Схема навивки змеевика парогенератора

Обновлено: 07.05.2024

Парогенераторы предназначены для выработки пара заданных параметров и используются в судовых ядерных паропроизводящих установках с паротурбинной исполнительной частью.

Парогенераторы, применяемые в судовых ядерных установках, должны иметь малые массогабаритные показатели, обеспечивающие их монтаж в затесненных условиях судна, простую конструкцию, обеспечивающую максимально возможное время работы без специального обслуживания и ремонта, обладать высокой надежностью и необходимой маневренностью, которая не ограничивала бы маневренность судна. Требуемая маневренность зависит от назначения и типа судна, а также условий его работы.

Основным классификационным признаком парогенераторов является способ циркуляции рабочего тела. По этому признаку различают парогенераторы с естественной и принудительной циркуляцией.

Парогенераторы с принудительной циркуляцией в свою очередь делятся на парогенераторы с многократной принудительной циркуляцией – МПЦ, и прямоточные.

Парогенераторы с естественной циркуляцией

В парогенераторах с ЕЦ (естественная циркуляция) циркуляция рабочего тела происходит под действием движущего напора естественной циркуляции, возникающего вследствие разности удельных весов (плотностей) воды в опускном участке и пароводяной смеси в подъемном.

Схема работы парогенератора с ЕЦ показана на рис. 30.а. Парогенератор разделен вертикальной перегородкой на две части: подъемную, в которой происходит движение воды и образующейся пароводяной смеси вверх, и опускную, в которой вода движется вниз. В подъемной части контура расположен греющий змеевик, в который подается нагретый в активной зоне реактора теплоноситель первого контура. На поверхности змеевика происходит испарение воды, образовавшиеся паровые пузырьки отрываются от поверхности нагрева и барботируют через толщу воды вверх, в паровое пространство ПГ (парогенератор). Не успевшая испариться в подъемной части ПГ вода перетекает через перегородку в опускную часть, где смешивается с подаваемой туда же питательной водой. Образовавшаяся смесь котловой и питательной воды, имеющая большую плотность, чем плотность пароводяной смеси, опускается в нижнюю часть ПГ и поступает в подъемную часть к греющему змеевику. Образовавшийся насыщенный пар скапливается в верхней части корпуса, откуда отбирается на потребители. Для улучшения качества пара в паровом пространстве ПГ могут устанавливаться различного рода сепарационные устройства: дырчатые щиты, жалюзийные сепараторы, циклоны, сепараторы с осевым подводом пароводяной смеси и т.д. Для поддержания требуемого качества котловой воды в ПГ-ЕЦ может быть организовано продувание воды с повышенным содержанием солей. Кратность циркуляции в ПГ-ЕЦ может достигать 40.

ПГ-ЕЦ представлены достаточно большим разнообразием конструкций, различающихся применением одно- или двухкорпусных вариантов ПГ, горизонтальным или вертикальным расположением корпуса и поверхности нагрева и т.д. Вертикальные ПГ-ЕЦ хорошо компонуются с реактором, обеспечивая снижение габаритных показателей ППУ (паропроизводящая установка).

Преимуществами ПГ-ЕЦ перед другими типами парогенераторов (в частности, по сравнению с прямоточными), являются:

возможность питания водой пониженного качества за счет снижения содержания растворенных солей при организации продувки;
отсутствие зоны ухудшенного теплообмена из-за низких паросодержаний;

К числу недостатков ПГ-ЕЦ относят следующие:

определенные трудности, связанные с получением перегретого пара; для получения перегретого пара необходим отдельный пароперегреватель;
большие массогабаритные показатели, вызванные низкой скоростью циркуляции и малым паросодержанием; рост габаритов вызван также необходимостью размещения парового объема внутри корпуса;
зависимость колебаний уровня воды, давления и влажности пара при изменении паропроизводительности;
зависимость параметров пара от качки судна и колебаний уровня воды.

Парогенераторы с многократной принудительной циркуляцией

В парогенераторах с МПЦ (многократная принудительная циркуляция) скорости движения рабочего тела намного выше, чем при использовании ЕЦ. Циркуляция рабочего тела осуществляется за счет работы циркуляционного насоса многократной принудительной циркуляции – НМПЦ. Схема ПГ-МПЦ представлена на рис. 30.б.

