les procédures associées (transport de l'installation, connexion/déconnexion, neutralisation de la solution usée, lavage, etc.) nécessite 1 poste de travail (8 heures) avec une équipe de 2 à 3 personnes, soit 3x8 = 24 personnes

3. Difficultés survenant lors de l'élimination de la solution de lavage usagée.

7. Les travaux de rinçage chimique du PHE doivent être effectués uniquement par du personnel formé et titulaire d'un permis de travail.

Expérience dans la mise en œuvre d'installations de purification de l'eau du réseau des impuretés mécaniques

Installation du filtre de clarification FOV-1.0-06. En 2003, à la chaufferie n°20 de Dzerjinsk, une installation de filtration mécanique de l'eau du réseau a été installée sur la base du filtre FOV-1.0-06 (agent filtrant - sable de quartz). Le schéma d'installation du filtre est illustré à la Fig. 7.

L'eau du réseau traitée provient de la canalisation de retour de l'eau du réseau à un débit de ~5% du débit calculé dans le réseau de chaleur. Cette installation fonctionne en mode automatique avec contrôle depuis l'automatisme. Le personnel de maintenance surveille périodiquement le fonctionnement de l'installation en mesurant la transparence de l'eau du réseau avant et après le filtre. Lors des tests de mise en service, suite au fonctionnement du filtre, la transparence de l'eau du réseau est passée de 10 à 35 cm en 5 jours. Principaux inconvénients : assez élevé dimensions, consommation importante d'eau de source pour l'assouplissement du lavage du filtre.

Installation du collecteur de boue inertiel-gravitaire GIG-300. Le piège à boue inertiel-gravitaire (GIG-300) a été installé en 2004 au n°26 à Dzerjinsk. Le bac à boue est monté sur canalisation de retour réseau de chaleur et est conçu pour laisser passer 100 % du débit d’eau du réseau. Taille minimale Les contaminants capturés, selon le passeport, sont d'environ 30 microns. Les impuretés mécaniques se déposent et s'accumulent dans la partie basse de la boue. Les impuretés sont éliminées périodiquement par le personnel de maintenance. Lors des tests de mise en service, une augmentation de la transparence de l'eau du réseau a été enregistrée de 3,5 à 38 cm en 10 jours. Selon nos estimations, le collecteur de boue spécifié capture environ 10 % de tous les contaminants contenus dans l'eau purifiée (d'une taille de particules supérieure à 30 microns) en un seul passage. Les principaux inconvénients comprennent le coût élevé et les caractéristiques importantes de poids et de taille du collecteur de boue.

De bons résultats ont également été obtenus en utilisant un filtre autonettoyant nettoyage fin F76S à la chaufferie n°38 à Dzerjinsk. Le filtre est installé sur le by-pass des pompes du réseau et est conçu pour laisser passer 3+5% de l'eau du réseau.

Application des dispositifs anticalcaires acoustiques (AUD)

En 2003-04 Dans l'une des chaufferies de la ville de Sergach, une expérience a été réalisée pendant 3 mois pour tester l'efficacité de l'APU de la marque Acoustic-T pour empêcher la formation de tartre sur la surface chauffante d'un PHE démontable de Funke. Des émetteurs acoustiques ont été installés sur les deux branchements du PHE côté réseau à proximité des ports.

Lors des tests, les températures d'entrée et de sortie des flux ainsi que les pertes de charge au niveau du PHE équipé d'un APU et du PHE de contrôle (non équipé d'APU) ont été enregistrées hebdomadairement. Les deux PHE fonctionnaient en parallèle selon les mêmes paramètres d’environnement opérationnel.

Malheureusement, les tests ont montré l'inefficacité totale de l'APU dans cette installation. L’ouverture des deux PHE, réalisée après la fin des tests, n’a révélé aucune différence entre les échangeurs thermiques. Des dépôts de calcaire d'environ 0,6 mm d'épaisseur ont été trouvés dans les deux PHE (voir Fig. 3).

À cet égard, il convient de recommander aux opérateurs, avant d'acheter des APU pour PHE (cela s'applique principalement aux PHE démontables avec joints d'étanchéité en caoutchouc), de les prendre d'abord (sans paiement) pour la période d'essai.

Méthodes de diagnostic de l'état de contamination et de la qualité des rinçages chimiques des échangeurs de chaleur

La méthode la plus courante pour déterminer la contamination des échangeurs de chaleur est la surveillance périodique de la chute de pression à l'entrée et à la sortie de l'appareil pendant le fonctionnement (ainsi qu'avant et après les rinçages chimiques). Cette méthode est simple et a fait ses preuves dans la pratique. Cependant, cette méthode n'est pas toujours applicable. En particulier, sur cette base, il est impossible de tirer une conclusion sur la capacité de tel ou tel à remplir sa fonction (chauffer une certaine quantité d'eau pour température souhaitée), si au moment de la mesure de la perte de charge il fonctionne dans un mode hors conception et, notamment, si cet échangeur thermique a été initialement sélectionné avec une marge ou une surface de chauffe insuffisante.

Expliquons ce qui précède avec un exemple. Considérons un EFP opérant sur . Diagramme de température du réseau de chaleur 95/70 °C. Soit les paramètres calculés (acceptés lors de la sélection du PHE) et réels (mesurés) au même débit (calculé) d'eau du réseau (voir tableau 3).

Comme vous pouvez le constater, pendant le fonctionnement, la chute de pression dans l'eau du réseau a augmenté jusqu'à 18 m d'eau. Art.

Question : comment déterminer jusqu'à quelle température de l'air extérieur celle indiquée pourra assurer le chauffage de l'eau du réseau à la température requise selon le planning, et quand prévoir le rinçage du PHE ?

Bien évidemment, une simple mesure de la chute de pression ne peut pas répondre à cette question.

Certains auteurs proposent au contraire des méthodes inutilement compliquées pour contrôler la contamination par les PHE. Ainsi, dans l'article, pour contrôler la qualité du lavage chimique des PHE, il est proposé d'utiliser un stand spécial (combiné à une installation de lavage), qui fonctionne sur le principe de la détermination du temps de convergence des températures de l'eau en deux circuits de circulation, séparés par le PHE testé. Le stand est rempli d'un grand nombre équipement supplémentaire(pompes, résistance électrique, débitmètres, etc.), nécessite une connexion aux deux circuits PHE (même si un seul est rincé) et, pour ces raisons, n'est pratiquement pas applicable pour une utilisation généralisée dans les petites installations thermiques. (Le support spécifié ne peut être recommandé que pour tester diverses technologies lavages avec de nouvelles solutions de nettoyage.)

L'auteur de cet article a développé méthode efficace diagnostic de l'état de contamination, qui permet de déterminer facilement le coefficient de transfert thermique relatif k/k 0 d'un échangeur thermique contaminé par rapport au même échangeur thermique à surface absolument propre. Pour l'analyse, seuls les résultats de mesures de 4 températures (en entrée et en sortie des deux flux) sont utilisés.

