Целесообразность применения ИТП на базе пластинчатых теплообменников
Опубликовано: 01 марта 2013 г.
954
М. Василевский
В последние годы при организации систем теплоснабжения широкое применение нашли автоматизированные индивидуальные тепловые пункты (ИТП). Это комплекс оборудования, предназначенный для распределения тепла, поступающего из тепловой сети, между потребителями в соответствии с установленными для них видом и параметрами теплоносителя. В ИТП применяются преимущественно разборные пластинчатые теплообменники.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
В течение многих лет теплоснабжение в районах массовой застройки осуществлялось от ТЭЦ или мощных котельных через центральные тепловые пункты (ЦТП) на основе кожухотрубных водоводяных подогревателей (ВВП). Такая система имеет целый ряд недостатков. Управление процессом отопления конечных потребителей осуществляется только посредством регулировки температуры или напора теплоносителя в котельной. Это делает задачу обеспечения одинаковых параметров отопления всех зданий крайне затруднительной и приводит к так называемым «недотопам» и «перетопам».
Латунные трубки кожухотрубных теплообменников в системе отопления ГВС подвержены интенсивному обрастанию солями жесткости, а они плохо поддаются чистке. Замена поврежденных трубок затруднена, а часто и невозможна, что снижает эффективность их работы и требует значительных эксплуатационных расходов. Для последовательного соединения таких трубных секций применяют специальные соединительные калачи, через поверхность которых часть теплоты уходит в окружающую среду. Кожухотрубные ВВП имеют значительные габариты и вес, они отличаются невысоким КПД, их трудно подбирать под индивидуальные особенности теплового пункта.
Однако развитие технической мысли в последние десятилетия дало возможность изменить сам принцип регулирования теплоснабжения зданий. Управление подачей тепла в здание теперь может осуществляться непосредственно на входе теплоносителя в здание посредством индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) на базе пластинчатых теплообменников, представляющих собой пакет гофрированных пластин, крепящихся на раме либо запаянными секциями, либо набором пластин, загерметизированным резиновыми уплотнениями. Количество пластин в теплообменнике, их материал, форма и размер определяются конкретной задачей теплообмена двух сред. Для изготовления пластин с гофрированной поверхностью применяются металлы, поддающиеся штамповке. В зависимости от области применения пластины могут быть изготовлены из титана, хромоникелевых, хромоникелемолибденовых нержавеющих сталей и др. Для изготовления уплотнений стандартными материалами является нитриловая резина NBR (для низких температур и нефтепродуктов), этиленпропиленовая резина EPDM (для высоких температур), материал Viton. Большинство выпускаемых разборных пластинчатых теплообменников предназначено для работы при t от –25 до +180 °С и максимальном давлении до 25 бар.
По сравнению с традиционными кожухотрубными аппаратами пластинчатые теплообменники имеют целый ряд преимуществ, такие как компактность, малая металлоемкость, высокая ремонтопригодность (при засорении или замене пластины аппарат может быть разобран, промыт и собран двумя работниками в течение 4 ч). А главное, коэффициент теплопередачи в пластинчатых теплообменниках в 3–4 раза больше, чем в кожухотрубных, благодаря специальному гофрированному профилю проточной части пластины, обеспечивающему высокую степень турбулизации потоков теплоносителей. К тому же, тепловые пункты на основе пластинчатых теплообменников могут «подстраиваться» под конечного потребителя: в случае необходимости мощность ИТП может быть легко уменьшена или увеличена простым извлечением или добавлением пластин, то есть сокращением или увеличением площади поверхности теплообмена в теплообменнике.
Выделяют малые, большие и блочно-модульные ИТП. Малые индивидуальные тепловые пункты предназначаются для домов на одну семью и небольших строений, которые подключены непосредственно к сети централизованного теплоснабжения. Они рассчитаны на нагрев воды ГВС и отопление помещений общей мощностью до 40 кВт. Большие ИТП предназначены для многоквартирных домов или больших зданий. Их мощность может составлять от 50 кВт до 2 МВт. Модульные тепловые пункты – это полностью законченные заводские изделия, с помощью которых реконструируемые или вновь строящиеся объекты (жилые дома) подключаются к тепловым сетям в наиболее короткие сроки.
ИТП устанавливаются на входе системы теплоснабжения каждого потребителя и оптимизируют регулирование тепловой мощности, поддерживая температуру теплоносителя в зависимости от наружной температуры, исключая «перегрев» и «недогрев» помещений. Таким образом, решается извечная для нашей страны проблема обеспечения одинаковых параметров отопления во всех домах.
