Научная статья на тему 'Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения'

Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
736
115
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ / HEAT EXCHANGER / ТУРБУЛИЗАЦИЯ / TURBULENCE / КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ / HEAT TRANSFER INDEX / ВОДОПОДГОТОВКА / WATER TREATMENT / ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / HEAT EXCHANGE SURFACE / ЛАМИНАРНЫЙ ПОДСЛОЙ / LAMINAR SUBLAYER

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Овсянников Ю.Г., Алифанова А.И.

ЦЕЛЬ. В Российской Федерации преобладает централизованная система теплоснабжения. Это связано в первую очередь с экономическими затратами производства тепловой энергии, которые меньше, чем у децентрализованных систем теплоснабжения. Рассмотрены современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов в России и за рубежом. МЕТОДЫ. Рассмотрены различные технические решения для интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения, проведен сравнительный анализ. Основное направление это изменение геометрии теплообменной поверхности для турбулизации потока нагреваемой (или охлаждаемой) жидкости. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Рассмотрено применение теплообменных аппаратов в системах теплоснабжения пластинчатых и кожухотрубных. При этом наиболее распространенными являются кожухотрубные, прежде всего из-за невысокого гидравлического сопротивления и возможности работы на воде с повышенной жесткостью, простотой и удобством в эксплуатации. Указаны достоинства пластинчатых теплообменных аппаратов (высокий расчетный коэффициент теплопередачи, малые габариты и др.) и недостатки в эксплуатации (высокие затраты на водоподготовку, сравнительно быстрый выход из строя уплотнений, дорогой текущий и капитальный ремонт). Особое внимание уделено интенсивному кожухотрубному теплообменному аппарату (Патенты РФ № 149737, № 158070), который разработан в БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород). Вычислительный эксперимент по исследованию турбулизации потока нагреваемой жидкости в этом аппарате произведен в программном комплексе «Ansys». Выполнено также сравнение тепловых, гидравлических и эксплуатационных характеристик: пластинчатого (производитель «КельвионМашимпэкс»), кожухотрубного (по ГОСТ РФ 27590) и кожухотрубного интенсивного (патент РФ № 149737) теплообменных аппаратов. ВЫВОДЫ. В результате сравнения сделан вывод о целесообразности применения интенсивного кожухотрубного теплообменного аппарата для различных регионов Российской Федерации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Овсянников Ю.Г., Алифанова А.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODERN METHODS FOR THE INTENSIFICATION OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS IN HEAT SUPPLY SYSTEMS

AIM. The system of centralized heating is applied across the entire Russian Federation. One reason is that this type is characterized by lower economic costs of thermal energy production compared to decentralized heating systems. This paper investigates modern approaches to intensifying the work of shell and tube heat exchangers in Russia and abroad. METHODS. Various technical solutions that can improve the work of shell and tube heat exchangers mounted in heat supply systems are considered, with their comparative analysis being provided. The main improvement direction is to change the geometry of heat exchange surfaces for the turbulization of heated (or cooled) fluid flows. RESULTS AND DISCUSSION. The use of both plate and shell-tube heat exchangers in heating systems is analysed. It is shown that shell and tube heat exchangers are most widespread, on the one hand, due to their low hydraulic resistance and the capability of working on water with increased hardness, and, on the other their simplicity and convenience in operation. Plate heat exchangers are discussed both in terms of their advantages (high heat transfer coefficient, small dimensions, etc.) and disadvantages (high costs of preliminary water treatment, a relatively low durability of seals, high costs of repair and overhaul). A particular attention is paid to the intense shell and tube heat exchanging apparatus (RF Patents No. 149737 and No.158070), which was developed in the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (Belgorod, Russia). A numerical experiment on the turbulization of a heated fluid flow is carriedout using this apparatus and the Ansys software. A comparison of thermal, hydraulic and operating characteristics of the following heat exchangers is performed: a plate heat exchanger ("KelvionMashimpeks"), a shell and tube heat exchanger (according to GOST RF 27590) and a high-intense shell and tube heat exchanger (RF Patent No. 149737). CONCLUSIONS. The conducted comparison has shown the advantage of using high-intense shell and tube heat exchangers in various RF regions.

