Zasady optymalnej pracy skraplaczy i wymienników ciepła

Drukuj PDF

Autor

Tomasz Słupik
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o.
Zakład Techniki Cieplnej

Elementem wszystkich instalacji wytwarzania energii elektrycznej i ciepła oraz wielu instalacji przemysłowych są różnego rodzaju wymienniki ciepła. Jednym z warunków prawidłowego funkcjonowania tych instalacji jest zazwyczaj prawidłowa praca wymienników ciepła. Niezbędne do optymalnego eksploatowania wymienników ciepła jest posiadanie należytej wiedzy technicznej opartej na analizie ich charakterystycznych wskaźników pracy wyznaczanych na bazie aparatury pomiarowej zainstalowanej w charakterystycznych miejscach instalacji. Niewłaściwa praca wymiennika oprócz zaburzenia procesu prowadzić może do znacznego wzrostu kosztów eksploatacji instalacji. Przykładem takich wymienników są skraplacze turbinowe, których niewłaściwa praca generuje bardzo duże straty. W niniejszym artykule omówiono praktyczne aspekty kontroli eksploatowanych wymienników ciepła, a celem przytoczonych przykładów jest lepsze zobrazowanie zasadności podejmowania należytej kontroli eksploatacji tego typu urządzeń.

Wykorzystanie wielkości charakteryzujących praktykę eksploatacyjną wymienników ciepła

W teorii dotyczącej wymienników ciepła występuje wiele różnych parametrów pozwalających na opisanie stanu ich pracy. W praktyce eksploatacyjnej korzysta się jednak zazwyczaj z kilku, do których należą przede wszystkim: temperatury, ciśnienia i opory hydrauliczne czynników; spiętrzenia temperatury w wymiennikach; wielkość strumienia czynników przepływających przez wymiennik. Wymienione wielkości służące do opisania stanu technicznego eksploatowanego wymiennika są ze sobą ściśle powiązane i na ich podstawie można wyznaczyć inne wielkości, np. moce przekazywane przez czynnik grzewczy oraz pobierane przez czynnik ogrzewany, straty ciepła do otoczenia, współczynnik przenikania ciepła itp. Poniżej opisano główne wielkości eksploatacyjne wymienników ciepła, możliwe do monitorowania na większości instalacji.

Opór hydrauliczny

Opór hydrauliczny jest miernikiem czystości powierzchni (po stronie czynnika przejmującego i odbierającego ciepło) i wymiany ciepła. Jego wartość stosunkowo łatwo wyznaczyć, ponieważ stanowi różnicę pomiędzy ciśnieniem dolotowym a wylotowym czynnika przepływającego przez wymiennik ciepła. Sama ocena oporu hydraulicznego instalacji wymiennika ciepła musi być dokonana w powiązaniu z towarzyszącym mu przepływem. Krzywą oporu hydraulicznego, który w przybliżeniu jest proporcjonalny do przepływu w drugiej potędze, dobrze odzwierciedla wielomian stopnia drugiego. Każdy wymiennik ciepła posiada swoje parametry nominalne, do których należy również opór hydrauliczny dla znamionowej wartości przepływu czynnika przez wymiennik.

Wzrostowi oporu hydraulicznego towarzyszy zazwyczaj także wzrost oporu cieplnego powodującego pogorszenie wymiany ciepła. Wzrost oporu hydraulicznego jest spowodowany stopniowym zmniejszaniem przekrojów poprzecznych kanałów przepływowych wymiennika ciepła, którego powodem jest osadzający się materiał, posiadający najczęściej gorsze właściwości przewodzenia ciepła. Ze wzrostu oporu można wyznaczyć średnią grubość materiału osadzonego w wymienniku ciepła. W praktyce eksploatacyjnej, jeżeli znany jest skład zanieczyszczeń, możliwe staje się także prognozowanie pogorszenia wymiany ciepła, które przekłada się na wzrost spiętrzenia temperatury – kolejnego praktycznego wskaźnika charakterystycznego dla wymienników ciepła. Tego typu obliczenia są jednak utrudnione, gdyż zakłada się w nich równomierny rozkład osadu w wymiennikach, a dla przeliczeń pozwalających na określenie stopnia pogorszenia wymiany ciepła wymagany jest także skład zanieczyszczeń. W praktyce eksploatacyjnej stan opisany powyżej zachodzi raczej rzadko i zróżnicowanie osiadania osadów na powierzchniach wymiany ciepła może być nieraz znaczące. Niemniej jednak tego typu metoda może stanowić dodatkowe narzędzie, które w miarę eksploatacji może być sukcesywnie walidowane poprzez współczynniki korekcyjne dopracowywane na podstawie doświadczeń zebranych w trakcie prac interwencyjnych zmierzających do przywrócenia znamionowych parametrów pracy wymiennika. Przykład charakterystyki oporów ujmujących grubość osadów zamieszczono na rysunku 1.

Przeczytaj pełny tekst w Biuletynie Naukowo-Technicznym ENERGOPOMIARU, który ukazał się w miesięczniku „Energetyka" - czytaj

Artykuł oparty na referacie wygłoszonym podczas IV Konferencji Szkoleniowej Zakładu Techniki Cieplnej„Optymalizacja procesów energetycznych − dobra praktyka inżynierska w energetyce i przemyśle”,zorganizowanej przez „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Bronisławów, 23−25 kwietnia 2012 r.