Обычно ИТП располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещен в отдельно стоящем сооружении. Его основная задача – поддерживать заданную температуру теплоносителя на входе в систему отопления дома в зависимости от температуры наружного воздуха по графику, рассчитанному на усредненное здание и на климатические условия местности. ИТП начинает подавать в систему отопления дома теплоноситель с t +40 оС, когда t наружного воздуха становится ниже +8 оС, при –10 оС t теплоносителя поддерживается на уровне +70 оС, при –28 оС t достигает +95 оС (приведенный температурный график рассчитан на обогрев здания с нормальной теплоизоляцией).
Использование ИТП предусматривает переход от 4-х на 2-хтрубную схему теплоснабжения жилых домов. Таким образом, за счет сокращения протяженности труб ГВС пятикратно снижается потребляемая электрическая мощность, требуемая для прокачки теплоносителя от магистральной тепловой сети до жилого дома.
ИТП оснащается зарезервированными циркуляционными насосами, датчиками, контролирующими температуру, давление, расход теплоносителя, горячей воды и электроэнергии, состояние оборудования, а также вычислительным устройством, управляющим исполнительными механизмами, запоминающим и передающим всю информацию по цифровым каналам связи в оперативно-диспетчерскую службу теплосети. Дежурный диспетчер знает текущее состояние объектов и всех измеряемых значений на текущий момент времени, он может управлять элементами ИТП, если потребуется – восстановить историю состояния оборудования и параметров, просмотреть ее на мониторе компьютера или распечатать журнал событий.
Вся коммерческая информация на виду: сколько тепловой энергии получил, а правильнее – купил, домовладелец, какие ресурсы в обеспечение этого были потрачены производителем тепла: теплоносителя, воды, электроэнергии.
Примеры внедрения ИТП имеются в Москве, Санкт-Петербурге, Мурманске, Казани, Челябинске, Тольятти, Уфе, Ижевске, Краснодаре и других городах нашей страны. Например, в Татарстане и Чувашии такие проекты возведены в ранг республиканских законов. Недавно Государственный комитет Кабардино-Балкарской Республики по ЖКХ осуществил пилотный проект по оборудованию теплопунктами многоквартирного жилого дома в Нальчике.
Одним из наиболее показательных примеров является реконструкция систем теплоснабжения в г. Мытищи (Московская обл.), где проект работы осуществляется муниципальными властями совместно с компанией «Мытищинская теплосеть». Это оператор теплоснабжения, созданный на базе советского теплосетевого треста в 1990-х гг., а сегодня арендующий местное теплосетевое хозяйство. Компания занимает около 90 % локального рынка тепла.
Теплосети Мытищ были построены в 1960-е гг. В итоге к 2000 г. около 75 % трубопроводов имели предельный износ, потери тепла достигали 30–60 %. Программа реконструкции развивалась в трех стратегических направлениях. Во-первых, полностью заменялась сеть трубопроводов протяженностью 300 км. Вместо старых труб укладывались современные в пенополиуретановой (ППУ) изоляции со встроенной системой диспетчерского контроля. Во-вторых, заменялось оборудование котельных. В-третьих, в домах устанавливались ИТП, которых за 12 лет было установлено порядка 900 единиц (80 % от необходимого количества). Потери тепла сократились с 30 до 10 %. Преимущества реконструкции теплоснабжения в полной мере проявятся, когда все дома, входящие в одну систему отопления, будут оснащены ИТП, как это уже сделано в пос. Пироговский Мытищенского района.
По мнению экспертов, для нового микрорайона капитальные затраты на постройку ИТП в каждом доме меньше в 2,5–3 раза, чем затраты на постройку ЦТП и четырехтрубную систему. И расход электроэнергии на отпуск 1 Гкал при этом в 3–4 раза меньше. Удельный расход электроэнергии на ИТП меньше, поскольку в ЦТП вода гоняется по всему микрорайону, а в новых домах с ИТП потребляемая электрическая мощность составляет до 2 кВт.
Основными производителями блочно-модульных ИТП в России являются Alfa-Laval, «ГЕА «Машимпэкс», «Промарматура XXI – век», «ПромСервис», «Ридан», «НПФ Теплоком», «Техэнергострой», БМК «Энерголидер» и некоторые другие компании. О продукции некоторых из них расскажем более подробно.
ИТП «Альфа Лаваль»
Компания «Альфа Лаваль» ежегодно выпускает более 15 тыс. различных ИТП под торговой маркой Cetetherm. В России установлено уже более тысячи ИТП производства этой компании. В числе объектов, на которых эксплуатируется оборудование «Альфа Лаваль», можно назвать Кремль, Храм Христа Спасителя, деловой комплекс Москва-Сити, Третьяковскую галерею, здания Государственной думы, Правительства РФ и др.