Парогенератор состоит из двух секций: испарительной и пароперегревательной, которые могут размещаться в отдельных корпусах или вместе в одном корпусе. В отличие от ПГ-ЕЦ, рабочее тело в ПГ-МПЦ обычно циркулирует внутри труб поверхностей нагрева, а теплоноситель омывает эти трубы снаружи. Теплоноситель из реактора последовательно проходит через перегревательную и испарительную секции, отдавая тепло на перегрев пара, нагревание и испарение воды в секциях ПГ. НМПЦ забирает котловую воду из сепаратора и подает ее в змеевик поверхности нагрева испарительной секции. В испарителе происходит частичное испарение воды, и образовавшаяся пароводяная смесь поступает обратно в сепаратор. В сепараторе происходит отделение пара от воды. Вода скапливается в нижней водяной части сепаратора, где смешивается с поступающей свежей питательной водой, а насыщенный пар отбирается из парового пространства сепаратора и направляется в секцию пароперегревателя. После перегрева пар направляется на потребители. Для стабилизации концентрации солей в котловой воде и повышения ее качества производится постоянное продувание части воды из водяного пространства сепаратора. Таким образом, в парогенераторе осуществляется постоянное принудительное движение воды и пароводяной смеси по контуру циркуляции: сепаратор – НМПЦ – испаритель – сепаратор. Кратность циркуляции в парогенераторах с МПЦ составляет от 1,5 ÷ 2,0 до 12 ÷ 15.

Наиболее уязвимым узлом ПГ-МПЦ является насос НМПЦ, работающий практически на кипящей воде. Для предотвращения возникновения кавитации и срыва работы насоса его необходимо размещать ниже сепаратора и уменьшать гидравлическое сопротивление входного участка.

Парогенераторы с МПЦ обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами парогенераторов:

возможность питания водой пониженного качества (по сравнению с прямоточными ПГ) по причине организации продувки воды с повышенной концентрацией солей из водяного пространства сепаратора;
меньшие чем в ПГ-ЕЦ колебания уровня воды в сепараторе при изменении паропроизводительности, что позволяет значительно упростить систему регулирования уровня воды;
меньшие массогабаритные показатели по сравнению с ПГ-ЕЦ по причине увеличенной скорости циркуляции рабочего тела и соответствующего уменьшения площади поверхности теплообмена;
возможность использования в установках с высокотемпературным теплоносителем (газовым или жидкими металлами).

К недостаткам ПГ-МПЦ относятся:

сложность конструктивной схемы и повышенные массогабаритные показатели;
зависимость давления пара от паропроизводительности ПГ;
ограниченные возможности по маневрированию, особенно при наборе нагрузки, из-за возможности срыва работы НМПЦ.

Этот тип парогенераторов нашел широкое применение в судовых ядерных ППУ (паропроизводящая установка). В прямоточных ПГ рабочее тело (питательная вода) под действием напора питательного насоса последовательно, без совершения кругового движения по контуру циркуляции, проходит через экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки поверхности теплообмена, превращаясь в перегретый пар. При этом границы и длины участков не зафиксированы, как например в ПГ-МПЦ, а зависят от нагрузки парогенератора и расхода питательной среды. Схема прямоточного ПГ представлена на рис. 30.в. Как правило, поверхность нагрева прямоточного ПГ представляет собой несколько параллельно включенных змеевиков. Масса рабочего тела, содержащегося в ПГ, относительно невелика, поэтому прямоточные ПГ обладают плохими теплоаккумулирующими свойствами, и для охлаждения теплоносителя требуется постоянная и непрерывная подача питательной воды. Но небольшая масса рабочего тела способствует повышению маневренности парогенератора и всей установки в целом. Еще одной важной особенностью прямоточных ПГ является необходимость питания водой очень высокого качества с низким содержанием растворенных солей. При испарении воды происходит постепенное увеличение концентрации солей на испарительном участке, в результате чего соли начинают отлагаться на стенках труб ПГ в виде накипи в конце испарительного и начале перегревательного участков. При давлениях порядка 10 МПа происходит явление растворимости солей в паре и унос их в паропроводы и в проточные части турбин. Для предотвращения перечисленных явлений в судовых ППУ с прямоточными ПГ неизбежным условием является применение развитых средств предварительной подготовки питательной воды, а также осуществление периодических промывок парогенераторов с целью удаления накипных отложений.

Отсутствие свободного уровня воды в прямоточном ПГ значительно снижает зависимость его работы и параметров вырабатываемого пара от крена, дифферента и качки судна. При этом отсутствует жесткая зависимость между паропроизводительностью и давлением вырабатываемого пара.

Литература

Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]

Паровая пушка: что такое и с чем его едят

В парной генератора не видно, пар подаётся через отверстие в стене

Парогенератор или паровая пушка для бани — это специальное устройство, призванные обеспечить парную паром необходимого качества. Прибор может быть максимально автоматизированным, снабжаться блоком ароматизации пара и дисплеем для вывода текущего режима работы.

Чем выше температура пара, тем он суше и целебнее.