Текст научной работы на тему «Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения»

Оригинальная статья / Original article УДК 697:620.9(07)

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-2-130-140

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

© Л.А. Кущев3, Н.Ю. Никулинь, Ю.Г. Овсянников0, А.И. Алифановаd

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, Российская Федерация, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В Российской Федерации преобладает централизованная система теплоснабжения. Это связано в первую очередь с экономическими затратами производства тепловой энергии, которые меньше, чем у децентрализованных систем теплоснабжения. Рассмотрены современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов в России и за рубежом. МЕТОДЫ. Рассмотрены различные технические решения для интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения, проведен сравнительный анализ. Основное направление - это изменение геометрии теплообменной поверхности для турбулизации потока нагреваемой (или охлаждаемой) жидкости. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Рассмотрено применение теплообменных аппаратов в системах теплоснабжения - пластинчатых и кожу-хотрубных. При этом наиболее распространенными являются кожухотрубные, прежде всего из-за невысокого гидравлического сопротивления и возможности работы на воде с повышенной жесткостью, простотой и удобством в эксплуатации. Указаны достоинства пластинчатых теплообменных аппаратов (высокий расчетный коэффициент теплопередачи, малые габариты и др.) и недостатки в эксплуатации (высокие затраты на водоподготовку, сравнительно быстрый выход из строя уплотнений, дорогой текущий и капитальный ремонт). Особое внимание уделено интенсивному ко-жухотрубному теплообменному аппарату (Патенты РФ № 149737, № 158070), который разработан в БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород). Вычислительный эксперимент по исследованию турбулизации потока нагреваемой жидкости в этом аппарате произведен в программном комплексе «Ansys». Выполнено также сравнение тепловых, гидравлических и эксплуатационных характеристик: пластинчатого (производитель «КельвионМашимпэкс»), кожухотрубного (по ГОСТ РФ 27590) и кожу-хотрубного интенсивного (патент РФ № 149737) теплообменных аппаратов. ВЫВОДЫ. В результате сравнения сделан вывод о целесообразности применения интенсивного кожухотрубного теп-лообменного аппарата для различных регионов Российской Федерации.

Ключевые слова: теплообменный аппарат, турбулизация, коэффициент теплопередачи, во-доподготовка, теплообменная поверхность, ламинарный подслой.

Информация о статье. Дата поступления 27 февраля 2018 г.; дата принятия к печати 22 марта 2018 г.; дата онлайн-размещения 26 июня 2018 г.

Формат цитирования. Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Овсянников Ю.Г., Алифанова А.И. Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 2. С. 130-140. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-2-130-140

аКущев Леонид Анатольевич, доктор технических наук, профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Leonid A. Kushchev, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

ьНикулин Николай Юрьевич, ассистент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Nikolay Yu. Nikulin, Assistant of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Овсянников Юрий Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Yuri G. Ovsyannikov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Алифанова Алла Ивановна, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

Alla I. Alifanova, Associate Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, e-mail: Nick_973gt@mail.ru

MODERN METHODS FOR THE INTENSIFICATION OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS IN HEAT SUPPLY SYSTEMS

L.A. Kushchev, N.Yu. Nikulin, Yu.G. Ovsyannikov, A.I. Alifanova

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46, Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russian Federation

ABSTRACT. AIM. The system of centralized heating is applied across the entire Russian Federation. One reason is that this type is characterized by lower economic costs of thermal energy production compared to decentralized heating systems. This paper investigates modern approaches to intensifying the work of shell and tube heat exchangers in Russia and abroad. METHODS. Various technical solutions that can improve the work of shell and tube heat exchangers mounted in heat supply systems are considered, with their comparative analysis being provided. The main improvement direction is to change the geometry of heat exchange surfaces for the turbulization of heated (or cooled) fluid flows. RESULTS AND DISCUSSION. The use of both plate and shell-tube heat exchangers in heating systems is analysed. It is shown that shell and tube heat exchangers are most widespread, on the one hand, due to their low hydraulic resistance and the capability of working on water with increased hardness, and, on the other - their simplicity and convenience in operation. Plate heat exchangers are discussed both in terms of their advantages (high heat transfer coefficient, small dimensions, etc.) and disadvantages (high costs of preliminary water treatment, a relatively low durability of seals, high costs of repair and overhaul). A particular attention is paid to the intense shell and tube heat exchanging apparatus (RF Patents No. 149737 and No.158070), which was developed in the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (Belgorod, Russia). A numerical experiment on the turbulization of a heated fluid flow is carriedout using this apparatus and the Ansys software. A comparison of thermal, hydraulic and operating characteristics of the following heat exchangers is performed: a plate heat exchanger ("Kelvion-Mashimpeks"), a shell and tube heat exchanger (according to GOST RF 27590) and a high-intense shell and tube heat exchanger (RF Patent No. 149737). CONCLUSIONS. The conducted comparison has shown the advantage of using high-intense shell and tube heat exchangers in various RF regions. Keywords: heat exchanger, turbulence, heat transfer index, water treatment, heat exchange surface, laminar sublayer

Information about the article. Received February 27, 2018; accepted for publication March 22, 2018; availableonline June 26, 2018.