Тепловые пункты компании Cetetherm являются индивидуально спроектированными устройствами заводской готовности для обеспечения работы контуров отопления, ГВС и, возможно, вентиляции в жилых, общественных или промышленных зданиях с теплоснабжением от котельной или ТЭЦ. В теплопунктах Cetetherm обычно используются паяные пластинчатые теплообменники типа СВ. Все точки стыков пластин теплообменника спаяны между собой, поэтому СВ легко использовать в системах с высокими давлением и температурой. Теплоизоляцией служат легкосъемные полукожухи из 30 мм пенополиуретана, покрытого сверху слоем твердого пластика. Резьбовые или фланцевые присоединения дают возможность легко снять или заменить теплообменники. Теплообменники серии СВ можно сконфигурировать как однопроходные, двухпроходные или многопроходные установки, в зависимости от требований проекта.
Модельный ряд Cetetherm включает такие серии ИТП, как Cetetherm Mini IS и Mini ECO (отопление и ГВС коттеджей и двухквартирных домов, напрямую подключенных к системе центрального теплоснабжения), Cetetherm Mini XL (подключение малоквартирных домов к локальной теплосети), Cetetherm Maxi (подключение зданий к централизованному теплоснабжению). Для подключения к централизованным теплосетям также предлагается тепловой пункт Midi Compact, имеющий 4 типоразмера (75, 100, 150 и 250 кВт). В ИТП Cetetherm уровень нагрева регулируется автоматически в зависимости от фактической температуры на улице и желаемой температуры в доме. Вода для нужд ГВС подогревается при помощи отдельного теплообменника (одного или нескольких), входящего в состав ИТП.
ИТП ЗАО «НТО «Галакс»
Автоматизированные блочные тепловые пункты модели «Галакс АТП» изготавливаются на производственной базе ЗАО «НТО «Галакс» и являются комплексами полной заводской готовности. Оборудование выпускается на базе пластинчатых теплообменников Alfa Laval (Швеция), Danfoss (Дания), SWEP (Швеция), комплектуется насосами Wilo (Германия), Grunfos (Дания) IMP pumps (Словения), запорно-регулирующей арматурой Naval (Финляндия), Broen (Дания), регуляторами температуры и давления LDM (Германия), Siemens (Германия), Armstrong (Бельгия) и другим оборудованием. Диапазоны тепловых нагрузок – от 8 кВт (0,07 Гкал/ч) до 10 000 кВт (8,6 Гкал/ч).
В качестве теплоносителей может использоваться сетевая вода и/или пар от котельных и ТЭЦ; нагретая вода от электрических и пиролизных котлов или от тепловых насосов; незамерзающие жидкости (водные растворы пропиленгликоля, этиленгликоля и др.) от систем утилизации тепла газопоршневых или дизельных электростанций, от электрических и пиролизных котлов, от тепловых насосов и вакуумных солнечных коллекторов. По требованию заказчика тепловые пункты «Галакс АТП» дополнительно оснащаются узлами ввода; узлами учета тепловой энергии; узлами сбора и возврата конденсата (для паровых тепловых пунктов); электрическими или пиролизными котлами; бойлерами косвенного или прямого нагрева для ГВС; высокотемпературными (нагрев теплоносителя до 90 °С) парокомпрессионными тепловыми насосами; абсорбционными или адсорбционными холодильными машинами; солнечными водонагревателями (вакуумные солнечные коллектора) и т.д.
ИТП «ГЕА Машимпэкс»
«ГЕА Машимпэкс» производит ИТП модульного типа, которые предназначены для систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции промышленных и жилых объектов, офисов и других строений площадью от 50 м2. В качестве основного узла применяются разборные и паяные пластинчатые теплообменники, выпускаемые на собственных производственных базах в Москве и Новосибирске по технологии и чертежам немецкой компании GEA Ecoflex. Теплообменники от «ГЕА Машимпэкс» имеют КПД 96% и выше и широкий диапазон мощности: от 2–4 кВт до нескольких десятков МВт. Номенклатура представлена сериями Varitherm (VT), NT, NX, NH (для систем с высокими давлениями) и NF (со свободными каналами для любых сред).
Пластины теплообменников изготавливаются из нержавеющей стали А316 производства заводов Thyssen Krupp. Герметичность теплообменников обеспечивается с помощью термо- и маслоустойчивых уплотнений из нитриловой резины NBR (до 150 °С) и этилен-пропиленовой резины EPDM (до 170 °С). Крепление уплотнений пластин теплообменников выполнено по технологии LOC-IN (серия Varitherm) и ECO-LOC (серия NT).
