Устройство и принцип работы кожухотрубных водо-водяных подогревателей

Кожухотрубные водо-водяные подогреватели (далее по тексту ВВП) используются в котельных и тепловых пунктах в качестве теплообменного оборудования (бойлеров) систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Предназначение и область применения ВВП

ВВП предназначены для передачи тепла от горячего водяного теплоносителя греющего контура к нагреваемому водяному теплоносителю системы отопления или горячего водоснабжения (в названии «водо-водяной подогреватель» отражены оба типа теплоносителя). Горячий теплоноситель поступает в греющий контур от внешнего теплоисточника, которым может служить:

• центральная тепломагистраль;
• котел низкого давления автономной котельной.

ВВП также широко применяются в качестве теплообменников-утилизаторов в системах утилизации вторичного тепла газопоршневых и газотурбинных энергоустановок, широко используются при нагреве и охлаждении технологических сред.

Устройство кожухотрубных ВВП

Серийно выпускаемые промышленностью кожухотрубные подогреватели воды соответствуют требованиям ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия». Стандартные кожухотрубные ВВП являются секционными конструкциями, собираемыми из следующих элементов:

• секций кожухотрубных, представляющих собой неразборные теплообменные блоки;
• соединительных калачей и конических переходов, необходимых для сборки двух и более секций в единый агрегат.

ГОСТ 27590-2005 требует, чтобы теплообменные блоки-секции, соединительные калачи и переходы соответствовали показателям, приведенным в р. 3 «Типы, основные размеры и размеры» - табл. 1 и 2, рис. 1-11.

Количество секций-модулей в водо-водяном подогревателе определяется в соответствии с требуемой теплопроизводительностью подогревателя.

На рис. ниже приведен чертеж конструкции двухсекционного подогревателя, поясняющий компоновку элементов при сборке ВВП:

• поз. 1 – секция разъемная типа РГ (с гладкими теплообменными трубками);
• поз. 2 – соединительный калач, соединяющий кожухи секций;
• поз. 3 – конический переход, используемый для монтажного присоединения корпуса ВВП к трубам, по которым подается горячий теплоноситель от внешнего теплоисточника;
• поз. 4 – крепежные детали для разъемных фланцевых соединений.

Особенности конструкции кожухотрубных секций для ВВП

Каждая секция является неразборным бойлером длиной 2 или 4 метра, состоящим из следующих основных частей (см. рис. ниже):

1. Стального корпуса, в обиходе называемого кожухом, внутри которого размещаются теплообменные трубки. ГОСТ допускает изготовление кожухов из бесшовных стальных труб диаметром от 57 до 530 мм. По согласованию с заказчиком кожух может изготавливаться с компенсатором теплового расширения либо без него.
2. Теплообменных трубок диаметром 16 х1,0 мм из латуни или нержавеющей стали, собираемых в трубную систему. Количество трубок может достигать 151-211 шт. Поверхность трубок может быть гладкой или профилированной. Для дистанционирования трубок в трубной системе используются перегородки (на рис. не показаны). Их располагают внутри кожуха равномерно по длине секции с угловым смещением относительно соседних перегородок на 60 градусов.
3. Трубных досок, в которые завальцовываются концы теплообменных трубок.
4. Штуцеров для входа и выхода теплоносителя. В зависимости от выбранного способа соединения секций между собой по межтрубному пространству штуцеры могут оснащаться фланцами (показаны на рис.) либо оставаться гладкими (под сварное соединение).

Принцип работы кожухотрубных ВВП

По принципу работы ВВП относятся к рекуперативным теплообменникам типа «труба в трубе», представляющих собой корпус-кожух, внутри которого размещены одна или несколько труб меньшего диаметра. Горячий и холодный теплоноситель движутся в межтрубном пространстве и в трубках без перемешивания. Теплообмен осуществляется через теплопроводящие стенки за счет разности температур.

На рис. ниже приведен чертеж четырехсекционного ВВП без компенсаторов на корпусе с фланцевым соединением патрубков входа/выхода воды из межтрубного пространства:

• поз. 1 – переходник;
• поз. 2 – секция;
• поз. 3 – калач;
• А – вход нагреваемой воды;
• Б – выход нагреваемой воды;
• В – вход греющей воды;
• Г – выход греющей воды.

Для кожухотрубных секций теплообмен «труба в трубе» технически реализуется следующим образом.

1. Через вход А подается поток ХОЛОДНОЙ нагреваемой воды, который перемещается по теплообменным трубкам.
2. Через вход В подается ГОРЯЧАЯ греющая вода, которая движется в межтрубном пространстве.
3. Греющая вода проходит по всей длине секции, омывая снаружи теплообменные трубки, внутри которых протекает холодная вода В ПРОТИВОПОЛОЖНОМ направлении.
4. Из секции в секцию греющий теплоноситель перетекает из межтрубного пространства по штуцерам входа/выхода греющей воды, а нагреваемый теплоноситель поступает в следующую секцию по соединительным калачам.
5. Через выход Б вода, перемещаемая по трубкам, уже в нагретом состоянии уходит пользователю в систему ГВС или отопления.
6. Через выход Г уже остывшая греющая вода удаляется из подогревателя в систему внешнего теплоисточника (ТЭЦ или котельная).

Особенности теплообмена в кожухотрубной секции

Теплообмен типа «труба в трубе» в кожухотрубной секции отличается следующими особенностями:

• потоки теплоносителей движутся в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями в пределах 0,5-1,0 м/с, что позволяет добиваться максимальной эффективности теплообмена по всей длине секций;
• трубки, образующие трубную систему, расположены предельно близко друг к другу, что с определенной точностью компенсирует разницу общей суммы диаметров трубок и площади сечения межтрубного пространства и выравнивает скорости потоков теплоносителей;
• благодаря противоточному движению потоков отсутствуют тепловые деформации теплообменных элементов, поэтому нет необходимости предусматривать температурные компенсаторы компонентов конструкции.

Это важно!

1. При эксплуатации ВВП в системах ГВС нагреваемую воду запускают по теплообменным трубкам, а греющий водяной теплоноситель – в межтрубном пространстве кожуха.
2. Для работы ВВП в системах отопления греющий водяной теплоноситель пропускают по теплообменным трубкам, а нагреваемую воду – по межтрубному пространству.

Обозначения водо-водяных подогревателей в соответствии с ГОСТ 27590-2005

Практика эксплуатации водо-водяных подогревателей насчитывает несколько десятилетий. В обиходе теплообменники этой конструкции «обросли» многочисленными вариантами своего названия – ПВ, ПВВ, ВВП, кожухи, ВВ-подогреватели и т.п. Однако при оформлении документации или заказе водоподогревающего оборудования следует придерживаться обозначений, предписанных соответствующими стандартами. Для водо-водяных подогревателей руководящим документом является уже упомянутый выше ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные…»

Согласно п.3.4 структурная схема условного обозначения выглядит следующим образом:

При указании типа теплообменных труб используется буква «Г» - для гладких труб, а для трубок с профильной поверхностью – буква «П» (п.3.3).

Примеры условных обозначений (использованы из ГОСТа):

• ПВ1 219×4 - Г - 1,6 - 5 - УЗ ГОСТ 27590-2005 – для подогревателя, составленного пятью секциями типа ПВ1 (см. табл. 2) наружного диаметра кожуха 219 мм. Длина секции составляет 4 м, кожухи изготовлены без компенсаторов. Трубная система – из гладких трубок. Подогреватель рассчитан на условное давление 1,6 МПа, выполнен в климатическом исполнении У категории 3;
• если же подогреватель вышеуказанных данных оснащен профилированными трубками и компенсаторами на кожухе, рассчитан на давление 1,0 МПа, выполнен в климатическом исполнении ТС категории 4, то его обозначение выглядит следующим образом:

  ПВ1К 219×4 - П - 1,0 - 5-ТС4 ГОСТ 27590-2005

Заключение

Кожухотрубные водо-водяные подогреватели широко используются на тепловых пунктах и зарекомендовали себя в качестве надежного теплообменного оборудования. Кожухотрубная конструкция способна адаптироваться к различным условиям эксплуатации и тепловых нагрузок, поэтому очень популярны в гражданском и частном домостроении.