For citation. Kushchev L.A., Nikulin N.Yu., Ovsyannikov Yu.G., Alifanova A.I. Modern methods for the intensification of shell and tube heat exchangers in heat supply systems. Izvestiyavuzov. Investisii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Realestate. 2018, vol. 8, no. 2, pp. 130-140. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-2917-2018-2-130-140

Введение

Российская Федерация является самым крупным государством земного шара с площадью более 17 млн км2. Климат РФ отличается большим разнообразием, на территории страны располагаются 7 климатических зон: арктическая, субарктическая, умеренно-континентальная, континентальная, резко-континентальная, муссонная, субтропическая. В некоторых районах России температура наружного воздуха может держаться ниже 0°С на протяжении всего года [1], поэтому проблемы теплоснабжения жилых домов и производственных объектов весьма актуальны.

В Российской Федерации преобладает централизованная система теплоснабжения. Это связано в первую очередь с экономическими затратами производства тепловой энергии, которые меньше, чем у децентрализованных систем теплоснабжения. Суммарная протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении, по данным Министерства энергетики РФ, составляет около 183 300 км [2].

Методы

Основным видом теплообмен-ного оборудования при производстве тепловой энергии являются кожухот-рубные и пластинчатые теплообмен-ные аппараты, представленные на рис. 1.

Традиционно в системах теплоснабжения широко применяются кожухотрубные теплообменные аппараты, использование которых заключается: в сравнительно невысоком гидравлическом сопротивлении; возможностью работы с рабочими сре-

дами с разными агрегатными состояниями (в греющем контуре - пар, в нагреваемом - вода). Также эти аппараты могут работать на воде с повышенной жесткостью (свыше 700 мкг-экв/л), температурой (до 550°) и высоким давлением (до 14 МПа).

а (а) б (b)

Рис. 1: a - кожухотрубный теплообменный аппарат; б - пластинчатый теплообменный

аппарат

Fig. 1: a - shell-and-tube heat exchanger; b - plate-heat-exchanger

В настоящее время в РФ и за рубежом активно ведутся разработки по повышению тепловых характеристик теплообменных аппаратов. И основная часть технических решений направлена на максимальное уменьшение толщины ламинарного подслоя путем турбулизации потока. Для этого применяется:

- установка винтовых перегородок в корпусе аппарата, а также профилированных труб [3];

- выбор надлежащего гидродинамического режима [4];

- использование экранов для распределения потоков теплоносителя и применение электростатического поля [5];

- гладкие трубы, изогнутые в виде спирали [6];

- теплообменные трубы с выемками, кольцевыми выпуклостями на наружной, внутренней поверхности [7];

- продольные ребра снаружи, внутри теплообменной трубки, пере-

городки различного типа в межтрубном пространстве аппарата и др. [810].

Основными преимуществами кожухотрубных теплообменных аппаратов являются надежность и простота в эксплуатации.

Однако в последние годы зарубежные компании стали активно рекламировать и внедрять в теплоэнергетику пластинчатые теплообменные аппараты, показывая потребителям только преимущества и умалчивая о недостатках данного оборудования [11].

Первый опыт эксплуатации пластинчатых аппаратов показал, что, имея очевидные преимущества - малые габариты и сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи, - они отличаются повышенной чувствительностью к качеству теплоносителя. Поскольку в «суровых российских условиях», когда качественное соблюдение водно-химического режима весьма затратно, этот недостаток становится весомым аргументом в

пользу выбора кожухотрубных тепло-обменных аппаратов [12].

Применение пластинчатых теплообменников вначале являлось инновационным техническим проектом.

Основным пунктом сравнения аппаратов служит коэффициент теплопередачи, который увеличивается с развитой турбулизацией потока и тонкостенностью теплопередаю-щих пластин (поверхностей теплообмена). Существуют разные данные о коэффициенте теплопередачи, в среднем порядка 4000-6000 кВт/(м2оС). Сравнительно высокий коэффициент теплопередачи дает возможность сделать пластинчатый теплообменник весьма компактным [13].

