При этом проблема состояла в том, что не удавалось найти решения, каким образом старые громоздкие кожухотрубные аппараты убрать из помещения. Условия конвертации

Даже специалист с трудом отличит кожухотрубные теплообменники нового поколения от обычных трубопроводов холодной и горячей воды. Эти аппараты-«невидимки» не только экономят площадь теплопункта, но и снижают затраты на его обслуживание Несколько лет назад в ивано-франковской гостинице «Украина» потребовалось установить новые теплообменники для горячего водоснабжения взамен вышедших из строя. При этом проблема состояла в том, что не удавалось найти решения, каким образом старые громоздкие кожухотрубные аппараты убрать из помещения. Каждый из них был длиной более 4 м, диаметром более 0,3 м и весил несколько центнеров, а подвальное помещение, где они были установлены, находилось под центральным холлом гостиницы. Предлагалось два, на первый взгляд, очевидных решения. Первое — пробить под углом отверстие в стене здания и вытащить через него аппараты. Второе — разрезать теплообменники на части, которые можно было бы вынести наружу через имеющиеся дверные проемы и проходы.

Однако анализ этих вариантов показал, что каждый из них очень трудоемок, сложен в исполнении и неудобен для продолжающей работать гостиницы. В этом, казалось, безвыходном положении на выручку пришли новые кожухотрубные миниатюрные аппараты. Благодаря их применению был реализован третий, неожиданный вариант: старые аппараты оставили на своих местах, а необходимые по тепловой мощности новые теплообменники установили рядом с ними. Причем в проходе осталось пространство, достаточное для того, чтобы в нем можно было проводить работы по техническому обслуживанию системы отопления. Отметим, что в имеющемся в распоряжении теплотехников пространстве не помещалась ни одна из самых малогабаритных конструкций пластинчатых теплообменных аппаратов (ТОА), которые в последние годы пришли на смену традиционным кожухотрубным устройствам, почти столетие царствовавшим в системах водяного отопления. Преимущества пластинчатых ТОА перед старыми моделями кожухотрубных теплообменников общеизвестны (последние в десятки раз крупнее и тяжелее). С новым же поколением кожухотрубных аппаратов пластинчатые конструкции не могут конкурировать столь успешно. Вода греет воду Основными элементами пластинчатых аппаратов, через которые осуществляется передача тепла от потока горячей воды в контур отопления, являются тонкие листы, обычно из нержавеющей стали. Выштампованные в них канавки различного поперечного сечения при сборке пластин в пакеты образуют две разветвленные сети трубопроводов, по одной из которых циркулирует горячая вода, а по другой — холодная.

Такие теплообменники бывают разборными и неразборными. На эту конструктивную особенность аппаратов очень важно обращать внимание при оценке их характеристик, так как довольно часто в рекламных материалах приходится сталкиваться со смешением понятий, когда под словами «пластинчатый теплообменник» понимается некий гибрид, имеющий набор свойств, полученный как бы выгодным сложением таблиц свойств этих двух разновидностей. При этом в итоговой таблице сохраняются только достоинства обоих типов ТОА, а недостатки умалчиваются. Однако устройства, обладающего таким комплексом характеристик, не существует. Конструкции новых аппаратов, разработанных и выпускаемых севастопольским предприятием «Теплообмен» (его директор Виталий Барон предоставил редакции «ДиТ» материалы, которые использованы в нашей статье), в принципе такие же, что и у традиционных кожухотрубных ТОА. Они представляют собой пучок труб, которые соединены с входным и выходным фланцами, закрепленными на кожухе (он также с двух сторон заканчивается фланцами). Однако существует ряд отличий, совокупность которых позволяет до такой степени миниатюризировать конструкцию, что поперечное сечение аппарата сравнялось с диаметром трубопроводов обвязки.