L'essence de la méthode est la suivante. Autorités reconnues en matière d'ingénierie thermique nationale E. Ya. Sokolov, N.M. Singer dans ses travaux (voir, par exemple, p. 125) a justifié théoriquement et pratiquement l'existence d'un paramètre remarquable du chauffe-eau «F», dont la valeur pour un chauffe-eau donné est presque constante.

Le paramètre de chauffage Ф est généralement déterminé par la formule :

Le paramètre de chauffage reste presque constant sur une large gamme de changements de Ggr et Gload

Ainsi, la valeur du paramètre des chauffe-eau sectionnels est directement proportionnelle à leur longueur : Ф=Ф у ×l

où : Ф у - paramètre spécifique par unité de longueur du radiateur, l - longueur du radiateur, m.

Le paramètre spécifique Фу dépend principalement du rapport entre les surfaces de section transversale des tubes et l'espace inter-tubes et est pratiquement indépendant de la surface spécifique de chauffage par unité de longueur de l'appareil de chauffage, c'est-à-dire sur le numéro ou le diamètre du corps de chauffe. Pour toutes les tailles standards de chauffe-eau sectionnels selon OST 34-588-68 et GOST 27 590-88, on peut pratiquement prendre la même valeur du paramètre spécifique F y = 0,1 m -1 avec une surface de chauffe propre, c'est-à-dire s'il n'y a pas de tartre ou de saleté dessus.

Le paramètre F d'un chauffe-eau à plaques dépend de la taille standard (conception et profil des plaques) et ne dépend pas du nombre de plaques dans le PHE.

Le paramètre de chauffage en mode conception (principal) est égal à :

Avec une surface chauffante absolument propre du chauffe-eau :

Si la surface chauffante du chauffe-eau est contaminée, la valeur réelle du paramètre Ф diminue :

Il est également évident que si l'on compare des échangeurs de chaleur contaminés et propres aux mêmes débits de fluides de travail, on obtient :

Transformons la formule (2) en y substituant les relations connues :

Il est facile de voir que tous les paramètres inclus dans la formule (7) sont calculés sur la base des valeurs de 4 températures, faciles à mesurer sur un appareil en état de marche.

Pour calculer les paramètres calculés (F 0) et réels (F), les valeurs correspondantes des températures des fluides de travail à l'entrée et à la sortie de l'échangeur de chaleur doivent être substituées dans la formule (7).

Ensuite, en utilisant la formule (6), il est facile de déterminer : (k/k 0)=(F/F 0).

Par exemple, dans l'exemple ci-dessus :

De même, le paramètre réel de l'échangeur de chaleur sera : Ф=0,76.

On obtient : (k/k 0)=(F/F 0)=0,34.

Avec un rapport connu (k/k 0) selon le graphique de la Fig. 1, vous pouvez déterminer l’épaisseur équivalente de tartre sur la surface chauffante.

Avec une valeur réelle connue du paramètre F de l'échangeur de chaleur contaminé, basée sur la formule (7) et des équations de bilan thermique décrivant les caractéristiques de l'équipement et des solutions de circuit pour un élément spécifique, il est possible d'obtenir un système d'équations algébriques non linéaires pour déterminer paramètre important- température limite de l'air extérieur, en dessous de laquelle la chaufferie ne pourra pas maintenir le programme de température calculé dans le réseau de chaleur (cela s'applique uniquement aux aérothermes).

Pour le circuit thermique illustré à la Fig. 2, le système d'équations est facilement résolu à l'aide d'une méthode numérique sur un PC. Les paramètres suivants sont utilisés comme paramètres variables :

(G set / G set "0) - le rapport entre la consommation réelle d'eau du réseau et celle calculée ;

Tout, k – température de l'eau à la sortie des chaudières (égale à la température du fluide caloporteur à l'entrée du réchauffeur).

Sur les graphiques de la Fig. 8 (a, b) les solutions obtenues du système d'équations pour le n° 20 de Dzerjinsk sont présentées.

Pour l'exemple numérique ci-dessus avec (F/F 0) = 0,34, T out = 105°C, (G set / G set "0) = 1, d'après le graphique de la Fig. 8, on obtient la température limite gr. = -17,0° AVEC.

En conclusion, il convient de noter que la méthode décrite ci-dessus pour diagnostiquer la contamination par les PHE est actuellement mise en œuvre dans la pratique quotidienne de notre entreprise.

En collaboration avec Real-Inform LLC (Nizhny Novgorod), un dispositif à microprocesseur a été développé, combinant un enregistreur-compteur de température à six canaux (pour surveiller deux PHE installés en parallèle) et une unité de traitement d'informations mathématiques. L'écran de l'appareil affiche les valeurs actuelles de toutes les températures mesurées et les valeurs calculées (F/F 0) et t n.v.gr

Cet appareil n'est pas cher, son coût, avec capteurs de température, est d'environ 15 000 roubles.

L'appareil peut fournir une aide précieuse au personnel d'une entreprise de fourniture de chaleur confronté au fonctionnement d'échangeurs de chaleur eau-eau à plaques (et autres) dans ses activités. Sur la base des données obtenues avec son aide, il est possible de suivre la dynamique de la contamination des PHE et de planifier rationnellement le rinçage chimique (nettoyage) des équipements en tenant compte des prévisions météorologiques.

Actuellement, toutes les entreprises qui fournissent de l'EFP, lorsqu'elles les vendent, proposent des services de sélection aux clients, en fonction des données initiales et des exigences spécifiques du client.

Dans le même temps, les deux parties s’intéressent effet positifà la suite de l'introduction de l'EFP. En règle générale, les clients eux-mêmes ne peuvent pas sélectionner correctement les PHE, car leurs méthodes thermiques sont un secret commercial. Les éléments suivants sont demandés comme données initiales pour la sélection de la prise de force :

La nuance est que pour les mêmes valeurs spécifiées de flux de chaleur et de températures du liquide de refroidissement, des PHE de différentes tailles standard avec des coefficients de transfert de chaleur calculés, un nombre de plaques, etc. sensiblement différents peuvent être sélectionnés. (Le coefficient de transfert de chaleur calculé k 0, en règle générale, dépend directement des valeurs attribuées différence admissible pression). Il est évident, par exemple, qu'un échangeur de chaleur avec k 0 = 4500 W/(m 2 * ° C) aura 1,7 fois surface plus petite, qu'avec k 0 = 7500 W/(m 2 *°C). Dans le même temps, le deuxième EFP coûte environ 1,5 fois moins cher.

De nombreux clients qui ne sont pas expérimentés dans les problèmes de sélection du PHE et, de plus, limités en ressources financières, confirment le choix du PHE avec un coefficient de transfert thermique plus élevé. Dans le même temps, ils se condamnent à toute la gamme des problèmes décrits ci-dessus dans les sections précédentes associés à la perte d'efficacité thermique du PHE due à la contamination.