При эксплуатации этих аппаратов выяснилось, что они быстро выходят из строя из-за деформируемости пластин, которые, кроме того, интенсивно зарастают из-за повышенной жесткости теплоносителя. Основным недостатком пластинчатых теп-лообменных аппаратов является высокая стоимость качественной водо-подготовки, обязательной для них.

По правилам Техники безопасности и Инструкции по эксплуатации [13] разборку и сборку пластинчатого теплообменника необходимо осуществлять со специальными приспособлениями и инструментом. В составе бригады должно быть не менее двух высококвалифицированных ремонтников.

При сборке и разборке пластинчатого аппарата происходит разрушение резиновых уплотнителей (NBR или Nitril), имеющих сложную форму. Стоимость ремонтного комплекта с прокладками может составлять более 50% от стоимости нового пластинчатого теплообменника.

Срок службы резиновых уплотнений по техническим характеристи-

кам составляет 5 лет, что достигается только с использованием герметиков.

Таким образом, за 5-10 лет срока эксплуатации пластинчатого теплообменника придется менять уплотнения по меньшей мере 2 раза [11].

Результаты и их обсуждение

На кафедре теплогазоснабжения и вентиляции Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова ведутся исследования по разработке высокоэффективного кожухотрубного тепло-обменного аппарата, в котором используется эффект повышенной тур-булизации потока нагреваемой жидкости, как и в пластинчатом аппарате [14, 15].

При этом достигается существенное повышение коэффициента теплопередачи. Предложенный интенсивный кожухотрубный теплооб-менный аппарат представлен на рисунке 2.

Исследования изменения тур-булизации на плоской пластине при оснащении ребрами цилиндрической формы нами выполнено с применением современного программного комплекса «AnsysCFX», который позволяет производить различные вычисления в гидродинамике (рис. 3) [16].

Из анализа результатов вычислительного эксперимента можно сделать вывод, что увеличение теплообмена (в конечном итоге коэффициента теплопередачи К) в интенсивном кожухотрубном аппарате с измененной геометрией теплообмена [14] будет достигнуто при высоте ребра 4 мм, скорости 0,7-1,3 м/с, длине зоны завихрений 12 Н.

При этом будет решена основная задача кожухотрубного теплооб-менного аппарата - нагрев большего количества теплоносителя при одинаковых габаритных размерах существующих теплообменных аппаратов.

Ш

Ё ■ими

Г

ЕЕ

ш

Н"

¿At ™* Ä

с

iT

3

2

3

i

a raj

б (b)

в (с)

Рис. 2. Интенсивный кожухотрубный теплообменный аппарат: а - продольный разрез; б - поперечный разрез; в - общий вид теплообменной трубки. 1 - корпус; 2 - патрубок для подачи горячей жидкости; 3 - патрубок отвода охлажденной жидкости; 4 - патрубок для подачи нагреваемой жидкости; 5 - патрубок отвода нагретой жидкости; 6 - фланцевое соединение; 7 - поперечные перегородки; 8 - теплообменные трубки;

9 - пластины; 10 - ребра криволенейного сечения Fig. 2. Intensive shell and tube heat exchanger: a - longitudinal section; b - cross section, c - general view of the heat exchange tube. 1 - body, 2 - nozzle for the supply of hot liquid; 3 - branch pipe for the discharge of the cooled liquid; 4 - connection for the heated liquid; 5 - branch pipe for the heated liquid; 6 - flange connection; 7 - cross baffles; 8 - heat exchange

tubes; 9 - plates; 10 - ribs of the curved section

На основе комплекса теоретических исследований разработан экспериментальный стенд с интенсивным кожухотрубным теплообменным аппаратом с рациональными гидродинамическими и температурными режимами, согласно СП 41-101-95

«Проектирование тепловых пунктов».

Стенд разработан для температурного графика отпуска тепловой энергии от отопительной котельной пгт. Майский Белгородской области (рис. 4).