В парной с лёгким паром можно проводить много времени

Виды тепловых пушек и их устройство

Парогенераторы могут использоваться совместно с каменкой, или генерировать пар с использованием электроэнергии.

Первый вид несложно изготовить самостоятельно, собрав в одну конструкцию трубу с лейкой для подачи воды, накопительную ёмкость и обратный клапан для пара.

Детали простого парогенератора

1	Трубка с перфорированным концом для заливки воды и выхода пара.
2	Крышка-концевик резьбовой фиксации.
3	Расширительная ёмкость для заливки воды.
4	Гайка для присоединения ёмкости к трубке.
5	Клапан, противодействующий возврату недогретого пара.

Производители каменок также предлагают собственные парогенераторы, подходящие для каждой конкретной модели печи, но они обходятся существенно дороже самодельных.

Виды парогенераторов, которые используются вместе с каменкой

Электрические модели подразделяются на три основных вида в зависимости от типа нагревательных элементов:

Электроды для паровой пушки

ТЭН для электрической тепловой пушки

Медная индукционная катушка для парогенератора

Большинство представленных на рынке моделей тепловых пушек работают от ТЭНов, поскольку эта технология наиболее проста в реализации. При желании подобное устройство можно соорудить самостоятельно. Самодельные электродные или индукционные парогенераторы практически не встречаются, так как конструкцию этого типа сложно сделать надёжной и безопасной в кустарных условиях.

Такая панель управления парогенератором располагается при входе в парную

Покупные электрические парогенераторы дают пользователю возможность самостоятельно устанавливать нужную консистенцию пара. То есть если в парной нет каменки, но есть тепловая пушка, в ней несложно создать атмосферу, соответствующую тёплому влажному хамаму, горячей влажной русской бане или горячей сухой финской сауне. Достаточно просто изменить настройки прибора перед сеансом.

Доводы в пользу парогенератора

Несмотря на обширный список достоинств, многие отказываются от установки парогенератора в домашней бане из-за его высокой цены. Но функциональный и долговечный прибор можно изготовить и своими руками

Парогенератор в сауне, бане, хамаме

Русская баня не обойдётся без парогенератора

В хамаме пар не такой горячий, как в бане

Хамамы напротив славятся влажным паром, который при более низкой температуре (50 о С) не приносит никаких неудобств. Такой пар несложно получить в обычной каменке, поэтому дополнительные устройства в турецкой бане не требуются.

Пара в сауне не должно быть слишком много

К какому бы типу не относилась парная, устанавливать тепловую пушку прямо в ней нельзя, иначе электрические детали прибора быстро выйдут из строя в таких неблагоприятных условиях. Поэтому электрическую тепловую пушку всегда монтируют в хозяйственном помещении через стенку.

Ориентировочная схема установки электрического парогенератора

Делаем электрический парогенератор для бани своими руками

Технологическая схема электрического парогенератора

Оцениваем мощность прибора

При покупке тепловой пушки её выбирают исходя из общего объёма парной комнаты.

Объем парной, м 3	Мощность тепловой пушки, кВт
4–5	4–5
10–13	8–10
15–18	12
> 18	16

Специалисты рекомендуют изготовлять своими руками тепловые пушки мощностью не больше 5 кВ. Но если у мастера есть опыт и хорошее оборудование, возможно собрать надёжный 10-киловатный агрегат (такие подключаются к трёхфазной сети).

Подбираем материалы

Для начала нужно найти ёмкость, которая способна выдержать высокое давление перегретого пара. Как правило, мастера используют скороварку (для небольшой парной или финской сауны) или старый газовый баллон. Объем емкости выбирается с учётом желаемой мощности прибора, ориентировочно — 10 л воды на 3 кВт тена. То есть если вы решили делать паровую пушку на 5 кВт, понадобится ёмкость на 15–20 л. Если же у вас есть баллон на 12 л, вы можете сделать из него парогенератор мощностью не более 3–4 кВт.

Ассортимент газовых баллонов позволяет подобрать удачный вариант для любого парогенератора

Баллон перед использованием необходимо подготовить:

стравить остатки газа;
вывинтить клапан;
залить резервуар 5–6 литрами тепловатой воды и ополоснуть все стенки;
после слива первой порции полностью заполнить ёмкость тёплой водой с добавлением жидкого мыла, при необходимости повторить ещё 1–2 раза.

Если баллон подготовить недостаточно тщательно, вода в нём будет загрязняться, а у пара останется ощутимый запах ржавчины.