Que faire dans une telle situation ? La réponse à cette question est ambiguë.

Premièrement, il convient de recommander que lors de l'établissement des spécifications techniques pour la sélection des PHE, les exploitants tiennent nécessairement compte de la perspective de leur éventuelle contamination sur la base des données disponibles issues du contrôle chimico-analytique des fluides caloporteurs, en tenant compte des changements saisonniers.

Deuxièmement, vous ne devez pas installer un PHE avec une valeur k0 trop élevée. À notre avis, la plage k 0 optimale pour le PHE est de 4 500 à 6 000 W/(m 2 *°C).

Il faut ici noter que le problème serait éliminé de lui-même si les fabricants de PHE dans leurs programmes de calcul prenaient en compte la possibilité de sélectionner le PHE en présence d'un degré de contamination donné (épaisseur de la couche de tartre). Cependant, un tel service n'est pas fourni. Quelle est la raison? Ils ne savent pas compter ni dans les réseaux d’eau et de chauffage pays de l'Ouest Le distillat coule-t-il ?

Nous devons chercher des solutions de contournement. Certains croient à tort que le problème peut être résolu en introduisant une réserve de surface de chauffe, c'est-à-dire calculez le PHE sans tenir compte de la contamination, puis ajoutez un certain nombre de plaques (par exemple 20 %) et l'affaire, comme on dit, est « dans le sac ». Cependant, c'est une mauvaise approche, car aux mêmes débits de liquides de refroidissement, la vitesse de leur écoulement à travers les canaux diminue, ce qui entraîne une diminution du coefficient de transfert de chaleur dans à peu près la même proportion. (Cette conclusion découle également de la formule (2), puisque le paramètre « F » du chauffe-eau reste constant lors de l'ajout de plaques). Le flux de chaleur est

en même temps, cela ne change pratiquement pas.

Il est vrai que ce qui précède n’est vrai que pour l’EFP pur. Dans le cas de PHE contaminé, un effet intéressant apparaît, qui s'exprime dans le fait qu'en raison d'une diminution de la valeur absolue du coefficient de transfert thermique de l'échangeur thermique due à l'ajout de plaques, sa valeur relative (k/k 0) avec la même couche de dépôts devient plus grande. De ce fait, l'augmentation de la surface de chauffe n'est pas compensée par une diminution du coefficient de transfert thermique et le flux thermique (toutes choses égales par ailleurs) augmente légèrement. Les calculs montrent que pour un coefficient de transfert thermique de conception de 5 000 W/(m 2 .°C) et un paramètre de conception Ф 0 =2,22, avec une épaisseur de couche de calamine de 0,2 mm, une augmentation du nombre de plaques de 20 % permet d'obtenir un augmentation du flux de chaleur de seulement 4,08 %.

Ainsi, une augmentation de la surface de chauffe du PHE (par ajout de plaques) n'entraîne pas une augmentation équivalente du flux thermique.

L'ajout de plaques n'est économiquement justifié que dans deux cas :

S'il est nécessaire d'augmenter la charge thermique du PHE, c'est-à-dire débits de liquide de refroidissement pour les deux flux ;

S'il est nécessaire de réduire la résistance hydraulique du PHE à débits de liquide de refroidissement et charge thermique constants.

La méthodologie correcte pour sélectionner un PHE, prenant en compte la pollution prévue, découle du modèle théorique ci-dessus et est la suivante :

1. Sur la base des exigences du processus technologique, les températures de conception des liquides de refroidissement sont déterminées (à l'état contaminé du PHE), par exemple :

2. Le paramètre de l'échangeur de chaleur correspondant à ces températures est déterminé : Ф = 2,22.

3. Le coefficient de transfert thermique souhaité du PHE est attribué, par exemple 5 000 W/(m 2 *°C). Selon le graphique de la figure 1, pour une épaisseur donnée de la couche de tartre (par exemple 0,2 mm), le coefficient de transfert de chaleur relatif est déterminé (k/k 0 = 0,545).

4. Le paramètre Ф 0 est calculé pour une surface chauffante propre : Ф 0 = Ф/(k/k 0) = 4,07.

5. Quand connu par rapport dépenses (Gheat/Ggr=(110-80)/(95-70)=1,2) et températures d'entrée liquides de refroidissement, les températures de sortie peuvent être trouvées à partir du système d'équations :

En conséquence, nous obtenons quatre températures de conception pour sélectionner le PHE lors de la conception.

Ce sont ces températures qui doivent être incluses dans les spécifications techniques soumises au fabricant pour la sélection des PHE.

Question : que faire dans une situation où les PHE installés sur le site ne chauffent pas l'eau à la température requise ?

Tout d’abord, il est nécessaire de procéder à une analyse pour déterminer :

Pour augmenter la puissance calorifique du PHE, les mesures suivantes peuvent être recommandées :

Nous avons testé le dernier événement à la chaufferie n°87 à Sergach. Dans la chaufferie spécifiée, selon le projet, deux unités de chauffage PHE de la marque FPS-43-163-1E de « FUNKE » d'une capacité thermique de 8,0 MW chacune ont été installées. Pendant le fonctionnement, il a été découvert que les surfaces chauffantes du PHE étaient rapidement envahies par des dépôts de tartre, ce qui le faisait "verrouiller" - il n'était pas possible de chauffer eau du réseau au-dessus de 65-70 °C (avec un programme de 95/70 °C).

L'examen a montré qu'avec un coefficient de transfert thermique calculé du PHE de 6600 W/(m 2 *°C), sa valeur réelle n'était que de 1736-2343 W/(m2*°C), ce qui correspond au paramètre relatif (F /F0) = 0,26 -0,36. Lors du démontage du PHE, des dépôts de tartre de 0,2 à 0,3 mm d'épaisseur ont été constatés sur la surface chauffante de composition suivante : 78 % de sels de calcium, 22 % d'oxydes de fer.

Pour normaliser l'apport de chaleur de la chaufferie, nous avons tout d'abord pris des mesures pour augmenter le débit (d'environ 30 %) et la température de l'eau de chaudière au maximum - de 110 à 115 °C, ainsi que pour ajuster le régime chimique de l’eau réactive. Bien que toutes ces mesures aient eu un effet limité (il a été possible d'augmenter la température de l'eau du réseau de 5 à 7 °C), en combinaison avec un rinçage chimique régulier, elles ont permis d'éviter une interruption de l'approvisionnement en chaleur de la zone résidentielle. .

Le problème n'a été radicalement résolu qu'à l'été 2003, lorsque, en collaboration avec le célèbre fabricant d'échangeurs de chaleur à plaques "Ridan", nous avons reconstruit le PHE, en passant à un schéma d'écoulement du liquide de refroidissement à deux passages et en augmentant le nombre de plaques. de 163 à 250 pièces.

Grâce à la reconstruction, il a été possible de normaliser complètement l'apport de chaleur de la chaufferie.