CD ГО CD CO — — — —>■ ГО ГО ro ГО ГО CO CO CO CO

О ho СП ^J О CO СП CO о го CO со o> bo CD ¡43 СП

CD СЛ CD СП CD CO СП oo CD со СЛ OO CD CO СП oo CD CO СП OO CD

CD го CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD

О CD CD О О —^ — — —ь —v —v — — —»> — — ■— •—ь — — —*

Рис. 3. Графические распределения степени турбулентности потока при различных скоростях поперечного обтекания ребер цилиндрической формы высотой 4 мм: а - скорость поперечного обтекания 0,7 м/с; б - скорость поперечного обтекания 1,0 м/с; в - скорость поперечного обтекания 1,3 м/с Fig. 3. Graphical distributions of the degree of flow turbulence at different velocities of the transverse flow of cylindrical ribs 4 mm high: a - velocity of transverse flow 0,7 m/s, b - velocity of transverse flow 1,0 m/s; c - velocity of transverse flow 1,3 m/s

Рис. 4. Незавивисимая система отопления многоэтажного жилого дома: 1 - подающий трубопровод от источника теплоснабжения; 2 - циркуляционный насос; 3 - регулирующее устройство; 4 - расходомер; 5 - термометр; 6 - подающий трубопровод от теплообменного аппарата; 7 - потребители; 8 - обратный трубопровод от системы отопления; 9 -интенсивный кожухотрубныйтеплообменный аппарат; 10 - обратный трубопровод к источнику теплоснабжения; 11 - источник теплоснабжения; 12 - отключающее устройство (шаровый кран); 13 - манометр;

14 - тепловычислитель Fig. 4. Independent heating system for a multi-storey residential building: 1 - supply pipe from the heat source; 2 - circulating pump; 3 - regulating device; 4 - flow meter;

5 - thermometer, 6 - supply pipe from the heat exchanger; 7 - consumers; 8 - return pipeline from the heating system; 9 - intensive shell-and-tube heat exchanger; 10 - return pipeline to the heat supply source; 11 - heat supply source; 12 - tripping device (ball valve); 13 - manometer;

14 - heat calculator

Для проведения экспериментальных исследований по изучению конструктивно-технологических характеристик теплообменного оборудования нами проведено сравнение технических характеристик трех типов теплообменных аппаратов:

- серийный кожухотрубный аппарат (ГОСТ 27590);

- серийный пластинчатый (ООО «КельвионМашимпэкс», [13]);

- интенсивный кожухотрубный теплообменный аппарат [14-16].

Результаты сравнения технических характеристик представлены в таблице.

Анализ характеристик теплообменных аппаратов одинаковой производительности _Analysis of characteristics of heat exchange devices of identical productivity

Характеристика теплообменных аппаратов / Characteristics of heat exchangers Пластинчатый теплообменник Kelvion NT-50X / Plate heat exchanger Kelvion NT-50X Кожухотрубный теплообменник FUNKEB150 / Shell-and-tube heat exchanger FUNKE B150 Интенсивный кожухотрубный теплообменник/ Intense shell and tube heat exchanger

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Тепловая мощность, МВт / Thermal power, MW 1 1 1

Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2°С) / Heat transfer coefficient, kW/(m2°C) 4 2,5 2,8

Масса в сборе, кг / Complete mass, kg 600 1500 1300

Материал / Material Нержавеющая сталь / Stainless steel Сталь, латунь, нержавеющая сталь / Steel, brass, Stainless steel

Специальный фундамент/ Special foundation Требуется/ Required Разрешается использовать бесфундаментное размещение / It is allowed to use a foundationless placement

Срок службы, лет (по паспорту) / Life time, years (according to the passport) 5-10 15 15

Время разборки, рабочая смена / Disassembly time, working shift 1 0,5 0,5

Чувствительность к вибрации / Sensitivity to vibration Чувствителен / Sensitive Нечувствителен / Insensitive Нечувствителен / Insensitive

Уплотнения / Seals 1. Уплотнения EPDM или Nitril, после разборки необходимо заменить 2. Возможны протечки после механической чистки и сборки на старых уплотнениях / Seals EPDM or Nitril, after disassembly it is necessary to replace 2) Leaks may occur after mechanical cleaning and assembly on old seals При разборной конструкции уплотнения бесклеевые, легко меняются на новые / With the folding design, the glandless seals are easily changed to new ones При разборной конструкции уплотнения бесклеевые, легко меняются на новые / With the folding design, the glandless seals are easily changed to new ones