Помимо ёмкости вам понадобятся:

Шаровый кран для водопрода в разрезе

Разные виды медных ТЭнов

Термостойкий шланг для отвода пара

Манометр для паровой пушки

Предохранительный клапан для сброса излишнего давления

Пример сгона из нержавеющей стали

Необходимые инструменты

слесарные приспособления для работы с водопроводными трубами;
дрель для высверливания отверстий в ёмкости;
набор гаечных ключей или 2 ключа с регулируемым размером;
метчик для нарезки резьбы (только для работы с газовым баллоном);
сварочный аппарат (если его нет, можно заказать работу у специалиста).

Инструкция по изготовлению паровой пушки

Если у вас нет сварочного аппарата, попросите сварщика врезать в баллон тройник. Так вы сможете надёжно присоединить паровой кран и группу безопасности, но оплатите только одну операцию.

Собрав необходимые инструменты и материалы, можно приступать к монтажу:

Размещённые друг над другом нагреватели ни в коем случае не должны соприкасаться

Узел отвода пара из генератора

Шаровый кран аккуратно вмонтирован в крышку скороварки

Подсоединение манометра и клапана к крышке скороварки

Подача воды из контрольного резервуара

Подвод воды в парогенератор черед медную трубку под ТЭНом

По окончании сварочных работ проведите тест на герметичность, для начала просто залейте бак водой и проследите, не появились ли капли на швах. При малейшем подозрении шов нужно укрепить. Дальше приступайте к пробному запуску парогенератора и убедитесь, что предохранительный клапан вовремя убирает избыток давления. Если прибор справился с тестами, можно зачистить швы и покрыть его термостойкой краской, чтобы придать ему более эстетичный вид.

Видео об испытании парогенератора

Хотите защитить парогенератор собственного изготовления — добавьте в его электроцепь магнитный пускатель. Тогда при избыточном давлении прибор не просто стравит пар, а полностью выключит нагрев (разомкнёт электрическую цепь, к коротой подключены ТЭНы).

Полезные советы по использованию и монтажу

Шланги важно проложить без перегибов и с небольшим уклоном, чтобы при образопании в трубках конденсата он свободно стекал и не образовывал пробок.
К электросети дома парогенератор подключается только через УЗО мощностью 10 мА (если прибор в парной) или 30 мА (если генератор в подсобке).
Заземление корпуса генератора обязательно! Не подвергайте опасности свою семью и гостей.
Проверять уровень воды в самодельном парогенераторе можно только до начала разогрева. В рабочем состоянии кран, соединяющий бак паровой пушки и резервную ёмкость, должен быть закрытым.
Следите за чистотой внутри резервуара, через каждые 5–10 сеансов проводите очистку кислотой (как в чайнике). Если вода в вашем регионе мягкая, чистки можно делать реже. Ещё один вариант — использование подготовленной воды: пропущенной через ионообменник, дистилированной или просто предварительно кипячённой и отстоенной.

Видео: обзор русской бани с самодельным парогенератором

Как видите, имея старый газовый баллон и небольшой опыт сварочных работ вполне реально обеспечить себя работоспособным парогенератором. Если вы ещё не оценили достоинства лёгкого пара, рекомендуем для начала изготовить самую простую тепловую пушку из трубы и кружки. Уверены, что ради бодрящего и оздоровительного эффекта лёгкого пара вы вскоре захотите обзавестись и более продвинутым вариантом.

Изобретение предназначено для производства пара и может быть использовано в различных областях промышленности, например энергетической, химической. Парогенератор содержит цилиндрический корпус, змеевик и коаксиальную вставку. Продольные кольцевые каналы между корпусом и змеевиком, между вставкой и змеевиком различны по сечению, причем первый больше второго, и сформированы с учетом обеспечения максимальной интенсификации теплообмена, а вставка выполнена разборной. Кроме того, шаг между витками змеевика выполнен минимально возможным, гарантирующим наличие зазора между соседними витками. Поверхности корпуса и вставки, формирующие продольные кольцевые каналы, могут быть выполнены профилированными. Корпус парогенератора может быть теплоизолирован. Изобретение обеспечивает повышение эффективности теплообмена. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в различных областях промышленности, например энергетической, химической.

Известен кожухотрубный змеевиковый теплообменник, в котором один теплоноситель движется внутри трубы змеевика, а другой - по каналу, образованному кожухом и витками его труб, омывая их наружную поверхность. Однако сравнительно малые скорости омывающего змеевик теплоносителя не позволяют получить высокие коэффициенты теплоотдачи (Бажан П.И. Справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989, с.59, рис.1.17).

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок трубных змеевиков с витками, образующими стенки продольных каналов, имеющих щелевые зазоры между трубами смежных витков, внутри каналов расположены коаксиальные гофрированные вытеснители, выполненные из полых конических элементов. Один теплоноситель движется внутри труб змеевика, другой - по каналам между поверхностью витков и коническими вытеснителями (п. РФ №2036406, F 28 D 7/02, опубл. в БИ №15, 1995 г.).