Les conséquences négatives de la reconstruction de l’EFP sont les suivantes :

conclusions

1. Les surfaces chauffantes du PHE sont susceptibles d'être contaminées par des dépôts de tartre, d'oxydes de fer et autres impuretés mécaniques contenues dans l'eau du réseau. L'intensité et la nature de la pollution sont déterminées par la qualité de l'eau (dureté, concentration en impuretés) et sa température.

2. La contamination du PHE avec un coefficient de transfert thermique calculé élevé s'accompagne d'une diminution significative de l'efficacité thermique de l'appareil.

3. Le lavage chimique des PHE (notamment ceux contaminés par des oxydes de fer) est complexe opération technologique, nécessite une approche professionnelle dans la sélection des réactifs et des technologies de lavage.

4. Afin de réduire la contamination du PHE par les produits de corrosion du fer et d'autres impuretés mécaniques contenues dans l'eau du réseau, il convient d'utiliser des filtres de clarification, des filtres à boue inertiels à gravité de type GIG et d'autres dispositifs de nettoyage.

5. Pour éviter la formation de tartre sur les surfaces chauffantes des PHE qui chauffent l'eau du réseau avec une dureté élevée, et pour réduire le taux de corrosion des réseaux de chauffage, il est recommandé d'utiliser un mode eau-chimique réactif (complexe) des réseaux de chaleur.

6. Proposé technique efficace des diagnostics de contamination des échangeurs de chaleur, des instruments et des logiciels ont été développés pour créer un système de surveillance du degré de contamination avec une évaluation de la durée de vie résiduelle avant lavage (nettoyage).

7. Lors de la conception et de la sélection d'un PHE, il est impératif de prendre en compte une éventuelle contamination de la surface chauffante. Une méthodologie de sélection des PHE prenant en compte la contamination est proposée.

Littérature

Avec une puissance de 10 kW, la chaleur totale générée par le condenseur est d'environ 13 à 13,5 kW.

Le deuxième fluide de travail du condenseur, en plus du réfrigérant, peut être l'air ambiant (condenseurs refroidis par air) ou un liquide (condenseurs refroidis par eau).

Condenseurs refroidis par air

Les condenseurs à air sont les plus utilisés. Ils se composent d'un échangeur de chaleur et d'un ventilateur avec moteur électrique.

L'échangeur de chaleur est généralement constitué de tubes en cuivre d'un diamètre de 6 mm et 19 mm, généralement dotés d'ailettes. La distance entre les côtes est généralement de 1,5 à 3 mm.

Le cuivre est facile à traiter, n'est pas sujet à l'oxydation et possède une conductivité thermique élevée. Le choix du diamètre du tube dépend d'un grand nombre de facteurs : facilité de mise en œuvre, perte de pression dans la conduite de réfrigérant, perte de pression de l'environnement de l'air de refroidissement, etc. La tendance actuelle est d'utiliser des tubes de petit diamètre.

Les ailettes des tubes de l'échangeur thermique sont le plus souvent en aluminium. De plus, le type d'ailette, son profil et sa configuration peuvent être très divers et affecter de manière significative les caractéristiques thermiques et hydrauliques de l'échangeur thermique. Par exemple, l'utilisation d'un profil d'aileron complexe avec des encoches, des saillies, etc. vous permet de créer une plus grande turbulence de l'air près de la surface de l'aileron. Cela augmente l'efficacité du transfert de chaleur entre le réfrigérant traversant les tubes et l'air extérieur. Bien que dans ce cas la résistance hydraulique augmente légèrement, ce qui nécessitera l'installation d'un ventilateur de plus grande puissance, l'augmentation significative des performances de la machine frigorifique est obtenue et justifie largement l'augmentation de l'intensité énergétique de l'installation.

Le raccordement du tube aux ailettes peut se faire de deux manières :

• soit on réalise simplement un trou dans la nervure pour un contact direct avec le tube,
• soit un collier (épaule) est réalisé à l'endroit où l'ailette est reliée au tube, augmentant la surface de transfert thermique.

L'avantage de la première option est la simplicité (rentabilité) de production, cependant, en raison du contact lâche de l'ailette avec le tube, le transfert de chaleur environnement externe limité.

De plus, lors de travaux en atmosphère polluée ou agressive, une corrosion peut se produire le long du contour de contact des ailettes avec le tube. Cela réduit considérablement la surface d'échange thermique utile, entraînant une diminution des performances et une augmentation des températures de condensation.

La vitesse du flux d'air traversant l'échangeur de chaleur est généralement comprise entre 1,0 et 3,5 m/s.

La surface intérieure des tubes peut également être ondulée, ce qui permet une plus grande turbulence et, par conséquent, un transfert thermique du réfrigérant.

Les condenseurs comportent généralement une ou plusieurs rangées de tubes (le plus souvent jusqu'à 4) situés dans le sens du flux d'air de refroidissement. Les tubes peuvent être situés au même niveau ou en gradins (en motif en damier) pour augmenter l'efficacité du transfert de chaleur (Fig. 3.10).

Un aspect important est le schéma d'écoulement des fluides de travail dans l'échangeur thermique. Le réfrigérant chaud pénètre dans le condenseur par le haut et retombe progressivement. Le refroidissement le plus intensif du réfrigérant se produit dans la partie supérieure de l'échangeur de chaleur, pour laquelle environ 5 % de la surface utile de l'échangeur de chaleur est utilisée. Dans cette section initiale de l'échangeur thermique, le transfert de chaleur est très important en raison de la grande différence de température entre le réfrigérant et l'air froid et du coefficient de transfert thermique élevé dû à la vitesse élevée du réfrigérant.

Dans la section de refroidissement principale suivante, qui constitue environ 85 % de toute la surface utile de l'échangeur de chaleur, le processus de condensation du fréon vapeur se déroule à une température presque constante.

Les 10 % restants de la surface d’échange thermique utilisable sont utilisés pour le « refroidissement supplémentaire » du réfrigérant. La quantité de chaleur évacuée dans cette zone est d'environ 5 % du taux d'échange thermique total, ce qui est dû à la faible différence de température entre le réfrigérant passé en phase liquide et l'air de ventilation.

La température de condensation dépasse la température de l'air ambiant d'environ 10 à 20 °C et la température de l'air sortant de l'échangeur thermique est inférieure de 3 à 5,5 °C à la température de condensation.
Les températures absolues de condensation sont généralement comprises entre 42 et 55 °C.

Dans le tableau La figure 3.11 montre la dépendance de la température de condensation du fréon R-22 vaporeux sur la température ambiante.

Tableau 3. 11. Dépendance de la température de condensation sur la température ambiante

Les caractéristiques des condenseurs dépendent à la fois du type de réfrigérant et de la température. environnement, et de pression atmosphérique air ambiant (altitude au-dessus du niveau de la mer). À haute altitude, les performances du condenseur diminuent en raison d'une diminution de la densité de l'air. Dans le tableau Le tableau 3.12 présente les coefficients qui permettent d'ajuster avec précision la capacité de refroidissement des machines frigorifiques en fonction de l'altitude au-dessus du niveau de la mer.

Tableau 3. 12. Facteur de correction de la puissance frigorifique en fonction de l'altitude

Condensateurs refroidis à l'eau

Les condenseurs refroidis à l'eau, selon leur conception, sont répartis dans les groupes principaux suivants :

• condenseurs à calandre et tubes;
• condensateurs « pipe-in-pipe » ;
• condensateurs à plaques.

Les condensateurs du premier groupe sont le plus souvent utilisés en milieu et haute puissance, d'autres - dans les installations de moyenne et faible puissance.

Condenseurs à calandre et à tubes

Ils se présentent sous la forme d'une enveloppe cylindrique en acier, avec des tôles tubulaires en acier soudées aux deux extrémités. Des tubes de cuivre y sont enfoncés. Des têtes avec des tuyaux d'entrée et de sortie pour le raccordement au système de refroidissement par eau sont fixées aux plaques tubulaires (Fig. 3. 13).

Dans la partie supérieure du boîtier se trouve un tuyau d'alimentation en réfrigérant chaud sous forme de vapeur provenant du compresseur. Un tuyau de sortie de liquide réfrigérant est installé en partie basse.
Le réfrigérant chaud sous forme de vapeur lave les tubes et remplit l'espace libre entre les tubes et le boîtier.

L'eau froide est fournie par des tubes par le bas et sort par le haut du boîtier. Le réfrigérant vapeur chaud entre en contact avec les tubes dans lesquels l'eau froide circule, se refroidit, se condense et s'accumule au fond du condenseur. L'eau, absorbant la chaleur du réfrigérant, laisse du condenseur plus haute température qu'à l'entrée. La section « refroidissement supplémentaire », si elle est prévue, est constituée d'un faisceau de tubes situé au bas du condenseur et séparé des tubes restants par une cloison métallique. Dans ce cas, l'eau froide entrant dans le condenseur passe d'abord par la section « refroidissement supplémentaire ».

Les tubes du condenseur sont généralement en cuivre et ont des diamètres nominaux de 3/4" et 1" (20 et 25 mm). À l'extérieur, ils sont dotés d'ailettes qui permettent d'augmenter l'échange thermique entre le réfrigérant et l'eau à l'intérieur des tubes.

En règle générale, les condenseurs utilisent l’eau provenant d’un système de recyclage de l’eau. La température de condensation du réfrigérant est environ 5 °C supérieure à la température de sortie de l'eau du condenseur. Par exemple, si la température de sortie de l'eau du condenseur est de 35 °C, la température de condensation du réfrigérant R-22 est d'environ 40 °C. Dans ces conditions, la différence de température de l’eau dans le condenseur ne dépasse pas 5 °C.

Pour transférer 1 kW de chaleur du réfrigérant vers l'eau courante, le débit d'eau requis sera d'environ 170 l/h.

Condensateurs tuyau dans tuyau

Ces condensateurs sont un tube réalisé en forme de spirale, à l'intérieur duquel se trouve coaxialement un autre tube. Le réfrigérant peut se déplacer dans le tube intérieur et le liquide de refroidissement dans le tube extérieur, ou vice versa (Fig. 3.14).

La structure entière peut être en cuivre, ou le tube intérieur peut être en cuivre et le tube extérieur en acier.

Tant externes que surface intérieure les tubes peuvent être dotés d'ailettes pour augmenter l'efficacité du transfert de chaleur. Deux courants de liquides se rapprochent. L'eau entre par le bas et sort par le haut, le réfrigérant se déplace dans la direction opposée.
Ce type de condenseur est utilisé dans les unités de climatisation autonomes et les unités de refroidissement par eau de faible puissance. Du fait que ce type de condenseur est une structure monobloc, le tube dans lequel circule l'eau ne peut être nettoyé que chimiquement.

Condensateurs à plaques

Ce type d'échangeur de chaleur diffère en ce que la circulation des liquides s'effectue entre des plaques en en acier inoxydable, disposés en chevrons (Fig. 3.15).

Deux circuits de circulation indépendants (réfrigérant et eau de refroidissement) sont créés à l'intérieur de l'échangeur thermique, se rapprochant l'un de l'autre. Les échangeurs de chaleur à plaques présentent des caractéristiques thermiques très élevées, ce qui a conduit à leur utilisation généralisée dans les installations de moyenne et faible puissance. Le rendement élevé de ces échangeurs de chaleur est combiné à format compact et un faible poids, de faibles différences de température entre les deux liquides, ce qui augmente l'efficacité de l'installation, et une plus petite quantité de réfrigérant nécessaire.

Les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés à la fois comme condenseurs et évaporateurs.

Dans le tableau 3.16 montre les températures les plus courantes de l'eau utilisée dans les condenseurs et les températures de condensation correspondantes.

Tableau 3.16. Températures de l'eau d'entrée du condenseur et températures de condensation

Les valeurs de pression d'essai maximales admissibles dans les condenseurs refroidis à l'eau sont indiquées dans le tableau. 3.17.

Tableau 3.17. Maximum valeurs valides pression dans les condenseurs refroidis à l'eau

Facteur de pollution

Le facteur d'encrassement caractérise la résistance thermique provoquée par le dépôt des sédiments contenus dans l'eau sur les parois internes des tubes. En conséquence, le transfert de chaleur est réduit.

Les tubes contaminés provoquent une augmentation de la température moyenne et une augmentation de la quantité de liquide de refroidissement nécessaire pour refroidir une quantité donnée de réfrigérant. En conséquence, la pression dans le circuit de condensation augmente et, par conséquent, l'intensité énergétique du procédé.

Le problème de la contamination des tubes constitue un obstacle majeur lors de l'utilisation d'échangeurs de chaleur dans des régions où l'eau est très dure.

Selon la norme ARI 590, les caractéristiques des machines frigorifiques doivent correspondre au coefficient de contamination du condenseur :
8,8 10 -5 (m 2 °C/W)

Pour d’autres facteurs de contamination, il est nécessaire d’ajuster les caractéristiques des machines frigorifiques. Dans le tableau 3.18 indique les facteurs de correction de l'efficacité des machines frigorifiques pour cotes différentes pollution.

Il convient de noter que donné dans le tableau. Les coefficients 3.18 sont généralement utilisés pour ajuster les performances de refroidissement et de chauffage des installations de forte puissance.

Pour les installations de faible et moyenne puissance, les plaques propres du condenseur et de l'évaporateur sont prises comme point de départ, et les valeurs des facteurs de correction correspondent à celles indiquées dans le tableau. 3.19.

La documentation technique de l'équipement doit prévoir une méthode de recalcul des caractéristiques en fonction du coefficient de pollution.

Dans le tableau 3.20 montre les coefficients de pollution correspondant aux différents types d'eau utilisés.

Afin de réduire la pollution au niveau le plus bas possible, il est souvent recommandé de fixer le débit d’eau à un niveau supérieur à 1 m/s. Il est également recommandé de nettoyer périodiquement les tubes mécaniquement ou chimiquement.

Tableau 3.18. Facteurs de correction des indicateurs de performance frigorifique des installations en fonction du coefficient de pollution

Tableau 3.19. Facteurs de correction des performances frigorifiques d'une installation de faible puissance en fonction du coefficient de pollution

Tableau 3.20. Facteurs de contamination typiques pour différents types d'eau

Le geyser fonctionnera longtemps sans problème si la maintenance préventive est effectuée à temps. Ils sont surtout nécessaires à l'échangeur de chaleur (radiateur) de la colonne, qui nécessite un nettoyage approfondi et régulier. Une telle prévention est extrêmement nécessaire lorsque des écarts notables par rapport à la norme sont détectés dans le comportement de l'appareil.

La maintenance préventive sera bien entendu effectuée de manière plus professionnelle par un spécialiste certifié, mais avec un manuel détaillé, même un élève de première année peut le faire. Ci-dessous, nous vous expliquerons comment nettoyer vous-même l'échangeur de chaleur Geyser.

Causes de contamination des geysers

Une caractéristique des chauffe-eau est qu'ils sont alimentés par trois systèmes : l'approvisionnement en eau, le gaz et l'électricité. Et s'il n'y a généralement aucun problème avec le système électrique, on ne peut pas en dire autant des autres.

Dans l'eau, qui provient généralement du système d'approvisionnement central, toutes sortes de sels sont dissous en quantité décente, contenant notamment du calcium et du magnésium. Lorsque la température de l’eau dépasse 65°C, ces éléments commencent à précipiter et forment des dépôts appelés tartre.

Pour réduire les conséquences de ce phénomène, il faut essayer de ne pas trop l’utiliser. eau chaude. Pour les douches et les bains, 40°C suffisent amplement ; pour faire la vaisselle, et même avec certains produits exclusifs, 45°C suffisent.

Pendant le processus de chauffage surface extérieure l'échangeur de chaleur, soufflé par un courant d'air chauffé par un brûleur à gaz, mélangé à de la suie provenant du gaz brûlé, est envahi par des dépôts de suie et de carbone. Leur formation est due à :

• débit d'air insuffisant;
• flamme excessive du brûleur ;
• mauvaise extraction des gaz d'échappement ;
• impuretés dans la composition du gaz ;
• évacuation des condensats sales de la cheminée.

Signes et conséquences de la pollution

Au premier soupçon d'encrassement excessif du liquide de refroidissement par du tartre ou de la suie, des mesures adéquates doivent être prises, parmi lesquelles la plus importante est de nettoyer l'échangeur de chaleur du geyser du tartre. Mais comment savoir quand faire cela ?

Signes de contamination de l'échangeur de chaleur

Un radiateur fortement bouché peut s'accompagner des symptômes suivants :

1. après le démarrage de la colonne, le brûleur s'éteint à nouveau trop rapidement ;
2. de la suie a commencé à tomber sous le boîtier de protection ;
3. l'eau ne chauffe pas bien;
4. faible pression d'eau chaude;
5. La protection thermique se déclenche trop souvent.

Les facteurs énumérés ne signalent qu'indirectement l'apparition de dépôts dans l'échangeur de chaleur. Par conséquent, avant de commencer à le nettoyer, il est recommandé de s'assurer que les autres composants sont en bon état de fonctionnement.

Ainsi, la cause d'une mauvaise pression de l'eau peut être un robinet cassé sur le tuyau près de l'entrée du distributeur, l'eau peut ne pas bien chauffer en raison d'une faible pression de gaz et le brûleur s'éteindra rapidement lorsque le robinet de gaz ou le distributeur sera contrôlé. l’appareil ne fonctionne pas correctement. Pour garantir que les composants ci-dessus sont en bon état de fonctionnement, vous devez soit utiliser les instructions d'usine pour vérifier la fonctionnalité Composants appareil, ou recherchez les informations nécessaires sur Internet, ou appelez un centre de service spécialisé.

La contamination externe du radiateur est plus facile à diagnostiquer : il suffit d'ouvrir son boîtier de protection. Un échangeur de chaleur est classé comme sale s’il est recouvert d’un tiers ou plus d’une substance noire.

Conséquences de la contamination de l'échangeur de chaleur

Une pollution excessive entraîne inévitablement les conséquences suivantes :

• surchauffe des éléments de l'échangeur de chaleur, ce qui menace de les endommager ;
• utilisation inefficace de l'électricité;
• diminution des performances de l'eau chaude ;
• colmatage des unités d'arrêt et de régulation d'eau de l'appareil ;
• l'apparition de suie et d'une odeur de brûlé dans les pièces de la maison.

Un montant important de dépôts peut, tôt ou tard, entraîner une panne de l'appareil. Cela peut être insignifiant ou assez grave. Il se peut même que certains désactivent l’ensemble de l’unité. La présence de systèmes de protection ne garantit pas un fonctionnement sûr à cent pour cent d'un chauffe-eau à gaz, et le gaz est une chose dangereuse.

Nettoyage externe de l'échangeur thermique

Pour mieux nettoyer le radiateur des contaminants, vous devez le retirer de la colonne.

Important! Avant de commencer les travaux de nettoyage, il est impératif de fermer les vannes d'alimentation en gaz et en eau.

La séquence d'actions est la suivante :

1. fermer l'alimentation en gaz et en eau ;
2. retirer le capot de protection ;
3. ouvrir le robinet d'eau chaude le plus proche de la colonne ;
4. placez un récipient sous l'entrée du radiateur pour évacuer l'eau ;
5. dévissez le tuyau d'alimentation de l'échangeur de chaleur et vidangez l'eau ;
6. Dévissez les écrous-raccords du radiateur et retirez-le.

Vous devrez peut-être démonter en plus d'autres pièces et éléments de la colonne qui ne vous permettent pas de retirer l'échangeur de chaleur. Leur nombre et leur fonction dépendent de la conception de l'unité. Il est nécessaire de les déconnecter soigneusement et systématiquement, en vous souvenant de toutes vos actions.

Placez l'échangeur de chaleur retiré dans un récipient et traitez les ailettes du radiateur avec un dissolvant de charbon ou un autre détergent efficace.

Nettoyer avec une brosse et une éponge en mousse. Après cela, rincez avec un fort jet d’eau. Il est bien sûr préférable de traiter le radiateur avec un mini nettoyeur haute pression, si vous en avez un, ou vous pouvez le trouver quelque part pendant un moment. Ce type de lavage permet de détruire très rapidement et efficacement la couche de carbone.

Nettoyer l'échangeur de chaleur du tartre

Nous donnerons ici quelques conseils sur la façon de nettoyer vous-même l'échangeur de chaleur d'un geyser du tartre.

Vous devez d’abord préparer une solution pour le lavage. Les recettes les plus simples :

• utilisez un nettoyant détartrant du commerce ;
• dissoudre l'acide citrique dans l'eau à raison de 200 g pour 1 litre ;
• dissoudre 9 % de vinaigre dans l'eau dans un rapport de 1:5.

En général, il existe de nombreuses options publiées sur Internet pour savoir comment laver l'échangeur de chaleur d'un chauffe-eau à gaz.

Versez la solution préparée dans le radiateur en un mince filet à partir d'un arrosoir ou à travers un entonnoir. Versez lentement pour ne pas provoquer réaction chimique lorsque l'anticalcaire peut être repoussé. Le liquide dans l'échangeur thermique doit rester pendant au moins deux heures. Pour les solutions d'acide citrique ou acétique - au moins 4 heures.

Terminez le processus en lavant eau courante. Pour augmenter l'effet nettoyant, lors du rinçage du radiateur, vous pouvez tapoter doucement avec un marteau en caoutchouc (maillet). Vous devez continuer à rincer jusqu'à ce que de l'eau propre sans inclusions étrangères sorte de l'échangeur de chaleur.

En tant que réactif, vous pouvez également utiliser un liquide disponible dans le commerce pour rincer les échangeurs de chaleur des chaudières à gaz, ce qui est tout à fait abordable.

Important! Des recommandations de nettoyage peuvent être trouvées sur Internet. d'acide chlorhydrique. C'est un bug et ne peut pas être utilisé ! Cela provoquera une réaction chimique qui entraînera une oxydation du métal des plaques du radiateur, et, par conséquent, l'apparition de fuites.

Le nettoyage des radiateurs de la plus haute qualité dans tous les pays appareils de chauffage de l'eau fournit un équipement spécial pour laver les échangeurs de chaleur des chaudières à gaz, appelé booster, qui est utilisé dans les centres de service spécialisés. Ce dispositif assure une circulation autonome du liquide de rinçage à travers le radiateur.

Le principe de fonctionnement est simple : le surpresseur crée une pression et force le réactif à circuler dans un sens. Après un certain temps, l'appareil passe automatiquement en recirculation dans le sens opposé. Cette méthode vous permet de nettoyer au maximum les cavités internes du radiateur du tartre. Bien sûr, il n'est pas conseillé d'acheter un tel appareil (c'est très cher), mais vous pouvez le fabriquer vous-même. Il existe des descriptions sur Internet.

Lors de l'installation de l'échangeur de chaleur à sa place, effectuez toutes les opérations de montage dans l'ordre inverse du démontage.

Enfin

Nettoyer et laver l'échangeur de chaleur n'est pas très difficile, l'essentiel est de bien démonter l'appareil et de se rappeler comment l'assembler. Sur notre site Internet, vous trouverez de nombreuses recommandations sur la façon de nettoyer un radiateur sans le retirer de la colonne.

Ils ne peuvent être utilisés que lorsque la pollution n'a pas atteint un niveau critique et que le nettoyage est effectué comme prévu selon un calendrier établi, mais au moins une fois par an.

Magazine « Heat Supply News » n° 3, 2005, www.ntsn.ru

O.V. Zhadnov, ingénieur en chef adjoint, Nizhegorodteplogaz LLC

À propos de l'influence de la contamination et des caractéristiques de conception des échangeurs de chaleur à plaques sur le coefficient de transfert de chaleur (ou ce sur quoi les fabricants restent silencieux)

Impact de la pollution. Tout ingénieur en énergie thermique de son institut sait que le tartre sur la surface chauffante d'un échangeur de chaleur augmente la résistance thermique de la paroi de transfert de chaleur et, par conséquent, réduit le coefficient de transfert de chaleur de l'appareil. Étant donné que la conductivité thermique du tartre a une valeur très faible, même une petite couche de dépôts crée une grande résistance thermique (une couche de tartre de chaudière de 1 mm d'épaisseur équivaut approximativement en résistance thermique à une paroi en acier de 40 mm).

Cependant, une couche de tartre de même épaisseur et de même composition chimique a un effet significativement différent sur l'efficacité thermique des échangeurs de chaleur qui diffèrent par leur conception et leurs modes de fonctionnement.

L'efficacité thermique d'un échangeur de chaleur contaminé par rapport au même échangeur de chaleur à surface propre est caractérisée par le rapport des coefficients de transfert de chaleur (c/c 0), qui est déterminé selon la formule :

En figue. 1 montre des graphiques de l'efficacité thermique relative des polluants échangeur de chaleur sur l'épaisseur de la couche de tartre à différentes valeurs du coefficient de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur propre (le coefficient de conductivité thermique du tartre est supposé être de 1,2 W/(m 2 * o C)).

Il convient de noter que l’image réelle de la contamination pour un échangeur thermique à plaques (PHE) diffère considérablement de l’image théorique. En pratique, une contamination inégale des plaques et des canaux individuels est détectée sur la largeur, la longueur et la hauteur du radiateur,

ce qui est évidemment dû à l'inégalité des champs de température et des vitesses du liquide de refroidissement. Une difficulté importante est également présente dans la détermination correcte du coefficient de conductivité thermique du tartre, qui, en fonction de la densité et de la composition chimique des dépôts, varie dans une large plage de 0,13 à 3,14 W/(m 2 * O C).

Cependant, parmi ceux présentés sur la Fig. 1 des dépendances, une conséquence importante peut être tirée, à savoir : un échangeur de chaleur avec une valeur de conception (de conception) élevée du coefficient de transfert de chaleur (k 0) est beaucoup plus sensible à la contamination qu'un échangeur de chaleur avec un faible transfert de chaleur de conception coefficient (c'est-à-dire que son coefficient de transfert de chaleur avec la même pollution diminue dans une large proportion).

En effet, comme on le sait, les chauffe-eau à calandre (à tubes lisses) traditionnellement utilisés dans l'industrie de l'énergie thermique domestique ont été choisis avec un faible coefficient de transfert thermique en mode de conception - au niveau de 800-1200 W/( m 2 * O C). Avec une épaisseur de couche de tartre de mm, un tel échangeur de chaleur a un rendement thermique relatif (k/k 0) = 0,8, ce qui est tout à fait acceptable.

La situation est différente avec les appareils à plaques qui, en règle générale, pour des raisons d'économie, sont sélectionnés avec un coefficient de transfert de chaleur calculé élevé - 5 000-7 000 W/(m 2 * O C). Avec la même épaisseur de couche de tartre en mm, cet échangeur de chaleur aura déjà un rapport (k/k 0) = 0,4, soit Le coefficient de transfert thermique déclaré par le constructeur diminuera de 2,5 fois !

Compte tenu de la qualité généralement médiocre de l'eau du robinet dans les villes russes (par rapport à l'Europe) et de l'attitude négligente à l'égard du traitement de l'eau (en particulier dans le secteur public), il devient clair quelles conséquences négatives une approche non professionnelle de la conception et de l'utilisation de « rapports rentables » » peuvent conduire les échangeurs de chaleur.

Influence du design. Il convient de noter que pendant la période de son activité professionnelle, l'auteur de l'article n'a été en mesure de fixer le coefficient de transfert de chaleur (de conception) calculé sur aucun des PHE examinés (pour la méthodologie de test des échangeurs de chaleur, voir ci-dessous dans la section 4). Même pour les nouveaux PHE fonctionnant avec de l'eau assez douce et propre, le coefficient de transfert thermique relatif (k/k 0) ne dépassait pas 0,9. Dans le même temps, une caractéristique intéressante du PHE a été notée : avec une différence de pression significative entre les cavités du liquide de chauffage et du liquide de refroidissement chauffé (2-3 kgf/cm 2), le coefficient de transfert de chaleur relatif s'est considérablement détérioré et s'élevait à seulement 0,7. -0,8. Il s'est avéré que cet effet s'explique par le « gonflement » de la cavité à haute pression et, par conséquent, la compression de la cavité à plus faible pression due à la déflexion des plaques. Dans la cavité « gonflée », un espace apparaît apparemment entre les nervures d'ondulation des plaques adjacentes, ce qui entraîne une violation de la répartition uniforme du liquide de refroidissement sur toute la largeur des plaques. Une expérience a même été menée sur un échangeur de chaleur APV pour déterminer le changement relatif du volume interne de la cavité comprimée - il était d'environ 10 %.

La possibilité d'une certaine déviation des plaques avec formation d'un espace découle également du fait bien connu que les fabricants de PHE dans la documentation technique indiquent toujours une certaine plage de taille de serrage du paquet de plaques, par exemple 345-350 mm, c'est à dire. un nouveau PHE est serré à 350 mm, avec le temps (en raison du vieillissement des joints) la taille de serrage requise est réduite à un minimum de 345 mm. Dans tous les cas, les caractéristiques ci-dessus de l’EFP nécessitent des recherches supplémentaires.

Pertinence du problème de la lutte contre la pollution

De nombreux experts notent la perte d'efficacité thermique du PHE pendant le fonctionnement en raison de la contamination de la surface chauffante. Par exemple, des collègues de Saint-Pétersbourg fournissent dans leur article les statistiques suivantes sur la perte d'efficacité thermique d'un échangeur de chaleur Alfa-Laval installé dans une station de chauffage central :

Après 1 an de fonctionnement - 5 % ;

Après le 2ème -15% ;

Après le 3ème - plus de 25%.

Dans notre travail, nous avons dû faire face à plusieurs reprises à une grave contamination du PHE, dans laquelle l'échangeur de chaleur a perdu jusqu'à 50 à 70 % de son efficacité thermique en 3 à 6 semaines !

Notre entreprise exploite un parc assez important - plus de 50 unités - de PHE eau-eau de divers fabricants (Alfa-Laval Potok, RIDAN, Mashim-Pex, Funke) avec une puissance thermique unitaire de 0,3 à 8,0 MW. Des chauffe-eau sont installés dans des chaufferies situées dans deux villes de la région de Nijni Novgorod : Dzerjinsk et Sergach.

En 2001-2002 dans ces villes, grâce aux investissements d'OJSC GAZPROM, une reconstruction à grande échelle des systèmes d'approvisionnement en chaleur a été réalisée, à la suite de laquelle, au lieu d'anciennes chaufferies de chauffage, des chaudières sectionnelles en fonte (Energia, Tula, etc. .), ont été construits et reconstruits : à Dzerjinsk - 18 chaufferies d'une capacité installée totale de 158,5 MW, dans la ville de Sergach - 8 chaufferies d'une capacité installée totale de 32,5 MW. À Dzerjinsk, en outre, 100 % des réseaux de chaleur des chaufferies reconstruites, d'une longueur totale de 36 km, ont été remplacés. Toutes les chaufferies fonctionnent actuellement en mode automatique (sans la présence constante de personnel de maintenance). Les chaufferies sont réalisées selon un schéma technologique unique à double circuit (voir Fig. 2). Les échangeurs de chaleur à plaques (2 pièces, 50 % de capacité chacun) remplissent la fonction de circuits de séparation. Courbe de température estimée : 95/70 О С - le long du circuit réseau, 110/80 О С - le long du circuit chaudière.

Le circuit interne (chaudière) est rempli d’eau chimiquement purifiée d’une dureté ne dépassant pas 200 mcg-eq/kg. S'il n'y a pas de fuites dans le circuit interne et le bon fonctionnement du système de compensation de dilatation de température, réalisé sur la base de vases d'expansion à membrane (MEB), le réapprovisionnement du circuit n'est pratiquement pas nécessaire, ce qui garantit l'absence de formation de tartre et de corrosion. sur les surfaces chauffantes des chaudières et des échangeurs de chaleur (côté circuit chaudière).

Le circuit externe (réseau) est alimenté en eau, dans laquelle est dosé en continu un réactif-inhibiteur de tartre et de corrosion (marque « Aqua-M » ou OEDF-Zn). Le dosage est effectué par l'installation SDR-5 (fabricant - Aqua-Chem OJSC, Tver).

Directement pendant le processus de mise en service et au cours des saisons de chauffage suivantes 2001-2003. Notre entreprise a été confrontée à de sérieuses difficultés, exprimées par l'impossibilité de transférer la quantité de chaleur requise à travers le PHE et, par conséquent, par l'impossibilité de maintenir le programme de température de conception dans les réseaux de chaleur d'un certain nombre de chaufferies à basse température extérieure - environ - 15°C et moins. Comme l'a montré l'examen, la raison en était une contamination intensive de la surface chauffante des échangeurs de chaleur côté réseau par des produits de corrosion du fer (Dzerjinsk) et du tartre (Sergach). A titre d'illustration sur la Fig. La figure 3 montre une photographie d'un échantillon de sédiment extrait d'un échangeur de chaleur dans la ville de Sergach, Fig. 4 - photographie d'une plaque retirée d'un échangeur de chaleur à Dzerjinsk.

La contamination des échangeurs de chaleur a également eu un impact Influence négative sur mode hydraulique réseaux de chaleur. Avec une résistance hydraulique calculée des échangeurs de chaleur de 0,4 kgf/cm 2 , sa valeur réelle a atteint 2,0-2,5 kgf/cm 2 , après quoi les échangeurs de chaleur ont été alternativement démontés et nettoyage mécanique. Le nettoyage mécanique d'un échangeur de chaleur à plaques s'est avéré être une opération complexe et fastidieuse (le nettoyage d'un échangeur de chaleur par une équipe de 3 personnes a pris 6 à 8 heures), ce qui pendant la saison de chauffage a conduit à un apport de chaleur limité aux consommateurs.