На практике ультразвуковая технология хорошо отработана для кожухотрубных теплообменников. На основе многочисленных промышленных исследований получены эмпирические соотношения, позволяющие определить (при заданных параметрах цикла теплообмена) конфигурацию размещения точек ввода ультразвуковых колебаний в теплообменник и мощность ультразвуковых колебаний, которая необходима для уменьшения скорости образования отложений в заданное число раз. Проверка эмпирических соотношений при озвучивании конкретных теплообменников показала хорошее совпадение прогнозируемой скорости образования отложений с фактической [2], [3].

но конструктивные особенности пластинчатых теплообменников не позволяют непосредственно использовать накопленный опыт. Основными нерешенными вопросами являются: конфигурация размещения точек ввода ультразвуковых колебаний в теплообменник, необходимые мощности ультразвуковых колебаний и эффективность предотвращения отложений накипи данной конфигурацией при различных тепловых нагрузках теплообменника.

Наличие накипи на теплообменных поверхностях существенно снижает эффективность работы пластинчатых теплообменников. k теплопередачи через теплообменную поверхность при наличии на ней слоя накипи определяется следующим выражением [4]:

k = 1 / (1/ac + 1/aв + dcт /lcт + dн /lн),

где ac, aв – коэффициенты теплоотдачи сетевой и водопроводной воды;

lcт, lн – коэффициенты теплопроводности;

dcт, dн – толщины, соответственно, стали и накипи.

Увеличение слоя накипи приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи теплообменной поверхности и, как следствие этого, увеличению количества потребляемой греющей воды и росту ее выходной температуры.

В паяных пластинчатых теплообменниках прямое измерение толщины отложений на теплообменной поверхности затруднено, поэтому эффективность работы подогревателя обычно оценивают по измеряемым параметрам цикла теплообмена: разности давлений на входе и выходе теплообменника в контуре нагреваемой воды и среднесуточной температуре обратной сетевой воды. Когда один или оба эти параметра достигают критического значения, эффективность работы теплообменника падает и для его дальнейшей эксплуатации необходима химическая чистка теплообменной поверхности. Несмотря на существенное влияние неконтролируемых текущих изменений тепловой нагрузки на указанные параметры, их среднесуточные значения позволяют судить о степени загрязнения теплообменника.

Применение ультразвукового метода предупреждения образования накипных отложений в несколько раз уменьшает v загрязнения теплообменника. Использование той же измерительной базы для оценки эфф. работы теплообменника требует значительного увеличения времени наблюдений. При этом на контролируемые параметры могут оказывать влияние не только толщина отложений, но и другие медленно изменяющиеся циклы, такие как сезонное изменение входной температуры сетевой воды и изменение тепловой нагрузки. Анализ накопленной за два года непрерывных наблюдений базы данных по шести теплообменникам показал, что использование усредненных за неделю значений контролируемых параметров достаточно для оценки эфф. работы теплообменника, который оснащен противонакипным устройством.

Эффективность предотвращения образования накипи на теплообменных поверхностях оценивалась по работе пластинчатых подогревателей, оснащенных ультразвуковыми противонакипными устройствами с одним преобразователем типа ПМСИ3М. Разработанное согласующее устройство одновременно обеспечивало как возбуждение ультразвуковых колебаний в воде, так и защиту от ультразвука конструкции теплообменника. Точка ввода ультразвука в контур нагреваемой воды выбиралась из условия наибольшей близости к области вероятного появления отложений с учетом конструктивных особенностей конкретного теплообменника. Фотография теплообменника, оснащенного магнитострикционным ультразвуковым преобразователем, показана на 1.

Выбранные для исследования теплообменники ГВС существенно отличались друг от друга тепловыми нагрузками. Теплообменник № 1 со средним расходом греющей воды 120 т/сут. до установки ультразвукового противонакипного устройства эксплуатировался в течение пяти лет. Условия работы теплообменника были таковы, что он быстро засорялся и требовал продувки каждые 1,5 месяца. Теплообменник № 2 со средним расходом греющей воды 80 т/сут. и № 3 со средним расходом греющей воды 30 т/сут. до установки противонакипных устройств эксплуатировались в течение одного года.

Результаты измерений параметров работы теплообменника № 1 в периоды отключения отопления в 2000 (до установки противонакипного устройства), 2001 и 2002 годах приведены на Стрелками отмечены даты проведения чистки теплообменника методом обратной продувки. Приведенные данные, усредненные за неделю, показывают, что в течение года после установки на выход теплообменника ультразвукового устройства с кобальтовым преобразователем v засорения снизилась в 3–5 раз. Эффективность работы теплообменника сохранилась на том же уровне и в следующем году.

При установке на входе в теплообменник № 2 ультразвукового устройства с кобальтовым преобразователем температура обратной воды в 2002 году по сравнению с 2001 годом снизилась в среднем за сезон на 1,5°C ( . При этом разность давлений на входе и выходе теплообменника в контуре нагреваемой воды снизилась с 0,30 атм в 2001 году до 0,18 атм в 2002 году.

Режим работы теплообменника № 3 приведен на Анализ данных демонстрирует, что после установки на входе в теплообменник ультразвукового устройства с никелевым преобразователем температура обратной сетевой воды в 2002 году по сравнению с 2001 годом в среднем снизилась на 4°C.

Комплексный анализ параметров работы исследовавшихся теплообменников (входная и выходная температура греющей воды, выходная температура нагреваемой воды, расход греющей воды, потребляемый тепловой поток и разность давлений на входе и выходе теплообменника по контуру нагреваемой воды) позволяет сделать вывод о повышении эфф. работы всех трех теплообменников. Использование рассчитанной конфигурации точек ввода ультразвуковых колебаний в теплообменник и оптимальный подбор типа ультразвукового преобразователя позволяют снизить v образования накипи на теплообменных поверхностях в 3–5 раз и при той же тепловой нагрузке добиться снижения температуры сетевой обратной воды на 3–4°C.

Литература
Методические указания по безреагентным способам очистки теплообменного оборудования от отложений. Руководящий документ для тепловых станций и котельных. РД 15334.137.4100 Москва, 200 24 с.

Волк Г. М., Галутин В. З. Исследование эфф. применения ультразвуковой технологии предотвращения накипеобразования в деаэраторе атмосферного давления. Энергетик. 199 № С. 31–32.

Волк Г. М., Галутин В. З. Об эфф. ультразвуковой защиты подогревателей МВН от накипи. Энергетик. 199 № С. 21–22.

Зингер Н. М., Тарадай А. М., Бармина Л. С. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1995.