Недостатком такого теплообменника является сложность изготовления, вызванная необходимостью соблюдения точного взаимного расположения элементов конструкции (например, гофр змеевика и вытеснителей), неразборная конструкция вытеснителей исключает возможность их обслуживания, а также недостаточно эффективная организация процесса теплообмена.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплообменник, содержащий корпус, установленный коаксиально с корпусом стакан и размещенный в кольцевом зазоре между ними цилиндрический змеевик. Витки змеевика выполняют с одинаковым диаметром навивки (Бажан П.И. Справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989, с.59, рис.1.16).

Продольные каналы между корпусом и змеевиком, вставкой и змеевиком сформированы произвольно, без учета возможности интенсификации теплообмена, что снижает эффективность теплообменника. К тому же конструкция стакана неразборная, что исключает возможность моделирования и оптимизации теплообмена при работе в широком диапазоне режимов функционирования теплообменника (отсутствует возможность поддержания высокой эффективности теплообмена регулировкой величины продольных каналов, используя подбор оптимальной геометрии стакана).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности теплообмена за счет его интенсификация и обеспечение возможности моделирования и оптимизации теплообмена при работе в широком диапазоне режимов функционирования парогенератора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в парогенераторе, содержащем цилиндрический корпус, змеевик и коаксиальную вставку, продольные кольцевые каналы между корпусом и змеевиком, между вставкой и змеевиком сформированы с учетом обеспечения максимальной интенсификации теплообмена, а вставка выполнена разборной.

Кроме того, шаг между витками змеевика выполнен минимально возможным, гарантирующим наличие зазора между соседними витками. Поверхности корпуса и вставки, формирующие продольные кольцевые каналы, могут быть выполнены профилированными. Корпус парогенератора может быть теплоизолирован.

Обычно в кожухотрубных змеевиковых теплообменниках обтекание змеевика внешним теплоносителем осуществляется равномерно со всех сторон практически с одинаковой скоростью. Однако известно, что теплоотдача в криволинейном канале, каковым является змеевик, не одинакова по сечению канала вследствие воздействия инерционных сил. В криволинейном канале центробежные силы ориентированы по-разному по отношению к различным участкам поверхности теплообмена. Поэтому естественно, что коэффициент теплоотдачи изменяется по периметру поперечного сечения канала, а благодаря так называемым вторичным течениям средняя теплоотдача в криволинейном канале увеличивается по сравнению с теплоотдачей прямого канала. В результате вторичных течений жидкость, протекающая через центральную часть канала и имеющая наибольший температурный напор по отношению к поверхности теплообмена, направляется к внешней (вогнутой) стенке змеевика. На этом участке поверхности теплообмена температурный градиент имеет наибольшее значение, соответственно наибольшей будет и интенсивность теплообмена. По обратной причине теплообмен на внутренней (выпуклой) поверхности будет наименее интенсивен.

Кроме того, при увеличении шага между витками змеевика кривизна оси трубы уменьшается, соответственно уменьшается воздействие и инерционных сил на поток жидкости (газа). Следовательно, для улучшения теплообмена следует стремиться к минимально возможному шагу витков змеевика, предусматривающему наличие зазора между соседними витками. Минимально возможный шаг определяется по конструктивным, технологическим соображениям и исходя из ограничений по газодинамике (Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М.: Машиностроение, 1980 г., стр.33-73).

Исходя из вышеизложенного, для повышения эффективности теплообмена следует организовать процесс с учетом разницы в интенсивности теплообмена по периметру витка змеевика. Повысить эффективность теплообмена позволит прохождение большей части внешнего теплоносителя с наиболее активной с точки зрения теплообмена вогнутой стороны змеевика, где коэффициент теплоотдачи наибольший. Это достигается увеличением площади сечения продольного канала, сформированного между корпусом и змеевиком, по сравнению с площадью сечения канала между змеевиком и вставкой. Тем самым увеличивается количество внешнего теплоносителя контактирующего с наиболее активной с точки зрения теплообмена поверхностью змеевика. Дополнительному повышению эффективности теплообмена будет способствовать профилированная геометрия внутренней поверхности корпуса (не показано), вызывающая разрушение пограничного слоя и турбулизацию потока внешнего теплоносителя.

Также интенсификации теплообмена будет способствовать увеличение скорости обтекания внешним теплоносителем внутренней или выпуклой части поверхности змеевика вследствие уменьшения площади сечения соответствующего продольного канала между вставкой и змеевиком. Гофрированный профиль стенки канала, сформированной витками змеевика, будет к тому же способствовать образованию вихрей в области между соседними витками, их интенсивному перемешиванию и перемещению, что также интенсифицирует теплообмен с выпуклой части поверхности змеевика.