При этом, благодаря малой толщине стенок трубок, резко увеличилась интенсивность теплообмена. Подчеркивая эти конструктивные и эксплуатационные особенности, разработчики назвали свое детище ТТАИ — тонкостенный теплообменный аппарат интенсифицированный. Простая конструкция, которую нелегко повторить Возникает вполне очевидный вопрос: «Почему раньше конструкторы кожухотрубных ТОА не могли уменьшить толщину стенок трубок?» — Потому что она определяется не только рабочим давлением воды в контуре, но и рядом технологических ограничений. Тогда наступает очередь второго вопроса: «Каким образом изобретатели ТТАИ смогли обойти эти ограничения?» — Ответ на этот вопрос не разглашается, так как он относится к разряду ноу-хау, которое разработчики не обязаны обнародовать. Недавняя история с попыткой некоей фирмы скопировать запатентованное конструкторское решение показала, что скрупулезное воспроизведение всех элементов и их соединений в устройстве — очень зыбкая база для продвижения на рынке ворованного продукта: все установленные в коммунальном хозяйстве «слизанные» ТТАИ (а было их сотни) едва дожили до конца своего первого отопительного сезона.

Отремонтировать их было невозможно, так что на следующий год тепловикам пришлось устанавливать новые ТОА. Еще совсем недавно, в начале 90-х годов, в ответ на предложение применить компактные ТОА можно было услышать «резонный» ответ: «А что нам даст минимизация массогабаритных характеристик теплообменника? У нас места в теплопунктах много».

Сегодня уже практически никому не требуется объяснять, какие возможности предоставляет уменьшение объемов и веса ТОА. В рыночных условиях, когда каждый квадратный метр помещения, особенно расположенного в центральной части крупных городов, ценится на вес золота, площади, высвобожденные за счет применения легких малоразмерных теплообменников, из разряда вспомогательных (а значит, затратных) переходят в основные, на которых зарабатываются деньги. Теплопередача в одномерном пространстве Вес и габариты аппарата, безусловно, важные характеристики и при монтаже, и при эксплуатации. Но, пожалуй, не меньшее значение имеет удобство компоновки ТОА на объекте. В этом пластинчатые аппараты и ТТАИ принципиально отличаются. О пластинчатых конструкциях говорят, что они очень компактны. Но какой смысл вкладывается в эти слова? Действительно, они имеют вид большого или малого параллелепипеда и, на первый взгляд, удачнее вписываются на объекте. Однако это далеко не всегда так.

Точнее, всегда так, если проектант относится к ТТАИ так, как привыкли относиться к устаревшим кожухотрубным аппаратам. Если же воспринимать ТТАИ не как элемент оборудования, а как часть трубопровода, то картина может поменяться на противоположную. Действительно, размещая ТТАИ по старинке, как элемент оборудования где-то в центре теплопункта, необходимо закрепить его на специально установленных фундаментах, да еще предусмотреть пространство выема (очистки), как полагалось для устаревших кожухотрубных аппаратов.

При этом проигрыш перед пластинчатыми аппаратами будет очевиден. Но если учесть очень малый вес ТТАИ (погонный метр длины аппарата весит меньше погонного метра металлических трубопроводов, обвязывающих теплообменник), возможности его работы в любом пространственном положении (горизонтально, вертикально, под углом), его псевдоодномерность (аппараты как бы имеют один размер — длину, так как их диаметр практически неотличим от диаметра трубопроводов), то преимущества будут, безусловно, на стороне ТТАИ. Ведь этим аппаратам не требуются не только фундаменты для установки крепления, но и путевые опоры, применяемые для крепления трубопроводов. ТТАИ крепятся за счет жесткости подводящих и отводящих трубопроводов. По этой же причине для них не требуется выделения пространства, необходимого для проведения очистки, так как они настолько легки, что нет никакого смысла обслуживать их или ремонтировать на месте установки в теплопункте. Самый тяжелый аппарат весит около 50 кг, что позволяет легко демонтировать его силами двух рабочих и переместить в мастерскую для выполнения необходимых работ. Элемент дизайна помещения Так как ТТАИ имеют практически такие же диаметры, что и трубопроводы системы, его обычно размещают в пучке труб и теплоизолируют теми же материалами, что и трубопроводы, одновременно с ними.

