кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Вот этот кожухотрубчатый теплообменник — кажется, всё просто: труба в трубе, но как начнёшь считать теплопередачу при работе с забортной водой... Иногда смотрю на эти ГОСТовские расчёты и думаю: они в курсе, что в Охотском море медузы трубки забивают за сезон? На бумаге КПД 85%, а по факту после полугода эксплуатации падает до 60%, если не ставить фильтры с ячейкой меньше 2 мм. У нас на ООО Дандун Восточный морской завод как-то поставили аппарат без учёта вибрации — через три месяца трубки пошли ?ёлочкой?.

Конструкционные просчёты и чем за это платят

Помню, в 2019 году для рыболовного траулера делали теплообменник с латунными трубками — вроде логично, медь-цинк стойкость к морской воде должна давать. Но при температуре выше 70° началась ускоренная децинкификация, через полгода вернулись с дырками в зоне охлаждения масла. Пришлось переходить на медно-никелевый сплав, хотя изначальная смета выросла на 40%.

Сейчас на нашем производстве всегда тестируем комбинации материалов: для парового контура — углеродистая сталь, для морской воды — хотя бы 90/10 медно-никелевый сплав. Но некоторые заказчики до сих пор пытаются экономить на материале трубок — потом удивляются, почему межтрубное пространство зарастает в два раза быстрее расчётного.

Самое коварное — это расчёт теплового расширения. Один раз собрали аппарат с жёстким креплением трубных решёток — после первых же циклов прогрева появились микротрещины в развальцовке. Пришлось внедрять компенсаторы на кожухе, хотя по первоначальным расчётам они были ?избыточными?.

Монтажные тонкости, которые не пишут в инструкциях

При установке на судне главная ошибка — не учитывать вибрацию от главного двигателя. Стандартные резиновые прокладки под опорами работают до первого шторма, потом металл устаёт в точках крепления. Мы сейчас всегда рекомендуем ставить амортизаторы с частотой на 15-20% ниже рабочей частоты вращения винта — данные с ООО Дандун Восточный морской завод показывают, что это снижает риск разрушения трубок на 70%.

Ещё нюанс — ориентация патрубков. Если вход забортной воды расположить в верхней части, воздушные пробки гарантированы. Но видел проекты, где так и сделано — видимо, чертёжник никогда не запускал систему после ремонта в доке.

При обвязке трубопроводами часто забывают про компенсационные петли — когда судовые трубопроводы ?играют? от температурных нагрузок, вся нагрузка идёт на соединения теплообменника. Лучше добавить лишний сильфонный компенсатор, чем потом заваривать трещины в кожухе.

Эксплуатационные кошмары и как с ними жить

Чистка — отдельная история. Химическая промывка кислотой даёт результат, но если переборщить с концентрацией — прощай, защитная оксидная плёнка на трубках. Механическая чистка щётками опасна повреждением развальцовки. Мы нашли компромисс: сначала гидроимпульсная промывка под давлением 40-50 бар, потом слабый раствор лимонной кислоты с ингибитором коррозии.

Контроль состояния без разборки — тема для отдельного разговора. Термография помогает, но только если перепад температур значительный. Для ранней диагностики забитых трубок мы на восточном морском заводе используем комбинацию методов: контроль перепада давления + анализ температуры на выходе с построением трендов.

Самое неприятное — когда в межтрубное пространство попадает масло из системы смазки. При температуре выше 90° начинается коксование, очистить практически невозможно. Приходится менять весь пучок труб, а это до 60% стоимости нового аппарата.

Проектные допущения, которые стоят денег

Расчётная температура забортной воды — вечная проблема. По нормам берут +15°, но в тропиках вода прогревается до +30°, а в арктических широтах падает до -2°. Разница в площади теплообмена получается до 25%, если не заложить запас на этапе проектирования.

Запас по поверхности — ещё один спорный момент. Некоторые проектировщики дают 10-15%, но для судовых условий лучше 20-25%, особенно если речь о теплообменниках для охлаждения генераторных установок — там нагрузка скачет постоянно.

Расположение перегородок в межтрубном пространстве часто копируют с наземных аналогов, но на судне важнее устойчивость к качке. Мы экспериментальным путём пришли к шагу перегородок на 15-20% меньше, чем рекомендуется в ГОСТ 14246 — меньше вибрационное воздействие при работе в шторм.

Ремонтные истории с нашего завода

Был случай с буровым судном — теплообменник начал течь через 8 месяцев. При вскрытии обнаружили эрозию трубок в зоне входа потока. Оказалось, проектировщик не учёл кавитацию при работе насоса на повышенных оборотах — скорость потока в трубках превышала 3 м/с.

Другой пример — для танкера делали аппарат с нержавеющими трубками. После года эксплуатации началось точечное коррозионное разрушение. Анализ показал — проблема в застойных зонах из-за неправильной схемы обвязки. Пришлось переделывать всю систему патрубков.

Сейчас при проектировании кожухотрубчатых теплообменников мы всегда запрашиваем реальные условия эксплуатации, а не только паспортные данные. Особенно важно знать режимы работы главного двигателя — от этого зависит вибрационная нагрузка.

Что в итоге работает на флоте

За 15 лет через наши руки прошли сотни теплообменников — от небольших для систем кондиционирования до гигантов для охлаждения СЭУ. Вывод простой: универсальных решений нет. Для каждого судна, для каждого района плавания нужен индивидуальный расчёт.

Сейчас в ООО Дандун Восточный морской завод разработали свою методику подбора материалов пучка трубок в зависимости от солёности воды и температурного режима. Не идеально, но на 30% снизило количество рекламаций по коррозии.

Главное — не гнаться за дешёвыми решениями. Сэкономленные на этапе проектирования 20% оборачиваются двукратными затратами на ремонты в первый же год эксплуатации. Особенно это касается судов, работающих в сложных климатических условиях — там каждый элемент должен иметь запас прочности.