Минимально возможный шаг, формирующий зазоры между витками змеевика, способствует перетеканию части внешнего теплоносителя в направлении от корпуса к вставке и обратно, разрушая тем самым пограничный слой, перемешивая поток и интенсифицируя теплообмен. Для дополнительной интенсификации теплообмена наружную поверхность вставки, формирующей продольный кольцевой канал, можно выполнить также профилированной (не показано).

Коэффициент теплоотдачи меняется не пропорционально изменению объема внешнего теплоносителя, проходящего через продольные кольцевые каналы между корпусом и змеевиком, змеевиком и вставкой (зависимость с числом Нуссельта не линейная). Разборная конструкция парогенератора позволяет экспериментальным путем определить оптимальный с точки зрения эффективности теплообмена диаметр вставки.

На фиг.1 изображен общий вид парогенератора.

На фиг.2 изображен элемент А (фрагмент парогенератора), иллюстрирующий зазор между соседними витками змеевика и разделение внешнего теплоносителя на два потока W1 и W2, направляющихся в продольные каналы парогенератора.

Парогенератор содержит теплоизолированный корпус 1, внутри которого установлены змеевик 2 с витками 3 равного диаметра и разборная вставка 4. Корпус 1 и вставка 4 имеют цилиндрическую форму, равно как и образующая витков 3 змеевика 2. Предложенная конструкция формирует два продольных кольцевых канала 5 и 6, образованных соответственно между корпусом 1 и змеевиком 2, змеевиком 2 и вставкой 4. Парогенератор имеет съемную крышку 7 с вводом 8 подачи воды, циркулирующей внутри змеевика 2. Подача другого (внешнего) теплоносителя, например продуктов сгорания природного газа в горелочном устройстве, осуществляется через ввод 9 снизу корпуса 1. В съемной крышке 7 для отвода пара за пределы парогенератора служит вывод 10, а охлажденный внешний теплоноситель отводится через вывод 11. Для моделирования процессов теплообмена на разных режимах работы парогенератора вставка 4 может извлекаться и заменяться. Для этой цели (монтажа и демонтажа вставки 4) предусмотрены болты 12.

Имеющиеся зазоры между витками 3 змеевика 2 позволяют внешнему теплоносителю перетекать из продольного кольцевого канала 5 в канал 6 и обратно, разрушая при этом пограничный слой, обеспечивая турбулизацию потока и наилучшее обтекание витков 3 как со стороны корпуса 1, так и со стороны вставки 4, что интенсифицирует теплообмен. Интенсификации теплообмена также будет способствовать согласование профилей корпуса 1, змеевика 2 и вставки 4. С этой целью поверхности корпуса 1 и вставки 4, формирующие продольные кольцевые каналы 5 и 6, могут быть как цилиндрическими, так и профилированными (волнообразными, с коническими участками) с определенным шагом конфузорно-диффузорных участков.

Парогенератор работает следующим образом.

В змеевик 2 через ввод 8 в крышке 7 подается вода, а внешний теплоноситель через ввод 9 одновременно подается в продольные каналы между корпусом 1 и змеевиком 2, змеевиком 2 и вставкой 4 в объеме W₁ и W₂ соответственно (Фиг.2). В результате взаимодействия теплоносителей вода в змеевике 2 нагревается, превращается в пар и отводится за пределы парогенератора через вывод 10, а охлажденный внешний теплоноситель отводится через вывод 11.

Типоразмер вставки 4 может меняться в зависимости от режима эксплуатации парогенератора. Для замены вставки 4 предусмотрена возможность ее демонтажа. Закрепление сменной вставки 4 на крышке 7 осуществляется при помощи болтов 12.

1. Парогенератор, содержащий цилиндрический корпус, съемную крышку со змеевиком, коаксиальную вставку, вводы/выводы теплоносителей, отличающийся тем, что продольные кольцевые каналы между корпусом и змеевиком, между вставкой и змеевиком различны по сечению, причем первый больше второго, и сформированы, исходя из возможности максимальной интенсификации теплообмена.

2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена разборной.

3. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что шаг между витками змеевика выполнен минимально возможным, гарантирующим наличие зазора между соседними витками.

4. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что поверхности корпуса и вставки, формирующие продольные кольцевые каналы, выполнены профилированными.

5. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что корпус парогенератора теплоизолирован.

В январе 2019 году нашей организации была поставлена сложная задача: промыть полностью забитый накипью змеевик передвижной парогенераторной установки ППУА-1600/100.

Заказчиком работы выступило ПАО Транснефть.