Характеристика теплообменных аппаратов / Characteristics of heat exchangers

Пластинчатый теплообменник Kelvion NT-50X / Plate heat exchanger Kelvion NT-50X

Кожухотрубный теплообменник FUNKEB150 / Shell-and-tube heat exchanger FUNKE B150

Интенсивный кожухотрубный теплообменник/ Intense shell and tube heat exchanger

Теплоизоляция / Thermal insulation

Необходима / Necessary

Необходима / Necessary

Необходима / Necessary

Доступность для внутреннего осмотра и чистки / Availability for internal inspection and cleaning

Разборный, доступный осмотр, замена любой части, трудность механической очистки пластин / Demountable, accessible inspection, replacement of any part, difficulty of mechanical cleaning _of plates_

Разборный, доступный осмотр, возможна промывка и очистка механическим

способом / Demountable, accessible inspection, possible washing and mechanical cleaning

Разборный, доступный осмотр, возможна промывка и очистка механическим способом / Demountable, accessible inspection, possible washing and mechanical cleaning

Соединение при сборке/ Connection during assembly

Разъёмные/ Sliding

Разъёмные / Sliding

Разъёмные / Sliding

Обнаружение течи при нарушении целостности / Detection of leak in case of integrity violation

Немедленно после возникновения /

Immediately after occurrence

Корпус: немедленно после возникновения; трубки: при проведении химического анализа воды / Body: immediately after the onset; the tube: when carrying out water chemistry analyses

Активная коррозия при температуре более 80оС / Active corrosion at a temperature of more than 80°C

Подвержен при применении некачественных

материалов/ Subject to the use of poor-quality materials

Подвержен при применении некачественных

материалов/ Subject to the use of poor-quality materials

Подвержен при применении некачественных

материалов/ Subject to the use of poor-quality materials

Деформация поверхности теплопередачи при различных давлениях в греющем и нагреваемом контурах / Deformation of the heat transfer surface at various pressures in the heating and heating circuits

Неизбежна / Inevitable

Отсутствует / Absent

Отсутствует / Absent

Изменение коэффициента теплопередачи при деформации поверхности теплопередачи / The change in the coefficient of heat transfer during the overgrowth of the surface

Неизбежно / Inevitable

Отсутствует / Absent

Отсутствует / Absent

Изменение коэффициента

теплопередачи при зарастании поверхности (толщина отложений 0,3 мм) / The change in the coefficient of

heat transfer during the overgrowth of the surface (the thickness of the deposits is _0,3 mm)_

до 2,5 раза меньше / up to 2,5 times less

до 10% / up to 10 percent

Вид промывки / Type of washing

Только химическая / Only chemical

Гидродинамическая (вода), при необходимости - химическая / Hydrodynamic (water), if necessary -chemical

Данные расчетов таблицы получены на основании «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок», утвержденных приказом № 115 от 24 марта 2003 г. (РФ), СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов», Руководства по монтажу и эксплуатации «Разборный пластинчатый теплообменник. ООО «КельвионМашимпэкс» [13, 14], а также на основе классических работ профессора Б.Н. Курици-на [11] и А.Д. Богуславского [12].

Результаты, представленные в таблице, показывают, что интенсивный кожухотрубный аппарат может конкурировать с другими видами теплообменного оборудования.

Выводы

В результате комплекса теоретических и экспериментальных исследований, а также анализа технических характеристик, представленных в таблице, можно сделать вывод о том, что интенсивный кожухотруб-ный теплообменный аппарат с повышенной турбулизацией потока нагреваемой жидкости [14] может достаточно успешно конкурировать с пластинчатым теплообменным аппаратом и использоваться в системах теплоснабжения, особенно ГВС, с исходной водой повышенной жесткости. Это весьма актуально для многих регионов Российской Федерации.

Статья подготовлена в рамках программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова, по гранту № А-35/17 «Интенсификация процессов теплообмена в кожу-хотрубных теплообменных аппаратах энергетики ЖКХ».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Савин В.К., Умнякова Н.П., Волкова Н.Г., Кобышева Н.Б., Клюева М.В. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. М.: Аналитик, 2012. 120 с.

2. Официальный сайт Министерства энергетики Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: https://minenergo.gov.ru (20.12.2017).

3. Олесевич К.А., Олесевич А.К., Осипов М.И. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик кожухот-рубного теплообменного аппарата с винтовой перегородкой // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. 2004. № 2. С. 262-265.

4. Угрюмова С.Д., Попова Е.Ю., Акимов С.А., Панюкова И.В. Интенсификация процессов нагревания и охлаждения в компактных теплообменных аппаратах // Научные труды Дальрыбвтуза. 2011. № 33. С. 204- 210

5. Малышев А.А., Мамченко М.О., Мизин В.М., Киссер К.В. Современные тепло-обменные аппараты в низкотемпературной технике и перерабатывающих производствах // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». 2015. № 1. С. 38-44.

6. Круглов Г.А., Бакунин В.В., Андреева М.В. Теоретические исследования степени взаимосвязи турбулизации потока с коэффициентом теплоотдачи // Вестник Крас-

ноярского государственного аграрного университета. 2015. № 6. С. 67-73.

7. Кунтыш В.Б. Тепловая эффективность вихревой интенсификации теплоотдачи газового потока при продольном и поперечном обтекании круглотрубных поверхностей // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 4. С. 68-75.

8. Mica V. Vukic, Mladen A. Tomic, Predrag M. Zivkovic, Gradimir S. Ilic, Effect of segmental baffles on the shell-and-tube heat exchanger effectiveness. Hemijskaindustrija. 2014, no. 2, pp. 171-177.

9. M.S. Ajithkumar, T. Ganesha, M.C. Math. Analysis to Study the Effects of Inclined Baffles on Fluid Flow in a Shell and Tube Heat Exchanger. International Journal of Research in Advent Technology. 2014, vol. 2, no. 7, pp. 164175.

10. M. Jin, H.J. Liu and X.Y. Wang. Optimization research of sextant fan baffle curvature radius in shell and tube heat exchanger. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017, vol. 231, pp. 1-6.

11. Курицын Б.Н. Кожухотрубные теп-лообменные аппараты, их преимущества и недостатки. М.: Строийздат, 2016. 205 с.

12. Богуславский А.Д. Преимущественные показатели кожухотрубных теплообменников. М.: Строийздат, 2016. 305 с.

13. Разборный пластинчатый теплообменник. ООО «КельвионМашимпэкс». Ру-

ководство по монтажу и эксплуатации. Паспорт, 2016. 15 с.

14. Патент 149737 Российская Федерация, МПК F28D 7/00 Кожухотрубный тепло-обменный аппарат / Н.Ю. Никулин, Л.А. Ку-щев, Д.Ю. Суслов, В.А. Уваров, А.Ю. Феоктистов; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова № 2014134083/06; заявл. 19.08.14; опубл. 20.01.15. М.: Бюл. № 2. 3 с.

15. Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Феоктистов А.Ю., Яковлев Е.А. Интенсификация

тепловых процессов в кожухотрубном тепло-обменном аппарате // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. 2016. № 3. C. 9-17.

16. Kushchev L., Nikulin N., Yakovlev E., Alifanova A. Intensity enhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes. Advances in Engineering Research. 2017, vol. 133, pp. 390-395.

REFERENCES

1. Savin V.K., Umnyakova N.P., Volkova N.G., Kobysheva N.B., Klyueva M.V. SP 131.13330.2012 Stroitel'naya klimatologiya. Ak-tualizirovannaya redaktsiya SNiP 23-01-99 [SP 131.13330.2012 Construction climatology. Updated version of SNiP 23-01-99]. Moscow, Analyst Publ., 2012, 120 p. (In Russian).

2. Ofitsial'nyi sait Ministerstva energetiki RossiiskoiFederatsii [Official website of the Ministry of Energy of the Russian Federation]. Available at: https://minenergo.gov.ru (accessed on 20 December 2017).

3. Oleyshevich K.A., Olesevich A.K., Osipov M.I. Eksperimental'noe issledovanie te-plogidravlicheskikh kharakteristik kozhukhotrub-nogo teploobmennogo apparata s vintovoi pere-gorodkoi [Experimental studies of thermohydrau-lic characteristics of a shell-and-tube heat exchanger with a screw partition]. Vestnik Mosk-ovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo uni-versiteta im. N.E. Baumana [Herald of the Bauman Moscow State Technical University]. 2004, no. 2, pp. 262-265. (In Russian).

4. Ugryumova S.D., Popova E.Yu., Aki-mov S.A., Panyukova I.V. Intensifikatsiya prot-sessov nagrevaniya i okhlazhdeniya v kom-paktnykh teploobmennykh apparatakh [Intensification of heating and cooling processes in compact heat exchangers]. Nauchnye trudy Dal'rybvtuza [Scientific works of Dalrybvtuz]. 2011, no. 33, pp. 204-210. (In Russian).

5. Malyshev A.A., Mamchenko M.O., Mizin V.M., Kisser K.V. Sovremennye teploob-mennye apparaty v nizkotemperaturnoi tekhnike i pererabatyvayushchikh proizvodstvakh [Modern heat exchangers in low-temperature engineering and processing industries]. Nauchnyi zhurnal NIU ITMO. Seriya «Kholodil'naya tekhnika i konditsionirovanie» [Scientific journal NRU ITMO. Series "Refrigeration and Air Conditioning"]. 2015, no. 1, pp. 38-44. (In Russian).

6. Kruglov G.A., Bakunin V.V., Andreeva M.V. Teoreticheskie issledovaniya stepeni vzai-mosvyazi turbulizatsii potoka s koeffitsientom teplootdachi [Theoretical studies of the degree of interrelation between flow turbulence and the index of heat transfer]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulle-

tin of the Krasnoyarsk State Agrarian University]. 2015, no. 6, pp. 67-73. (In Russian).

7. Kuntysh V.B. Teplovaya effektivnost' vikhrevoi intensifikatsii teplootdachi gazovogo potoka pri prodol'nom i poperechnom obtekanii kruglotrubnykh poverkhnostei [Thermal efficiency of vortex intensification of heat transfer of a gas stream for longitudinal and transverse flow around circular-tube surfaces]. Energetika. Iz-vestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i ener-geticheskikh ob"edinenii SNG [Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations]. 2015, no. 4, pp. 58-65. (In Russian).

8. Mica V. Vukic, Mladen A. Tomic, Pre-drag M. Zivkovic, Gradimir S. Ilic, Effect of segmental baffles on the shell-and-tube heat exchanger effectiveness. Hemijska industrija. 2014, no. 2, pp. 171-177.

9. M.S. Ajithkumar, T. Ganesha, M.C. Math. Analysis to Study the Effects of Inclined Baffles on Fluid Flow in a Shell and Tube Heat Exchanger. International Journal of Research in Advent Technology. 2014, vol. 2, no. 7, pp. 164175.

10. M. Jin, H.J. Liu and X.Y. Wang. Optimization research of sextant fan baffle curvature radius in shell and tube heat exchanger. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017, vol. 231, pp. 1-6.

11. Kuritsyn B.N. Kozhukhotrubnye te-ploobmennye apparaty, ikh preimushchestva i nedostatki [Shell and tube heat exchangers, their advantages and disadvantages]. Moscow, Strojzdat Publ., 2016, 205 p. (In Russian).

12. Boguslavsky A.D. Preimushchest-vennye pokazateli kozhukhotrubnykh teploob-mennikov [Advantages of shell-and-tube heat exchangers]. Moscow, Strojzdat Publ., 2016, 305 p. (In Russian).

13. Razbornyi plastinchatyi teploobmen-nik [Demountable plate heat exchanger]. OOO «Kel'vionMashimpeks». Rukovodstvo po mon-tazhu i ekspluatatsii [LLC "KelvionMashimpex". Manual for installation and operation]. Passport Publ., 2016, 15 p. (In Russian).

14. Nikulin N.Yu., Kushchev L.A., Suslov D.Yu., Uvarov V.A., Feoktistov A.Yu. Kozhuk-hotrubnyi teploobmennyi apparat [Shell-and-

tube heat exchanger]. Patent RF, no. 149737, 2015, Moscow, Byulleten' № 2 Publ., 3 p. (In Russian).

15. Kushchev L.A., Nikulin N.Yu., Feok-tistov A.Yu., Yakovlev E.A. Intensifikatsiya te-plovykh protsessov v kozhukhotrubnom te-ploobmennom apparate [Intensification of thermal processes in a shell-and-tube heat exchanger]. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura [Scientific Her-

ald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture]. 2016, no. 3, pp. 9-17. (In Russian).

16. Kushchev L., Nikulin N., Yakovlev E., Alifanova A. Intensity enhancement of heat exchange in shell-tube heat exchangers with smooth pipes. Advances in Engineering Research. 2017, vol. 133, pp. 390-395.

Критерии авторства

Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Овсянников Ю.Г., Алифанова А.И. имеют равные авторские права. Кущев Л.А. несет ответственность за плагиат.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution

Kushchev L.A., Nikulin N.Yu., Ovsyannikov Yu.G., Alifanova A.I. have equal author's rights. Kushchev L.A. bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.