Современные технологии ремонта сетевого подогревателя

Опыт повышения тепловой эффективности вертикальных подогревателей сетевой воды при их реконструкции

К.т.н. К.В. Пермяков, заведующий сектором,
ОАО «НПО ЦКТИ», г. Санкт-Петербург

Введение

Для подогрева сетевой воды конденсирующимся паром от котельных или отборов турбин ТЭЦ и ГРЭС в системах централизованного теплоснабжения широко применяют вертикальные аппараты (бойлеры) типов БО, БП, БПу и ПСВ. Все они были спроектированы более 60 лет назад по единой конструктивной схеме, которая до настоящего времени не претерпела принципиальных изменений [1, 2]. Последним официальным нормативным документом, регламентировавшим их выпуск, был ОСТ 108.271.101-76 [3].

Подогреватели типа ПСВ продолжают выпускаться и в настоящее время. В состав каждого подогревателя входит верхняя съемная водяная камера, корпус, трубная система, малая («плавающая») водяная камера [2, 4]. Трубные пучки набирают чаще всего из прямых гладких латунных труб. Концы труб закреплены в большой и малой трубных досках путем развальцовки.

Конструктивные и эксплуатационные недостатки подогревателей типа ПСВ рассматриваются в различных публикациях 9. Показатели тепловой эффективности таких аппаратов не соответствуют современному техническому уровню. На рис. 1 в качестве примера приведена полученная НПО ЦКТИ опытная зависимость величины недогрева δt=t_s-t_в«, где t_s — температура насыщения греющего пара при давлении его на входе в подогреватель; t_в« — температура сетевой воды за подогревателем) для подогревателя ПСВ 500-14-23, эксплуатируемого на Прибалтийской ГРЭС (для обеспечения теплоснабжения эстонского города Нарвы), от его тепловой мощности (кривая 1) [11].

Из рисунка видно, что фактические значения этого параметра при близких к номинальной тепловых мощностях в 4-5 раз превышают его нормативное значение. Обследования показали, что на некоторых объектах подогреватели этой серии эксплуатируются с недогревами, достигающими 25-30 О С и более [12]. Эксплуатация таких подогревателей приводит к значительным пережогам топлива и соответствующему повышению тарифов на тепловую энергию. Однако они еще долго будут эксплуатироваться, поскольку оперативная их замена более совершенными подогревателями, удовлетворяющими современным техническим требованиям, в настоящее время часто невозможна из-за довольно высокой их стоимости. Это обусловливает острую необходимость радикального повышения тепловой эффективности сохраняемых в эксплуатации подогревателей сетевой воды ранних выпусков за счет недорогой реконструкции, осуществляемой на объектах их эксплуатации. Несколько способов такой реконструкции были разработаны в НПО ЦКТИ и проверены на практике. Рассмотрим некоторые из них.

Применение профильно-витых труб

Специалистами УГТУ-УПИ (ныне УрФУ) и НПО ЦКТИ была выполнена широкая программа работ по исследованию эффективности применения в энергетическом теплообменном оборудовании поверхностей теплообмена из профильно-витых труб (ПВТ) вместо гладких [4, 13]. Эти работы подтвердили перспективность данного метода для существенного улучшения технико-экономических характеристик рассматриваемого оборудования.

При капитальном ремонте подогревателя ПСВ 500-14-23 на Прибалтийской ГРЭС в его трубной системе была осуществлена замена гладких теплообменных труб на ПВТ. Накатанные винтовые канавки на поверхности латунных труб наружным диаметром 19 мм и толщиной стенки 1 мм имели глубину 0,8-1,2 мм, шаг между ними — 8-12 мм. Других изменений в трубную систему при этом не вносили. Последующие испытания подтвердили, что достигнуто близкое к двукратному снижение величины недогрева в данном аппарате [11] (кривая 2 на рис. 1). На рис. 2 приведены зависимости коэффициентов теплопередачи от расходов сетевой воды, полученные при испытаниях. В варианте с трубной системой из ПВТ значения этого коэффициента на 25-30% выше, чем в серийных подогревателях с поверхностями нагрева из гладких труб. Результаты соответствуют данным, полученным ранее специалистами УрФУ [3, 4]. Серийное производство ПВТ такого типа освоено на заводе по обработке цветных металлов в г. Ревде (Свердловская обл.).

