Обмен тепла

Что объединяет ЖКХ, атомную энергетику, судостроение, машиностроение, нефтегазодобывающую, пищевую и химическую промышленность? Сегодня эти отрасли, как и другие ведущие для экономики производства, невозможно успешно развивать без применения теплообменного оборудования.


В традиционном понимании теплообменник представляет собой устройство, предназначенное для передачи тепла между средами, имеющими разные температуры нагрева. Вещество, имеющее высокую температуру и, соответственно, обладающее большей тепловой энергией, называется теплоносителем. Оно отдаёт тепло холодному веществу, нагревая его. Этот процесс теплообмена лёг в основу названия устройства в целом.
В промышленности в качестве теплоносителей применяют водяной пар, горячую воду, дымовые и топочные газы.
Если отойти от академического толкования процесса теплообмена, то необходимость применения промышленного теплообменного оборудования диктуют технологические процессы. Многие параметры производства зависят от температурных режимов, например, скорости протекания и активизации химических реакций. Некоторые процессы должны проходить при высоких температурах, другие, наоборот, при низких. Если в результате теплообменных процессов образуется тепло, его необходимо не только утилизировать, но и получить из этого технологическую и экономическую прибыль.
Наибольшее распространение в теплообменных установках получили такие процессы, как нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, сушка, дистилляция, плавление, кристаллизация, затвердевание. По потенциалу теплотехническое оборудование можно разделить на низкотемпературное, среднетемпературное и высокотемпературное.

«От сотен граммов до сотен тонн»
«Видов теплообменного оборудования на рынке огромное количество. Они делятся и по принципу работы, и в зависимости от того, для какой отрасли предназначены, и ещё по множеству других параметров. К теплообменному оборудованию относятся и обычные батареи отопления, и теплообменное оборудование в двигателе самолёта, используется как в коммунальном хозяйстве, так и во множестве других отраслях: нефтегазовой, химической индустрии, энергетике.Отличаются они и размерами: от небольших устройств до теплообменников в несколько тысяч квадратных метров, а весят они от сотен граммов до сотен тонн», — отмечает аналитик ГК «ФИНАМ» Анатолий Вакуленко.
По принципу действия теплообменные аппараты разделяют на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передаётся через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, подогреватели, конденсаторы.
С ужесточением экологических требований и внедрением концепции энергетической автономности специалисты отмечают, что из рекуперативных аппаратов на рынке востребованы пластинчатые теплообменники.
Пластинчатое теплообменное оборудование имеет надёжную конструкцию и малые габариты. При этом эксперты отмечают, что пластинчатые теплообменники чувствительны к качеству водоподготовки, поэтому при носителях с высоким содержанием крупных механических примесей их применение не целесообразно.
«Пластина — это один из основных элементов теплообменного аппарата. Основным материалом пластин является пищевая нержавеющая сталь, соответствующая американской классификации AISI 316. Для агрессивных сред применяют стали с добавлением титана и различных сплавов. К качеству стали оборудования и комплектующих предъявляют высокие требования», — комментирует заместитель директора по развитию ООО «Функе Сибирь» Сергей Соколов.
Очень широкое распространение в России и во всём мире имеют кожухотрубные теплообменники. Как и пластины, они также относятся к рекуперативным аппаратам. Их широко используют в качестве силовых конденсаторов, предварительных нагревателей, маслоохладителей и парогенераторов. Они имеют сравнительно высокое отношение площади поверхности теплообмена к объёму и весу.
Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей.
В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твёрдого тела. Поэтому такие аппараты также называются поверхностными.
В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путём непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни) и скрубберы.
«Теплообменники также разделяют на паянные и разборные. Как правило, разборные более предпочтительны к использованию на промышленных предприятиях. Если вопрос относится к разборным пластинчатым теплообменникам (РПТО), то предпочтение отдается теплообменникам, на которые сделаны корректные расчёты, а также имеющим наименьшую цену при сравнительно одинаковых характеристиках, таких как площадь теплообмена, коэффициент теплопередачи, потери давления на РПТО, габариты, сроки изготовления и доставки», — отмечает Сергей Соколов.
При выборе теплообменного оборудования стоит обращать внимание на его технологическую простоту и надёжность при эксплуатации, способность выдерживать высокое рабочее давление, противостоять развитию патогенной флоры и формированию соленных отложений во внутренних камерах.


А рынок чей?
Сфера производства теплообменников относится к высокотехнологичным предприятиям, требующая больших затрат на разработку. Примерный объём этого рынка в стране составляет сотни миллиардов рублей, а растёт он порядка 4-7% в год.
По оценкам наших экспертов, производителей теплообменного оборудования на рынке сегодня огромное количество. Профессионалам хорошо известны такие крупные компании как российский «Ридан», шведские компании AlfaLaval и SWEP, немецкие концерны GEA и Funke, датский производитель теплообменников Sondex. Большинство из этих компаний имеют не один десяток сервисных центров по всей стране, и российские предприятия изготавливают теплообменное оборудование по лицензии этих компаний. 
Получается, что ведущие западные игроки импортируют к нам оборудование либо изготавливают его в России на базе своих материалов и комплектующих. Поэтому росткурса доллара и евро негативно сказывается на небольших компаниях, использующих западные комплектующие. В целом опыт сотрудничество между российскими и западными компаниями оценивается экспертами положительно.
«Российские производители теплообменного оборудования успешно конкурируют с иностранными производителями. Это объясняется тем, что наши производители несколько десятилетий создают теплообменники под отечественные стандарты. В стране создано много различных, зачастую уникальных видов теплообменного оборудования, есть конструкторская школа, производственная база для их производства, и всё это можно использовать. Интерес иностранных производителей теплообменного оборудования к местному рынку вылился в создание российских подразделений, организацию совместной работы с отечественными компаниями», — считает Анатолий Вакуленко.

Теплообменник на 3D-принтере
Привычные материалы для производства теплообменников обладают хорошими показателями теплопроводности, но не отличаются эффективной геометрической формой из-за ограничений серийного производства. Между тем, компоновка теплообменника — второй ключевой фактор, влияющий на характеристики, после материала.
Сегодня во всем мире идёт активный поиск новых технологий. Известно, что агентство перспективных исследований в области энергетики США (структурное подразделение Министерства энергетики) поддержало проект печати теплообменников на 3D-принтерах. 
Грант на разработку прототипа для печати теплообменников на 3D-принтерах получила команда исследователей из Университета Висконсин-Мэдисон. 3D-печать металлических изделий пока слишком дорога, поэтому исследователи экспериментируют с вариантами печати изделий из пластика. Пластик плохо передаёт тепло, но учёные стараются выжать максимум, добавляя в пластик керамику.
Авторы проекта считают, что внедрение 3D-печати со временем позволит промышленным дизайнерам работать в направлениях, которые раньше были немыслимы из-за ограничений классической заводской сборки. Затраты на транспортировку также сократятся — энергоэффективные изделия можно будет изготавливать на 3D-принтере неподалёку от места заказа.



Анатолий Вакуленко,

аналитик ГК «ФИНАМ»

«Перспективы развития теплообменного оборудования хорошие. Это оборудование будет востребовано всегда из-за широкой сферы его применения, но, требования к нему будут меняться, и производителям надо будет соответствовать им, чтобы оставаться на рынке.
Что касается тенденций на данном рынке, то можно назвать несколько. Во-первых, это стремление уменьшить потери используемых ресурсов, повышение эффективности работы теплообменного оборудования. Во-вторых, это создание экологичного теплообменного оборудования, вопросам сохранения окружающей среды и уменьшения вредных выбросов производители уделяют всё больше внимания. Сегмент продолжит развиваться, и здесь появляются и новые технологии и новые материалы».




Сергей Соколов,

заместитель директора по развитию ООО «Функе Сибирь»


«Нередко приходится слышать вопросы по обслуживанию теплообменных аппаратов. Какие процедуры необходимо проводить? Осуществляют ли их собственники, производители или специальные сотрудники?
В качестве примера приведу обслуживание разборных пластинчатых теплообменников. Обслуживание РПТО бывает двух видов: разборное и безразборное. В случае разборной промывки агрегат снимают и увозят с места эксплуатации, где подвергают полной разборке и чистке с применением химических и механических средств и с заменой уплотнений. В случае же безразборной промывки к теплообменнику подсоединяют специальная аппаратура, заливают химические средства, которые позволяют удалить все отложения и ржавчину. Также теплообменник при проектировании и установке должен быть правильно обвязан, и в этой обвязке обязательно должны быть манометры и термометры. По показаниям этих приборов делают оценку эффективности работы РПТО. Решение о необходимости проведения обслуживания РПТО принимает собственник, работы эти выполняют сервисные службы производителя либо уполномоченные компании, имеющие необходимые навыки и оборудование».


«Промышленные страницы Сибири» №5 (129) май 2018 г.

скачать pdf

Виктор Хасаншин.




© 2006-2012. Все права защищены. «Единый промышленный портал Сибири»


Цитирование приветствуется при условии указания ссылки на источник - www.epps.ru

© Создание сайта - студия GolDesign.Ru