На снимке: паровой котёл ППУА-1600/100

Несколько слов об установке ППУА-1600/100

Установка промысловая паровая перередвижная ППУА 1600/100, предназначена для депарафинизации призабойной зоны скважин, трубопроводов, резервуаров, арматуры и другого нефтепромыслого оборудования насыщенным паром высокого давления, (режим I), а также для операций по обогреву, мойке и других работ насыщенных паром низкого давления, в условиях холодного (режим I₂) и умеренного макроклиматических районов по ГОСТ 16350-80.

Внешний вид установки представлен на рисунке:

Схема гидравлической части приведена ниже:

Сейчас не будем говорить о причинах образования накипи в змеевике котла, скажем лишь, что напор воды постепенно уменьшался до тех пор, пока вода не перестала течь через змеевик парового котла даже под давлением.

Чем можно забить паровой котел ППУА-1600/100?

Несмотря на кажущуюся нелогичность вопроса (а он был задан некоторыми посетителями нашего сайта), определённый смысл в нём есть. Перефразируем: почему и чем забивается змеевик парогенератора ППУА-1600/100?

Ответ очень простой. Змеевик этого котла имеет диаметр 28 мм, стенка трубы - 3,5 мм. Итого, внутреннее сечение составляет всего 21 мм.

Змеевик вырабатывает пар, температурой до 310 С и под давлением до 10 атм. Это очень жесткие условия эксплуатации.

При таких режимах соли жесткости, содержащиеся в воде, моментально отлагаются на стенках змеевика.

И чем больше солей в воде - тем быстрее змеевик зарастает накипью!

Поэтому для работы парогенератора ППУА-1600/100 требуется химически очищенная вода. К сожалению, не у всех потребителей есть возможность использовать подготовленную воду, поэтому в змеевике откладывается накипь.

Кроме того, не все потребители регулярно делают химическую промывку змеевика, что очень важно для поддержания его в чистом виде.

Выбор способа очистки змеевика

Учитывая размеры и геометрию змеевика, традиционные способы очистки (механический, электроразрядный, гидродинамический), сразу были исключены.

Внимание! Не пытайтесь прочистить полностью забитый змеевик котла металлическим тросом!

При таком способе, трос толкает перед собой отслаивающиеся частицы накипи и, таким образом, ещё больше забивает змеевик!

Простая промывка забитого змеевика помпой высокого давления (например, 300 атм.), также не приносит результата, поскольку приводит к перемещению частиц накипи по контуру змеевика. В самом узком месте (если проходное сечение ещё есть) эти частицы создают пробку, которую практически нельзя очистить впоследствии.

В связи с этим, на первом этапе, было принято решение промывать змеевик химическим способом, для того, чтобы в максимальной степени растворить соли жесткости, которые сформировались в змеевике в виде накипи. Однако ситуацию осложняло то, что накипь сдержала довольно большое количество оксида железа.

Выбор средства для удаления накипи в котле

Для проведения промывки, нами было выбрано средство для удаления накипи в котлах Кратол. Реагент создан на основе сульфаминовой кислоты и эффективно растворяет накипь!

Химическая формула средства Кратол подобрана таким образом, что практически исключено растворение железа - химическая коррозия минимальна! Т.е. средство Кратол безопасно для промываемого оборудования!

Однако в данном случае, этот факт, скорее, только усложнял дело, поскольку отложения в змеевике содержали много ржавчины, которая не растворялась в реагенте и мешала прочистке змеевика.

На снимке: ржавчина из змеевика котла, нерастворимая в реагенте Кратол

Оборудование для химической промывки змеевика ППУА-1600/100

В качестве основного оборудования для проведения химической промывки нами был использован химический насос с параметрами: Q = 10м 3 , Н = 38м. Вообще, для промывки змеевиков справедливо следующее правило: чем больше напор насоса, тем лучше. Подача насоса, в данном случае, не имеет существенного значения, поскольку водяной объём змеевика установки ППУА-1600/100 составляет всего 80 литров.

На снимке: оборудование для химической промывки парового котла ППУА-1600/100

С другой стороны, во время реакции промывочного раствора с накипью выделяется большое количество углекислого газа. Это создаёт воздушную пробку и препятствует продвижению моющего средства внутри змеевика, так что чем мощнее насос и чем больше создаваемый им напор – тем лучше.

Процесс очистки змеевика ППУА-1600/100

Пока у нас не было информации - в какой части змеевика находится пробка, наши специалисты производили стандартное подключение – к прямому и обратному трубопроводу. В течение нескольких часов моющий раствор подавался в змеевик, но не выходил из него по причине отсутствия проходного сечения.

В первый день работы, таким образом, несколько раз производилось переподключение шлангов и подача химического реагента в змеевик велась то с одной, то с другой его стороны.

Несмотря на это, пропускная способность змеевика к концу первого дня работы так и не была восстановлена.