Данный метод повышения тепловой эффективности вертикальных подогревателей сетевой воды ранних выпусков легко осуществим в период их ремонтов (с перенабивкой трубных пучков) непосредственно на объекте. При такой замене концы ПВТ остаются гладкими и закрепляются в трубных досках также путем развальцовки. После проведения соответствующей ревизии часто удается сохранить для последующей эксплуатации водяные камеры и корпуса подогревателей. Для этого целесообразно на внутренние поверхности водяных камер, перегородки в них и поверхности трубных решеток со стороны воды нанести антикоррозионное покрытие.

Новая схема движения потоков пара, его конденсата и паровоздушной смеси

Ранее в НПО ЦКТИ была разработана новая схема движения потоков пара, его конденсата и паровоздушной смеси в межтрубном пространстве вертикальных пароводяных подогревателей. Ее предварительно опробовали при модернизации подогревателей сетевой воды типа ПСВ-200у, установленных в Юго-Восточной котельной г. Выборга (Ленинградская обл.), а затем применили в новой серии вертикальных подогревателей сетевой воды типа ПСВК, разработанных в НПО ЦКТИ. На рис. 3а для сравнения приведена схема, применяемая в серийных подогревателях, например, ПСВ-315-14-23.

Основные особенности новой схемы (рис. 3б):

■ наличие системы сбора и непрерывного отвода из зон конденсации конденсата пара и воздуха (паровоздушной смеси);

■ на входе пара в трубный пучок создан вертикальный раздающий коллектор, способствующий выравниванию скоростей пара по длине теплообменных труб, а за пучком — аналогичный коллектор сбора поступающей из зон конденсации паровоздушной смеси (из последнего она отводится через соответствующий патрубок на корпусе подогревателя);

■ схема движения пара через трубный пучок — однопроходная, при которой сохраняется преимущественно поперечное наружное омывание паром теплообменных труб и уменьшается (по сравнению со схемой многоходового движения пара через пучок, принятой в аппаратах ранних выпусков) гидравлическое сопротивление по пару межтрубного пространства реконструированного или нового аппарата.

При реконструкции сохраняемых в эксплуатации подогревателей типов БО, БП, БПу и ПСВ ранних выпусков эта схема может быть реализована в полном объеме также в ходе их капитальных ремонтов непосредственно на объектах, при которых осуществляется замена труб в пучке, опорных перегородок и анкерных связей в нем. Такая реконструкция узла теплоснабжения в Юго-Восточной котельной г. Выборга по проекту НПО ЦКТИ была проведена в 1995 г. По первоначальному проекту в ней были установлены три паровых котла ДЕ-25-14 и два вертикальных подогревателя сетевой воды типа ПСВ-200у. Из-за низкой тепловой эффективности данных аппаратов использовался пар только от двух котлов, хотя была острая необходимость повышения отпускаемой котельной тепловой мощности. После модернизации подогревателей ПСВ-200у, осуществленной ремонтным персоналом «Выборгтеплоэнерго» на площадке данной котельной с использованием некоторых элементов, изготовленных НПО ЦКТИ (перегородок, анкерных связей трубного пучка и др.), отпуск тепловой энергии потребителям увеличился на 40%, и в работу были включены все три котла [12]. Если бы в ходе этой реконструкции гладкие трубы в подогревателях заменили на ПВТ или «олуненные» трубы [14, 15], тепловая мощность котельной дополнительно возросла бы еще на 25-30%.

Повышение тепловой мощности подогревателей без замены теплообменных труб

Тепловая мощность вертикальных подогревателей сетевой воды может быть также ощутимо повышена и в тех случаях, когда при их ремонтах или ревизиях не осуществляется замена теплообменных труб. Для этих случаев разработана документация на несколько вариантов такой реконструкции, в результате осуществления которой удается приблизить принципиальную конструктивную схему подогревателя к показанной на рис. 3а. Но поскольку при этом разборка трубного пучка не выполняется, системы сбора и отвода конденсата греющего пара с поверхности теплообменных труб, сбора и удаления из межтрубного пространства неконденсирующихся газов удается только частично воспроизвести по указанной схеме, однако и такая реконструкция дает значительный экономический эффект.

