Диагностика технического состояния теплообменных аппаратов по изменению температурного напора и гидравлического сопротивления

АКТУАЛЬНОСТЬ. Теплообменные аппараты (ТОА) используются во многих сферах промышленности: энергетика, нефтегазовая, химическая, фармацевтическая, металлургическая отрасль. Их значительная доля участия в технологических процессах диктует необходимость тщательного контроля технического состояния во избежание создания аварийных ситуаций.

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы, которые возникают при эксплуатации ТОА. Провести анализ существующих методов диагностики, выявить их плюсы и минусы. Предложить комплексный метод диагностики ТОА, заключающийся в совместном анализе тепловых и гидравлических характеристик для выявления коррозионных отложений, утечек теплоносителя и его перетечек в другой контур. Определить влияние наличия отложений, утечек теплоносителя и его перетечек в другой контур на температурный напор и гидравлическое сопротивление ТОА.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи использовался метод NTU (Number of Transfer Units), формула Дарси-Вейсбаха, а также программа Aspen Exchanger Design & Rating V12.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Составленная математическая модель и проведенные расчеты в Aspen Exchanger Design & Rating V12 показали, что наличие отложений увеличивает температурный напор и гидравлическое сопротивление, а наличие утечки теплоносителя или его перетечки в другой контур уменьшают температурный напор и гидравлическое сопротивление.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Совокупный анализ характеристик температуры и давления в процессе эксплуатации ТОА позволит диагностировать его техническое состояние, а полученные математические модели послужат алгоритмической базой для создания программно-аппаратного комплекса мониторинга в реальном времени. Мониторинг теплогидравлических параметров позволит перейти от плановопредупредительных ремонтов к ремонтам по фактическому состоянию, что минимизирует риск внезапных остановок производства, сокращает эксплуатационные расходы и продлевает ресурс оборудования.

1. Litvinenko A.A., VankovY.V., Timershin A.R., Sharafiev D.E., Ponomarev R.A. The Method of Obtaining Deposits on the Heat Exchange Surface of Heat Exchangers. 2025 7th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE), 2025. DOI: 10.1109/REEPE63962.2025.10970875

2. Гарнышова Е.В., Измайлова Е.В. Контроль отложений на поверхностях теплообменного оборудования методом свободных колебаний. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024;26(4):55-64. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2024-26-4-55-64

3. Гарнышова Е.В., Измайлова Е.В., Ваньков Ю.В. Оценка толщины отложений на внутренней поверхности теплообмена по затуханию собственных колебаний. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020;22(4):106-114. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-4-106-114

4. Корнеев С.В., Демин А.М., Демин М.А., Сорокин В.Н., Кабаков А.Н. Повышение эффективности работы теплообменников компрессорного и технологического оборудования / Вестник СибАДИ, выпуск 3 (25), 2012. – С. 18-21

5. Интернет-ресурс:https://teploobmennik.ridan.ru/articles/protechki-vteploobmennikevidy-prichiny-diagnostika/

6. Пат. №2808982, Российская Федерация, Способ автоматической диагностики наличия отложений на стенках рекуперативного теплообменного аппарата / Аверьянова А.А., АО «Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа», №2808982, опубл. 05.12.2023

7. Орбис-Дияс В.С., Адамова В.А. К диагностике технического состояния теплообменных аппаратов по параметрам эксплуатации // Энергосбережение, №2, 2005. – С. 24.

8. Демин А.М., Науменко А.П. Диагностирование теплообменного оборудования на основе режимных параметров установки гидроочистки дизельных топлив / Омский научный вестник, №4, 2019. – с. 85

9. Пат. 2771269, Российская Федерация, Способ автоматической диагностики состояния рекуперативных теплообменников на установках низкотемпературной сепарации газа, эксплуатируемых на севере РФ / Ефимов А.Н. Патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Газпром добыча Ямбург», № 2021107549, заявл. 22.03.2021, опубл. 29.04.2022

10. Бударин П.А. Основные концепции в параметрическом диагностировании теплообменных аппаратов на наличие в них загрязнений / Бударин П.А., Бубликов И.А., Кравец С.Б. // Вестник АГТУ, №6, 2007. – С. 79-82.

11. Галковский В.А., Чупова М.В. Анализ снижения коэффициента теплопередачи теплообменных аппаратов вследствие загрязнения поверхности // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №2 (2017)

12. Elistratova, Yulia & Seminenko, Artem & Uvarov, Valeriy & Minko, Vsevolod. (2023). Influence of scale deposits on the temperature conditions in the channels of plate-type heat exchangers. Vestnik MGSU. 737-746. 10.22227/1997-0935.2023.5.737-74

13. Anipko, Oleh & Kots, Ivan & Snisarchuk, Dmytro. (2025). ANALYTICAL ASSESSMENT OF THE IMPACT OF DEPOSITS ON HEAT EXCHANGE SURFACES ON HEAT EXCHANGE EFFICIENCY. Modern technology, materials and design in construction.

14. 171-180. 10.31649/2311-1429-2024-2-171-180. 14. Антипов А.И., Голубев Л.Г., Мухтаров Я.С. Влияние отложений в теплообменной аппаратуре на термические сопротивления и энергетические затраты на объектах промысловой подготовки нефти. Проблемы энергетики, 2003, №5-6. – С.28-35.

15. Интернет ресурс: https://ateks38.ru/tpost/lc28ld4rmo-plastinchatie-apparati-delotonkoe-chast