В итоге теплообменники визуально как бы исчезают из помещения, а в сплетении труб появляется еще один отрезок. Грамотный учет и использование этих особенностей позволяет в пределе прийти к тому, что аппарат не занимает на объекте места в плане вообще, что в принципе является недостижимым для пластинчатых ТОА. В частности, такие одномерные теплообменники могут монтироваться на стенах (как полотенцесушители в ванных комнатах), в том числе и на ненесущих ограждениях. А так как по стенам, как правило, все равно проложены трубы, то появление еще одной не изменяет планировку помещения. Например, на одном из объектов аппарат расположен над проемом входной двери, как карниз для гардин. Более компактное оборудование трудно себе представить. Кстати, эти свойства ТТАИ уже обеспечили функционирование одного ночного клуба, нескольких слесарных мастерских и бытовок, появившихся на освободившихся площадях только благодаря замене устаревших конструкций аппаратов на ТТАИ. Два решения одной задачи Два теплообменника ТТАИ, необходимые для решения поставленной теплотехнической задачи, более чем в 10 раз легче разборного пластинчатого теплообменника, который обеспечивает такие же характеристики теплопередачи Параметры нагреваемой воды Массо-габаритые характеристики теплообменников Расход, м3/ч Температура на входе, °С Гидросопротивление, МПа Кол-во, штук Габаритный объем одного аппарата, м3 Масса одного аппарата, кг 174 5 0,1 ТТАИ 2 0,06 (0,17x0,17x2,0) 27 Пластинчатый 1 0,71 (1,54x0,41x1,13) 587 Скупой платит дважды После анализа характеристик, которые первыми буквально бросаются в глаза проектировщикам систем отопления и потребителям тепла (габаритов и удобства компоновки теплообменников), заказчики обычно обращают внимание на стоимость аппаратов и работ по их монтажу. Отметим, что при этом не стоит забывать, что в угоду минимизации цены может быть принято решение, заведомо проигрышное по техническим характеристикам (например, по ресурсным показателям) и поэтому в целом неудачное.

В таком случае экономия при покупке быстро перекроется затратами на эксплуатацию, а требующий постоянного «лечения» аппарат, скорее всего, придется заменить (как тут не вспомнить пословицу «Скупой платит дважды»). Самый оптимальный подход к поиску ТОА с приемлемой ценой состоит в том, что прежде всего нужно составить перечень предлагаемых на рынке аппаратов с сопоставимыми теплогидродинамическими характеристиками (в пределах заданных требований). А затем, учитывая их габариты и удобство компоновки на объекте (эти показатели также должны быть установлены проектировщиком отопительной системы заранее), выбрать среди них тот, который имеет минимальную цену. Наш опыт свидетельствует, что при решении большинства задач ТТАИ оказываются примерно в два раза дешевле разборных пластинчатых ТОА и близки по цене к неразборным, оставаясь все же несколько дешевле.

Но . мы считаем, что корректным является сравнение именно с разборными пластинчатыми аппаратами, так как теплообменники ТТАИ разборные. В чем соперники равны? Для получения максимально объективной картины возможностей различных типов ТОА (а в ней, безусловно, заинтересован каждый потенциальный пользователь) необходимо сравнение аппаратов еще по нескольким важным при эксплуатации показателям. Особое место среди них принадлежит комплексу характеристик надежности, кратко определяемому как ресурс работы. Это понятие включает в себя гарантийный срок службы, время до заводского ремонта, до списания, наработки на отказ. Поскольку при изготовлении теплообменников всех типов используются материалы со стандартизированными свойствами, пластинчатые ТОА и ТТАИ имеют одинаковые показатели надежности (при условии выполнения инструкций по монтажу и соблюдения правил эксплуатации аппаратов).

Отметим, что и по еще одному параметру — гидравлическому сопротивлению (оно определяет величину мощности насосов, необходимую для прокачки теплоносителей) пластинчатые аппараты и ТТАИ также находятся примерно на одном уровне, уступая, как правило, устаревшим кожухотрубным теплообменникам. Это, пожалуй, единственное преимущество устаревших кожухотрубных аппаратов, которое, однако, не является долговечным, так как их теплопередающие поверхности более склонны к образованию на них всевозможных отложений, чем теплопередающие поверхности пластинчатых аппаратов и ТТАИ. Впрочем, этот проигрыш не столь значителен, и гидродинамические характеристики современных аппаратов хорошо согласуются с характеристиками сетей, в которых они устанавливаются. За рубежом альтернативы нет. В Украине — есть В тех случаях, когда ТОА приходится устанавливать в тесных помещениях и труднодоступных местах, где применение грузоподъемных средств является проблематичным, особенно возрастает значимость таких показателей, как удобство монтажа и обслуживания аппарата. Именно в таких условиях в последнее время располагаются теплообменники по трем основным причинам. Во-первых, владельцы помещений теплопунктов стараются сэкономить побольше полезной площади для использования ее, например, под склады или мастерские. Во-вторых, не всегда возможно демонтировать исчерпавшие свой ресурс аппараты, установленные в подвальных помещениях несколько десятилетий назад. И значит, приходится принимать решение об установке новых ТОА рядом со старыми теплообменниками.

А это не такая простая задача, как кажется на первый взгляд. Третья причина заключается в том, что в последнее время в Украине нарастает тенденция перехода к принятой во всем мире идеологии оснащения зданий, в том числе и ранее построенных, индивидуальными тепло-пунктами, которые должны располагаться в самом здании. При этом проектировщики систем отопления практически единодушны в мнении, что в этом случае наиболее удобным вариантом является поставка тепло-пункта в состоянии полной заводской готовности. Сегодня индивидуальные тепло-пункты почти повсеместно собирают на основе пластинчатых аппаратов (к сожалению, иногда неразборных, что может создать в дальнейшем немалые проблемы при их обслуживании), которые располагаются в центре монтажной рамы, а все остальное оборудование крепится вокруг ТОА. Если считать, что других современных теплообменников, кроме пластинчатых, не существует (за рубежом это действительно так), то этот подход был бы у нас оправдан. Однако в нашей стране есть альтернатива — ТТАИ.

И их применение позволяет самым радикальным образом уменьшить габариты индивидуального теплопункта, а значит и требования к размерам помещения, где он будет установлен, упростить обслуживание аппарата, т. е. снизить эксплуатационные издержки. В этом варианте теплообменник не монтируется непосредственно на раме, а располагается поблизости как элемент трубопровода. И это еще не все. Использование ТТАИ при создании индивидуальных теплопунктов позволило прийти к совершенно новому конструкторскому решению, названному нами «планшетные теплопункты». В этом случае теплопункт, как достаточно заметное в помещении сооружение, вообще не требует места для своего размещения, а оказывается как бы распределенным по стене. Очевидно, что никакой пластинчатый (и тем более разборный) теплообменник не способен обеспечить возможность создания таких теплопунктов, так как при подобном решении пришлось бы подыскивать более подходящее, а значит и более ценное помещение. Очевидно, что удобство монтажа в значительной мере предопределяет и удобство обслуживания. Хотя в принципе все современные теплообменные аппараты по этому показателю находятся на одном уровне: правильно смонтированный и эксплуатируемый ТОА по большому счету вообще не требует периодического обслуживания.

Он требует мониторинга своего состояния и только по объективным показателям, вытекающим из анализа его данных, может приниматься решение о необходимости ремонта теплообменника или его технического обслуживания (например, химической отмывки теплопередающих поверхностей). Но если такое решение все же принято, работы с ТТАИ потребуют значительно меньших трудозатрат, и следовательно, более низкой оплаты. Чистота — залог долголетия Теплообменные аппараты, как и любые другие объекты техники, в течение срока службы могут потребовать ремонта. При этом, конечно, желательно, чтобы необходимость в нем возникала как можно реже и чтобы это был как можно менее сложный ремонт. Но это уже область, на которую распространяется действие другого критерия, — «ресурсные показатели». И если не учесть ремонтопригодность, тем более совместно с особенностями наших систем и навыков обслуживания теплоэнергетического оборудования, то можно принять экономически неоправданное решение. Действительно, если ремонт и восстановление работоспособности аппарата вообще невозможны или требуют значительных временных и финансовых затрат, то в итоге может оказаться, что приведенные затраты изначально более дешевого ТОА окажутся значительно большими, чем более дорогого (при покупке) теплообменника. О ремонтопригодности неразборных аппаратов говорить вообще не приходится. Так как эти аппараты неразборны, то осуществить ремонт в случае разрушения какой-либо из пластин не представляется возможным.

Столь же неприемлемы они для работы на не очень чистых средах (а таковыми являются все без исключения ныне существующие в Украине системы коммунального хозяйства и большинство систем промышленных предприятий), так как имеют каналы малого эквивалентного диаметра сложной пространственно-геометрической формы, недоступные не только для механической очистки, но даже для осмотра. Эти аппараты хороши там, где можно ручаться за постоянную чистоту сред и отсутствие нештатных ситуаций, способных привести к разрушению пластин. Поэтому имеет смысл говорить только о сопоставлении ремонтопригодности разборных пластинчатых теплообменников и ТТАИ.

Разобрать — не собрать Когда говорят о достоинствах пластинчатых аппаратов, часто приходится слышать утверждение, что их можно очень легко разобрать. Но при этом возникает вопрос: «А как обстоит дело со сборкой?». Дело в том, что разборные пластинчатые теплообменники действительно просто разбираются, что позволяет выполнить качественную очистку и, при необходимости, замену вышедших из строя пластин. Но вот при обратной операции, сборке аппарата, зачастую возникают существенные проблемы, а именно: теплообменники после сборки подтекают. Устранить этот дефект в аппаратах больших и даже средних типоразмеров без определенных навыков и специального инструмента в затесненных условиях объекта удается далеко не всегда. А если еще выясняется, что в процессе разборки-сборки пострадали резиновые прокладки, то ситуация вообще становится неприглядной, так как оказывается, что стоимость комплекта прокладок довольно сложной конфигурации не ничтожно мала, как можно предположить, а сопоставима с ценой самого аппарата!

В этом плане теплообменники ТТАИ выглядят более привлекательно. Во-первых, они, как уже отмечалось, настолько легки и просты в сборке, что выполнять их более или менее значимое обслуживание, а тем более ремонт на месте, нет смысла: аппарат без проблем доставляется в подготовленное место. Во-вторых, после того, как теплообменник будет отстыкован от подводящих и отводящих трубопроводов, внутренние поверхности всех трубочек становятся доступными для осмотра и механической очистки, например, шомполом. Это, кстати, можно выполнить и на месте. (Правда, в отличие от разборных пластинчатых аппаратов, выполнить механическую очистку от накипных и других трудноудалимых отложений не удается.) Если же есть необходимость осмотреть и очистить межтрубную полость, (т. е. наружные поверхности трубочек), то это легко достигается благодаря тому, что трубный пучок полностью извлекается из корпуса. Для этого требуется только снять с аппарата крышки, уплотняющиеся с помощью двух небольших кольцевых резиновых прокладок. Кроме того, конструкция ТТАИ позволяет легко определить дефектную трубку, если какая-нибудь из них в результате нештатной ситуации вышла из строя, и осуществить ее глушение (но не замену). Проблем с обратной операцией — сборкой, не возникает. Как отмечалось, уплотнение всех разъемных соединении осуществляется с помощью довольно простых резиновых прокладок, которые при необходимости обслуживающий персонал может вырезать из листовой резины самостоятельно.

Разумеется, их можно заказать на предприятии-изготовителе, причем цена комплекта резиновых прокладок невелика. Математически обоснованный выбор Новые кожухотрубные теплообменные аппараты работают при температуре воды до 150 °С и давлении до 2 МПа. Кроме отопительных систем они могут использоваться для обеспечения горячей водой объектов, в том числе с явно выраженной неравномерностью водоразбора. В таких условиях обычно применяют скоростные ТОА, но при этом требуется подбор котла и водоподогревателя на максимальную (пиковую) нагрузку. Для устранения этой дорогостоящей технической избыточности в ООО «Теплообмен» разработана нетрадиционная конструкция емкостного подогревателя в виде модуля, включающего емкость с выносным греющим элементом, в качестве которого используется ТТАИ, трубопроводы и рециркуляционный насос. Применение этого модуля позволяет обеспечить требуемые характеристики системы при использовании котла и подогревателя значительно меньших мощностей. При этом разработчикам удалось получить математические зависимости (составляющие предмет ноу-хау), которые позволяют подбирать элементы емкостного подогревателя с учетом всех особенностей графика водопотребления (абсолютные значения и длительность пиковых величин, паузы в водоразборе, количество пиков и пауз в течение суток). Благодаря этому с помощью компьютерной программы можно минимизировать затраты на создание любого уникального решения тепло-пункта. Сегодня с задачей подогрева воды одинаково хорошо справляются все известные типы теплообменных аппаратов.

Однако для каждого из них требуются различные условия, в которых они обеспечивают процесс «температурной конвертации». И только тщательный и объективный сравнительный анализ современных конструкций теплообменников по всем основным показателям (габаритам и компоновке, цене, ресурсным показателям, ремонтопригодности, гидродинамическим характеристикам, удобству монтажа и обслуживания) поможет проектировщикам отопительных систем в выборе аппарата, «достойного во всех отношениях». СПРАВКА Непрерывный рабочий стаж — 10 лет Аппараты ТТАИ работают в системах теплоснабжения Банкнотно-Монетного Двора Украины, ряда объектов Министерства Обороны, объединения Киевгаз, Ватутинской райгосадминистрации Киева, гостиниц «Украина» (Ивано-Франковск), «Русь» (Киев), «Ореанда» (Ялта).

Кроме того, они «обслуживают» различные технологические процессы в объединении «Авто-ВАЗ» (Тольятти), Новомосковском трубном заводе (Днепропетровская область), объединении «Азот» (Северодонецк), пивзаводе «Оболонь» (Киев), а также на винзаводах ПАО «Массандра», НИИ «Магарач», «Одессавинпром», «Коктебель», головном Севастопольском винзаводе и на многих других промышленных предприятиях. К сегодняшнему дню наработка аппаратов первого поколения уже превысила десятилетний срок, и энергетики сотен объектов, где работают ТТАИ, подтверждают полное соответствие фактических теплотехнических параметров величинам, приведенным в их технической документации, а также высокие ресурсные показатели. КОММЕНТАРИЙ Путь к тепловому комфорту В процессе разработки проекта реконструкции теплопункта, обеспечивающего фасадные системы отопления киевской гостиницы «Русь», нами были проанализированы возможности применения в них теплообменников пластинчатых разборных (ТОПР), выпускаемых Центром тепло- и водоснабжения (Киев), в которых использованы импортные пластины, и аппаратов ПАИ производства 000 «Теплообмен» (Севастополь). Для заданной тепловой мощности площадь поверхности теплообмена ТОПР должна была составлять 4,7 м2, объем теплообменного пространства - 0,059 м3, площадь, занимаемая аппаратом в теплопункте, - 0,88 м2. Для такой же тепловой мощности площадь поверхности теплообмена ТТАИ равна 3 м2, объем теплообменного пространства - 0,014 м3, необходимая площадь в теплопункте - 0. Стоимость аппаратов (+ монтажные работы): ТОПР - 7,9 (+0,5) тыс. грн, ПАИ - 5,4 (+0,6) тыс. грн. Выбор в пользу ПАИ был обусловлен их удивительной компактностью. Два аппарата основной системы теплообмена вместе с их обвязкой трубопроводами (тепловая мощность 640 кВт) длиной 2,6 м и диаметром 0,1 м установлены на стене теплопункта. На ней же закреплен резервный теплообменник удвоенной мощности длиной 2,9 м и диаметром 0,15 м. Благодаря использованию ПАИ в течение отопительного сезона 2001-2002 года в гостинице даже при самых сильных морозах был обеспечен комфортный тепловой режим, которого не удавалось достичь много лети