На следующий день нашими специалистами была предпринята попытка определить, в какой части змеевика находится пробка. В верхней части змеевика находится воздушник, который служит для стравливания воздуха при заполнении змеевика водой (перед пуском котла).

Таким образом, змеевик можно разбить на два контура и промывать по-отдельности.

Вначале был промыт первичный контур (водяной) – через который подаётся вода. Оказалось, что он не содержит пробки и был полностью промыт нами в течение нескольких часов.

Тем самым, было определено, что забит паровой контур змеевика, пробка локализована именно там.

Дальнейшая промывка велась таким образом, что через воздушник подавался моющий реагент. Ещё один день ушёл на то, чтобы попробовать промыть эту часть змеевика, подключая подачу раствора то с одной, то с другой стороны.

Через какое-то время у наших специалистов возникла идея закачать в змеевик реагент, насколько это возможно, включить горелку котла и разогреть змеевик так, чтобы реагент закипел и начал создавать избыточное давление.

Так велась промывка в течение нескольких дней. В змеевик закачивали реагент, то с одной, то с другой стороны, потом машину выгоняли на улицу, запускали горелку котла, нагревали змеевик до закипания реагента. После этого открывали вентили и перегретый газ вырывался из воздушника змеевика. Также пар выходил и из другой стороны змеевика. Постепенно появилась тонкая струйка реагента при прокачивании раствора нашим насосом.

Ещё через некоторое время пришла мысль, что можно использовать установку высокого давления, чтобы попробовать продавить воду через пробку из отложений.

Нами была привезена помпа с рабочим давлением 265 атмосфер, которую подключили к змеевику. Конечно, при таком давлении вода уже проходила через змеевик достаточно легко и с некоторым напором.

После этого появилась уверенность в том, что змеевик будет очищен за счёт применения комбинированного метода – прокачивание химического реагента, разогрев и продувка паром, мойка высоким давлением…

На окончательную очистку змеевика ушло ещё несколько дней, после чего котёл был пущен в работу и уверенно вышел на проектную мощность по пару.

На снимке: котёл ППУА-1600/100

Конечно, заказчик был удивлен и обрадован, поскольку замена змеевика в данной установке – трудоёмкое и дорогое мероприятие. Кроме того, практически нет организаций, которые занимаются ремонтом и заменой змеевиков у таких типов котлов.

Выводы

Для нашей компании, также, эта работа дала существенный опыт в части промывки полностью забитых змеевиков. В который раз подтвердилось наше понимание того, что не существует единственного или лучшего способа очистки/промывки котлов. В различных ситуациях и условиях с лучшей стороны могут проявлять себя самые разные методы. А в особо тяжёлых случаях, единственным выходом из ситуации является комбинирование методов очистки.

Кроме того, этот опыт дал нам важное понимание того, что главным, всё-таки, в этой работе является человек. Только терпение, выдержка и опыт сотрудников организации позволяют не сдаваться и находить решения, которые приводят к главному – тому результату, который требует от нас заказчик. И только за счёт людей можно творить пусть и маленькие, но всё же чудеса, которые недоступны в других случаях…

Змеевик – это трубка небольшого диаметра, изогнутая в форме спирали. Изделия применяются для обеспечения максимального теплообмена между средами. Данные трубки изготавливаются и используются в качестве конденсаторов, в самогоноварении (холодильники), для разогрева или охлаждения различных резервуаров и ёмкостей. Также змеевик применяется при изготовлении пара.

Важнейшим элементом парогенератора является змеевик, находящийся в топке парогенератора, где его нагревает факел горелки. При прохождении по стальной спиральной трубе змеевика вода нагревается и превращается в пар.

Змеевик котла состоит из двух соосно расположенных приваренных встык друг к другу частей: внутренней (топочной) и внешней.

В процессе эксплуатации оборудования возможно повреждение змеевика, это одна из самых частых поломок. Причиной может стать: прогар трубки при неправильной настройке горелки либо забивка змеевика при неправильном подборе системы обработки ХВП.

В большинстве случаев, повреждение парообразующей части котла приводит к полной замене оборудования. Однако парогенераторы ALBA спроектированы таким образом, что имеется возможность замены только змеевика, что требует всего нескольких часов. Изготовление запчасти является выгодной и доступной альтернативой замене оборудования.

Изготовление змеевиков различных видов и размеров, с заданным сечением выполняется из материалов высокого качества. Стенки трубки делаются из таких металлов, как нержавеющая сталь, медь и т.д.

Кроме основных змеевиков для парогенераторов из нержавейки и других материалов, также возможно изготовление змеевиков для экономайзеров (входят в комплектацию горизонтальных парогенераторов):

Читайте также: