Методика диагностирования эффективности змеевикового теплообменника на основе моделирования тепловых и гидродинамических процессов

Abstract

Известно, что на тепловых электростанциях тщательно контролируется качество теплоносителя с помощью специальных приборов, на вход которых подаётся охлаждённая змеевиковым теплообменником проба перегретого пара или конденсата. В процессе снижения температуры теплоносителя с 500 до 25 ºС из-за содержания примесей в охлаждающей воде на наружной поверхности змеевика происходит образование накипных отложений, приводящих к снижению эффективности теплообменника и его отказу вследствие закупорки межтрубного пространства отложениями. Применение параметрического диагностирования эффективности теплообменника, основанной на измерении текущего коэффициента теплопередачи и сравнении его с коэффициентом теплопередачи теплообменника без отложений, позволит назначить рациональные сроки технического обслуживания теплообменника и снизить затраты, связанные с избыточным расходом охлаждающей воды. В работе представлена разработанная в Simcentr Amesim модель подсистемы двухпозиционного автоматического регулирования температуры пробы теплоносителя с функцией диагностирования эффективности змеевикового теплообменника. Модель включает в себя теплообменник, представленный в ячеечной форме, двухпозиционный регулятор, преобразователи температуры и расхода пробы теплоносителя и охлаждающей воды, а также блок управления. Полученные результаты моделирования с имитацией отложений показывают, что при увеличении толщины отложений коэффициент работоспособности теплообменника снижается практически по линейному закону, подтверждая достаточно высокую чувствительность предложенной методики диагностирования. Разработанная методика диагностирования может быть использована в системе подготовки пробы теплоносителя для мониторинга водно-химического режима тепловых электростанций. The coolant quality is carefully monitored at thermal power plants using special devices, the input of which is a sample of superheated steam or condensate cooled by a coil heat exchanger. In the process of reducing the coolant temperature due to the content of impurities in the cooling water on the outer surface of the coil, scale deposits form, leading to a decrease in the efficiency of the heat exchanger and its failure due to blockage of the annulus by deposits. The use of parametric diagnostics of the heat exchanger efficiency, based on comparison of heat transfer coefficient of heat exchanger with and without deposits, will allow to set rational maintenance periods for the heat exchanger and reduce cooling water consumption. The paper presents a model for a subsystem of on-off automatic sample temperature control with a function for the heat exchanger efficiency diagnostic. The obtained simulation results with imitated deposits in the form of a multilayer coil wall show that with an increase in the thickness of deposits, the heat exchanger performance factor decreases almost linearly, confirming the rather high sensitivity of the proposed diagnostic method. The developed diagnostic method can be used in steam and water analyses system.