Устройство и принцип кожухотрубных пароводяных подогревателей

Кожухотрубные пароводяные подогреватели (далее по тексту ПП) используются в системах теплоснабжения и ГВС жилых домов, зданий промышленного и социально-общественного назначения в качестве теплообменного оборудования (пароводяных бойлеров).

Предназначение и область применения ПП

ПП предназначены для передачи тепловой энергии от парового теплоносителя греющего контура к водяному теплоносителю, циркулирующему в контуре отопительной системы или используемому для горячего водоснабжения. В греющий контур пар поступает от паровых котлов низкого давления или ответвлений паропроводов центральных тепловых коммуникаций. Температурные режимы эксплуатации ПП для нагрева воды паром определены в следующих диапазонах:

• 70/150 град. Ц;
• 70/130 град. Ц;
• 70/95 град. Ц.

Допускается применение ПП в системах с рабочим давлением пара до 1,0 МПа (10,0 кгс/кв. см) при температуре пара до 300 град. Ц и водяным теплоносителем давлением до 1,6 МПа при температуре до 200 град. Ц.

Дополнительная информация. ПП способны работать как самостоятельные теплогенераторы в составе систем ГВС, так и быть составными элементами водонагревательных установок.

Устройство кожухотрубных ПП

Серийно выпускаемые промышленностью кожухотрубные ПП соответствуют требованиям ГОСТ 28679-90 «Подогреватели пароводяные систем теплоснабжения. Общие технические условия». Конструктивно они относятся к кожухотрубным теплообменным агрегатам горизонтального типа, состоящим из следующих основных функциональных элементов:

• цилиндрического корпуса, в обиходе называемого кожухом;
• трубной системы;
• задней и передней водяных камер.

Конструкция кожуха ПП

Кожух ПП выполняет следующие функции:

• прием и распределение пара, поступающего внутрь ПП для подогрева водяного теплоносителя;
• обеспечение герметичности и удержания пара внутри конструкции;
• вывод конденсата из межтрубного пространства.

Корпус ПП собирается из цилиндрической обечайки и двух крышек (днищ) посредством фланцевых соединений. Разъемные соединения обечайки с крышками предусмотрены для упрощения и удобства доступа к межтрубному пространству и элементам теплообменной трубной системы при профилактическом ремонте, плановой ревизии и ремонте ПП.

В зависимости от формы крышек (днищ) подогреватели подразделяют на два типа (см. рис. ниже):

• ПП1 – подогреватели с эллиптическими крышками;
• ПП2 – подогреватели с плоскими крышками.

Верхний патрубок на корпусе ПП используется для входа горячего пара, нижний патрубок – для выхода конденсата. На корпусе ПП также размещены:

• патрубки для входа/выхода нагреваемой воды;
• патрубок под манометр для измерения давления пара в межтрубном пространстве;
• патрубок с воздушным клапаном для удаления воздуха и скапливающихся не сконденсировавшихся газов.

На боковой поверхности обечайки предусмотрено место под установку водоуказательного стекла для визуального контроля уровня конденсата. Внизу корпуса привариваются опоры для установки ПП на объекте.

Обратите внимание! Предприятия-изготовители выпускают ПП двух типов исполнения патрубков подачи/отвода нагреваемого водяного теплоносителя:

1. Оба патрубка размещены в нижней части ПП

   

2. Патрубки размещены по одному в верхней и нижней части ПП

   

Конструкция трубной системы

Трубная система является главным компонентом ПП, без которого пароводяной теплообменник не сможет функционировать. Основными задачами, которые «возложены» на трубную систему, являются:

• обеспечение циркуляции подогреваемого водяного теплоносителя;
• поддержание стабильных показателей теплообмена в соответствии с температурным режимом эксплуатации;
• равномерное распределение горячего пара в межтрубном пространстве внутри корпуса подогревателя.

Трубную систему ПП собирают из следующих конструктивных элементов:

• теплообменных гладких или профилированных трубок диам. 16х1,0 мм, изготовленных из нержавеющей стали или латуни. В зависимости от типа ПП их количество составляет от 68 до 792 шт.;
• двух трубных досок, называемых также посадочными досками, в которых завальцованы концы теплообменных трубок. Передняя доска выполнена в фиксируемом исполнении, задняя доска – в плавающем исполнении без фиксации к корпусу ПП. Плавающая нежесткая конструкция используется для обеспечения свободной деформации трубок, компенсируя их температурные удлинения при нагреве;
• поперечных перегородок, служащих в качестве промежуточных опор для теплообменных трубок и используемых для регулировки направления потоков пара внутри межтрубного пространства.

С целью снижения негативного воздействия паровых струй на трубную систему внутри корпуса в зоне патрубка входа пара монтируется специальный отбойный щит.

Это важно! Конструкция пароводяных подогревателей с жесткой фиксацией одной посадочной доски и возможностью свободного перемещения другой доски совместно с внутренней крышкой всей трубной системы (так называемые теплообменники с плавающей головкой или камерой) намного проще и надежнее в эксплуатации по сравнению с теплообменниками, у которых обе трубные доски жестко зафиксированы внутри корпуса. Для компенсации тепловых расширений трубок в таких агрегатах используют различного типа компенсационные устройства (мембранные, гнутые трубки, сильфонные, линзовые, сальниковые), которые сложны для изготовления и недостаточно надежны в работе.

Конструкция водяных камер ПП

В составе ПП находятся передняя и задняя (плавающая) водяные камеры, функции которых заключаются в регулировке поступления, распределения и оттока нагреваемой воды.

Передняя водяная камера состоит из следующих конструктивных элементов:

• обечайки цилиндрической формы;
• днища;
• фланца для соединения с кожухом и трубной системой;
• патрубков для подвода и отвода нагреваемой воды;
• перегородок, разделяющих камеру на отсеки для многоходового движения воды.

Задняя водяная камера построена аналогичным образом, только у нее отсутствуют водяные патрубки и фланец для соединения с кожухом. По способу установки в ПП задняя камера является подвижной (плавающей), чтобы компенсировать тепловые деформации трубной системы при нагреве и охлаждении ее элементов.

Принцип работы ПП

Нагрев воды происходит в процессе теплообмена между греющим паром, поступающим в межтрубное пространство кожуха, и водяным теплоносителем, движущимся внутри теплообменных трубок трубной системы. Остывший пар конденсируется и выводится из кожуха через специальный патрубок. Для более эффективного теплообмена используется многоходовость водяного потока, за счет которой возрастает скорость движения воды внутри трубок. Промышленностью выпускаются двух- и четырехходовые ПП, в которых перегородками внутри передней водяной камеры создаются два или четыре хода водяного потока.

Обозначения пароводяных подогревателей по ГОСТ 28679-90

В соответствии с ГОСТ 28679-90 пароводяные подогреватели следует обозначать по следующей схеме (п.1.4):

ХХХ-ХХХ-Х-Х-ХХХ или ХХХ-ХХХ-Х-Х-ХХ

1 2 3 4 5

В схеме вместо знака Х подставляются основные классификационные признаки пароводяных подогревателей в соответствии с табл. 2 (п.2.1.2):

• 1 – тип подогревателя (плоское или эллиптическое днище);
• 2 –величина площади поверхности теплообмена, выраженная в кв.м;
• 3 – давление греющего пара, МПа;
• 4 – число ходов нагреваемой воды ( 2 или 4);
• 5 – вид климатического исполнения, который может обозначаться двумя или тремя символами.

Например, для пароводяного подогревателя с эллиптическим днищем (ПП1), имеющего площадь теплообмена 24,4 кв. м, работающего под давлением пара 0,7 МПа, двухходового по нагреваемой воде, выполненного в климатическом исполнении У4 обозначение будет следующим:

ПП1 – 24,4 – 0,7 – 2 – У4

Заключение

Пароводяные подогреватели получили широкое распространение благодаря возможности использовать пар, вырабатываемый для определенных технологических процессов, либо пар от котлов низкого давления районных или автономных котельных. Уже за несколько циклов циркуляции сетевая вода нагревается до нужной температуры и готова к использованию в системах отопления и ГВС.