В табл. 1 в качестве примера приведены данные о величинах недогрева в подогревателе ПСВ- 315-14-23, установленном на ГРЭС-8 «Ленэнерго» (г Кировск Ленинградской обл.), зафиксированных ее службой эксплуатации до и после модернизации, в ходе которой трубный пучок разборке не подвергался и сохранились без каких-либо изменений узлы корпуса и водяных камер подогревателя. Эти данные показывают, что даже при «усеченном» варианте реконструкции подогревателя было достигнуто практически двукратное снижение величины недогрева по отношению к ее значению для аппарата в традиционном заводском исполнении. Затраты на такую модернизацию окупаются уже в первый отопительный сезон.

Таблица 1. Данные о величине недогрева в подогревателе ПСВ-315-14-23.

Сравнение вариантов реконструкции

Варианты реконструкции вертикальных сетевых подогревателей типов БО, БП, БПу и ПСВ могут быть без затруднений осуществлены практически в любой котельной и на ТЭЦ.

На вновь сооружаемых или капитально реконструируемых (с заменой устаревшего оборудования) объектах теплоснабжения применение вертикальных подогревателей этих типов, базирующихся на устаревших конструктивных решениях, должно быть прекращено. Вместо них рекомендуются аппараты типа ПСВК по ТУ 4933-049-05762252-2003 [6]. Их тепловая эффективность даже при поверхности теплообмена из гладких труб превышает соответствующие показатели серийных аппаратов на 25-30%, а при варианте из ПВТ или «олуненных» труб [14, 15] — на 45-50%. Габаритные и присоединительные размеры рекомендуемых подогревателей близки к тем, которые имеются у соответствующих заменяемых аппаратов. Необходимо еще раз отметить, что конструкция подогревателей типа ПСВК позволяет выполнять все необходимые в ходе их эксплуатации операции (очистку внутренней поверхности теплообменных труб, подвальцовку их концов в трубных решетках, глушение поврежденных труб или их замену) без выемки трубной системы из корпуса. В серийных подогревателях такой возможности нет.

В табл. 2 дана приближенная оценка эффективности вариантов реконструкции сохраняемых в эксплуатации вертикальных подогревателей сетевой воды или их замены. Наименее затратны варианты № 1 и 2. Наиболее эффективный и одновременно самый дорогостоящий — вариант № 5 , по которому осуществляется полная замена устаревших подогревателей новыми типа ПСВК. Вариант реконструкции намечаемых к дальнейшему использованию подогревателей ранних выпусков для каждого объекта выбирается индивидуально с учетом имеющихся технических и финансовых возможностей.

Таблица 2. Приближенная оценка эффективности вариантов реконструкции сохраняемых в эксплуатации вертикальных подогревателей сетевой воды или их замены.

варианта Техническая характеристика варианта реконструкции Повышение эффективности реконструированного подогревателя по отношению к серийному, % Тип модернизированного подогревателя и объект проведения и испытаний 1 Трубный пучок сохранется; трубная система преобразуется в одноходовую на пару; вводятся дополнительные элементы, обеспечивающие частичный сбор и отвод конденсата и паровоздушной смеси из зон конденсации пара. 12-15 ПСВ-315-14-23 (2 шт.), ГРЭС-8 «Ленэнерго» 2 Полная разборка пучка, замена изношенных труб новыми гладкими, замена перегородок и анкерных связей; введение систем сбора и отвода конденсата пара и паровоздушной смеси из зон конденсации; переход на однопроходную схему движения пара через пучок (см. рис. 3). 20-25 ПСВ-200у (2 шт.), Юго-Восточная котельная (г. Выборг); ПСВК-12-1,0-1,0, ФГУП «Салют» (г. Москва); ПСВК-110-1,0-1,6, ОАО « Краснодартеплосеть»

(г. Краснодар) 3 Сохранение исходного каркаса трубной системы и схемы движения пара через пучок; замена гладких теплообменных труб на профильно-витые или «олуненные» 25-30 ПСВ-500-14-23, Прибалтийская ГРЭС 4 Сохранение (по возможности) трубных досок, полная замена изношенных гладких труб на профильно-витые или «олуненные»; движение пара, конденсата и паровоздушной смеси осуществляется по схеме рис. За. 40-45 Расчетная оценка на основе исследований НПО ЦКТИ и УГТУ-УПИ (УрФУ) 5 Замена серийных подогревателей БО, БП, БПу, ПСВ аппаратами типа ПСВК с поверхностью теплообмена из профильно-витых или «олуненных» труб. 45-50 Расчетная оценка на основе исследований НПО ЦКТИ и УГТУ-УПИ (УрФУ)

Для ускорения решения проблемы повышения тепловой экономичности отечественных систем теплоснабжения представляется необходимым использовать два пути:

■ модернизацию входящего в них теплопередающего оборудования на базе эффективных отечественных разработок;

■ замену новым отечественным оборудованием той части его парка, реконструкция которой экономически нецелесообразна.

Выводы

1. В отечественных системах централизованного теплоснабжения, на ТЭЦ и в тепловых центрах эксплуатируется много устаревших вертикальных пароводяных подогревателей сетевой воды (типов БО, БП, БПу и ПСВ). Практически по всем показателям (экономическим, эксплуатационным, ремонтопригодности и надежности) они не соответствуют современному техническому уровню. Это ощутимо ухудшает показатели эффективности и надежности систем, в которых они эксплуатируются. Требующаяся оперативная их замена разработанными в последнее десятилетие более совершенными аппаратами в подавляющем большинстве случаев неосуществима, т.к. связана со значительными капитальными затратами, поэтому много устаревших подогревателей еще довольно долго будет находиться в эксплуатации.

2. Разработанные и проверенные на ряде объектов варианты эффективной модернизации таких подогревателей не требуют больших затрат и могут быть реализованы непосредственно на объектах эксплуатации в основном силами ремонтного персонала.

Литература

1. Теплообменное оборудование для промышленных энергоустановок и систем теплоснабжения. Промышленный каталог 04-04. М.: ФГУП ВНИИАМ, НПО ЦКТИ, 2004.

2. Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Отраслевой каталог20-89-09. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1989.

3. ОСТ 108.271.101 -76. Подогреватели сетевой воды для тепловых электростанций, отопительно-производственных и отопительных котельных.

4. Бродов Ю.М., Аронсон К.Э., Блинков С.Н. и др. Теплообменники энергетических установок. Екатеринбург: УГТУ- УПИ, 2008.

5. Пермяков К.В. Разработка и внедрение кожухотрубных водо-водяных и пароводяных подогревателей повышенной эффективности для систем теплоснабжения: Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. М., 2003.

6. Пермяков К.В., Кошелев С.М., Пермяков В.А. Новые вертикальные подогреватели сетевой воды типа ПСВК для котельных, ТЭЦ и промышленных энергоустановок // Промышленная энергетика. 2003. № 12.

7. Пермяков В.А., Пермяков К.В., Боровков В.М., Кошелев С.М. Отечественные кожухотрубные подогреватели нового поколения для технического перевооружения систем теплоснабжения // Промышленная энергетика. 2004. № 11.

8. Пермяков В.А., Пермяков К.В. Кожухотрубные аппараты нового поколения для тепловодоснабжения. СПб.: ПЭИПК, 2010.

9. Пермяков В.А., Пермяков К.В., Бродов Ю.М., Валиулин С.Н. Кожухотрубные подогреватели для систем тепловодоснабжения и ТЭС// Электрические станции. 2010. № 8.

10. РТМ 108.271.23-84. Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого давления. Л.: НПО ЦКТИ, 1987.

11. Результаты испытаний головного образца подогревателя сетевой воды типа ПСВ-500-14-23 с поверхностью теплообмена из профильно-витых труб / В.А. Пермяков,

A.Ю. Рябчиков, П.А.Лыгин и др. Тр. ЦКТИ, 1994, вып. 277.

12. Пермяков В.А., Пермяков К.В., Тихонов В.А., Шаренков B.А. Опыт реконструкции системы подогрева сетевой воды котельной // Промышленная энергетика. 1999. № 1.

13. Сафонов Л.П., Пермяков В.А., Ратнер Ф.3., Бродов Ю.М. Внедрение профильных труб в теплообменные аппараты паровых турбин // Энергомашиностроение. 1987. № 7.

14. Балунов Б.Ф., Готовский М.А., Пермяков В.А. и др. Исследование теплогидравлических характеристик кожухотрубного водоподогревателя с интенсификацией теплообмена путем использования теплообменных труб с лунками // Теплоэнергетика. 2008. № 1.

Источник