.bmp)
Пластинчатые теплообменники «ГЕА Машимпэкс» обладают эффектом самоочистки от накипи, который обеспечивается высокой турбулентностью потока. Помимо теплообменников, в ИТП «ГЕА Машимпэкс» используются циркуляционные и подпиточные насосы мировых лидеров насосостроения. Система автоматики Siemens, включающая регулирующую арматуру, регулятор перепада давления, датчики и контроллер, позволяет создать систему автоматизации и диспетчеризации теплового пункта любой сложности и объема.
ИТП НПО «Наука»
Специалисты НПО «Наука» (г. Чебоксары, Чувашская Республика) разработали стандартный блочный индивидуальный тепловой пункт заводской сборки. Он предназначен для нагрева поступающей из водопроводной сети холодной воды до заданной температуры, обычно до +60 °С и ее рециркуляции в контуре ГВС здания; нагрева местной воды в системе отопления до расчетной температуры и обеспечения ее циркуляции в контуре отопительной системы здания; для заполнения и подпитки системы отопления; создания в системе отопления необходимого статического давления.
Давление в подающем трубопроводе БИТП – не выше 16 бар. Давление в обратном трубопроводе – не выше 6 бар. Температурный график ГС: вход/выход греющей стороны – 70/40 °С; вход/выход подогреваемой стороны – 5/60 °С. Расчетная тепловая мощность – 0,22 Гкал/ч.
ИТП ЗАО «ПромСервис»
ЗАО «ПромСервис» выпускает блочно-модульные ИТП различного назначения (отопление, ГВС, ХВС, модули учета, модули регулирования). Блочный модуль для подготовки воды системы ГВС предназначен для подогрева и поддержания температуры горячей воды в многоквартирных жилых домах и административных зданиях. Состоит из водоподогревателя (пластинчатого теплообменника), регулятора температуры, циркуляционного насоса, преобразователя расхода, термометров, манометров, фильтров, запорной трубопроводной арматуры. Блочный модуль регулирования является комплектным изделием заводской сборки и предназначен для автоматизированного управления параметрами теплоносителя в системах отопления жилых и производственных зданий в зависимости от температуры наружного воздуха при оптимизации расхода тепловой энергии. Блочный модуль учета включает в себя узел приготовления теплоносителя с присоединительной арматурой, регуляторами перепада давления (если необходимо), спускниками, манометрами, термометрами, грязевиком и узел коммерческого учета тепла и теплоносителя, который имеет в своем составе теплосчетчик с системой диспетчеризации (по заказу), шкаф связи и управления. На блочные модули ЗАО «ПромСервис» распространяется европейская система управления качеством ISO 9001, ISO 14001, ISO 18001 при производстве и выходном контроле.
ИТП «Ридан»
По техническому заданию заказчика специалисты производственно-инжиниринговой компании «Ридан» проектируют блочные тепловые пункты (БТП). Это готовые изделия, оснащенные теплообменниками, насосами, клапанами с электроприводами, электронной системой их управления, электрическим шкафом, регуляторами давления, арматурой, манометрами, термометрами, датчиками и т.п. Установку остается подключить к наружным и внутренним трубопроводам, к источнику электроэнергии и изделие готово к эксплуатации.
Технической базой инженерных разработок компании «Ридан» являются разборные пластинчатые теплообменники собственного производства. Производственный комплекс «Ридан» располагается в г. Дзержинске (Нижегородская обл.). Мощность производства составляет более 10 тыс. пластинчатых теплообменников в год. Компания выпускает обширный типоразмерный ряд теплообменников, рабочая t которых варьируется от –30 до +200 °С. Рабочее давление – до 25 бар. Материал пластин – AISI 304, AISI 316, SMO 254, Titanium, Hastelloy C-276. Материал прокладок – EPDM, Nitrile, Viton. Материал пластин и прокладок подбирается в зависимости от состава рабочей среды.
БТП «Ридан», кроме теплообменников собственного производства, комплектуется оборудованием ведущих производителей: насосами Grundfos или Wilo, автоматикой Danfoss, арматурой Broen. Конструкторский отдел обеспечивает компактность и эстетичный внешний вид за счет отрисовки БТП в 3D-модели. Кроме того, компания выпускает для ИТП автоматизированный узел подключения системы ГВС «Waterline», выполненный в виде изделия заводской готовности на основе схемы «с заниженной обраткой».
Блоки изготавливаются стандартно, в виде пяти номенклатурных позиций на основе трех типов разборных теплообменников (НН№08, НН№20, НН№47) и пяти вариантов обвязки, что позволяет закрывать диапазон расчетных нагрузок в пределах 0,01–3,0 Гкал/ч. Масса – от 195 до 1460 кг. Конструктивно блок смонтирован на раме, укомплектован необходимой автоматикой на базе регулятора температуры прямого действия или электронного контроллера ECL, контрольно-измерительными приборами, фильтром, запорной арматурой.
Поделиться: