Теплообменным аппаратам ТТАИ 30 лет, а вопросы у специалистов не иссякают.
Помогут ли вебинары?

В. Г. Барон, канд. техн. наук, профессор, директор ООО «Теплообмен» (Севастополь)

Теплообменные аппараты ТТАИ (рис. 1) были разработаны сразу после распада Советского Союза на базе опыта и научно-технологических наработок, накопленных в процессе создания теплообменных аппаратов для всех типов и классов кораблей флотов СССР (в Севастополе располагалось закрытое проектное бюро, головное в структуре Минсудпрома СССР).

Первые, созданные уже в общепромышленных целях теплообменники ТТАИ были установлены в 1992 году в одной из котельных теплосети Севастополя. Они поразили специалистов своими характеристиками – на тот момент в теплосети Севастополя появились первые западные пластинчатые теплообменники, которые воспринимались как невероятный прорыв в области теплопередачи, и вдруг оказалось, что собственные разработки превзошли западные чудо-теплообменники по всему комплексу потребительских свойств. Поставленные на опытно-промышленную эксплуатацию теплообменники ТТАИ полностью подтвердили заявленные характеристики: обеспечили необходимые тепловые характеристики и при этом оказались почти в 10 раз легче западных образцов, имели значительно меньший габаритный объем, были существенно проще в монтаже и могли быть установлены в очень небольшом помещении, в котором невозможно было разместить западные пластинчатые теплообменники. Следует отметить, что эти теплообменники ТТАИ до сих пор эксплуатируются по прямому назначению.

Рисунок 1. Теплообменные аппараты ТТАИ

С тех пор теплообменные аппараты ТТАИ, непрерывно совершенствуясь (наше предприятие постоянно ведет НИОКР), неизменно демонстрируют на разных объектах, по разному назначению, у различных заказчиков в разных странах (до отдельных санкций против Севастополя поставки теплообменников ТТАИ на экспорт составляли больше 50 % общего объема поставок) высокие потребительские свойства.

К сожалению, по ряду причин наш рынок был отдан на откуп западным фирмам (подробнее об этом читайте в [1, 2]). На этом фоне информация об отечественных теплообменных аппаратах ТТАИ просто терялась в потоке рекламы западных теплообменников и, как выясняется, была просто неизвестна многим проектным, монтажным и эксплуатирующим фирмам, не говоря уж о заказчиках и потребителях. Конечно, мы, как разработчики, предпринимали усилия по распространению информации о теплообменниках ТТАИ, проводя в течение почти 30 лет регулярно, раз в два года, научно-практические семинары, публикуя статьи в профильных изданиях, выступая на конференциях и участвуя в выставках, но этого оказалось недостаточно. Поэтому нами было воспринято с благодарностью предложение НП «АВОК» провести вебинар на площадке АВОК. Такой вебинар состоялся в ноябре 2022 года и, в связи с проявленным интересом со стороны профессионального сообщества, в феврале 2023 года был проведен еще один. Вебинары показали, что специалисты не обладают информацией об отечественных высокоэффективных теплообменных аппаратах.

Настоящая статья подготовлена на базе обобщения вопросов, поступивших в ходе вебинаров, с целью создания среди специалистов правильного представления о теплообменниках ТТАИ, их преимуществах и особенностях, а также о научно-методологических основах, на которые опираются разработки этих аппаратов.

Необходимо отметить, что большинство вопросов относилось к темам, развернуто рассмотренным в отдельных наших статьях, опубликованных в специализированных журналах. Все эти статьи доступны для ознакомления на нашем сайте ttai.ru, некоторые из них, наиболее полно соответствующие рассматриваемой тематике, указаны в списке литературы [3–14].

Учитывая, что значительная часть вопросов, обозначенных в ходе вебинаров, имеют, во-первых, общий характер и, во-вторых, подробные ответы на них имеются в вышеперечисленных публикациях, в настоящей статье есть смысл привести лишь краткую информацию о преимуществах разработанных и выпускаемых нашим предприятием теплообменников ТТАИ и о заложенных в их основу конструктивно-технологических решениях, обеспечивающих достижение высоких результатов. Однако на некоторые вопросы, прозвучавшие в ходе вебинаров и не получившие до этого освещения в наших публикациях, будут даны конкретные ответы.

Преимущества теплообменных аппаратов ТТАИ

На сопоставимые условия по сравнению с современными западными разборными пластинчатыми теплообменниками аппараты ТТАИ:

• примерно в 10 раз легче и имеют в 8–10 раз меньший габаритный объем. Здесь необходимо подчеркнуть, что теплообменники ТТАИ также разборные, что делает их ремонтопригодными, как и разборные пластинчатые аппараты;

• удобнее компонуются на объектах, что позволяет размещать их в труднодоступных и затесненных помещениях, в которых невозможно разместить разборные пластинчатые теплообменники. Эта же особенность позволила нам сформулировать принципиально новую идеологию создания теплопунктов, особенно индивидуальных, – «планшетные» теплопункты;

• позволяют экономить производственные площади и даже сокращать объем строительно-монтажных работ и размеры необходимых земельных участков при грамотном проектировании объектов, в которых одним из основных видов оборудования являются теплообменные аппараты;

• не требуют не только мощных фундаментов, но, как правило, даже применения грузоподъемных средств при монтаже;

• несколько дешевле на стадии закупки и радикально дешевле на стадии эксплуатации, что делает их стоимость на протяжении жизненного цикла в несколько раз ниже, чем стоимость пластинчатых разборных аппаратов;

• обладают эффектом самоочистки, что повышает вероятность их безотказной работы на протяжении заданного отрезка времени;

• обладают более высокими показателями надежности, в т. ч. ввиду значительно более простой, менее трудоемкой и более краткосрочной процедуры техобслуживания и текущего ремонта.

Основные научно-технические и конструктивно-технологические решения, реализованные в теплообменниках ТТАИ

Приведем основные научно-технические и конструктивно-технологические решения, реализованные в теплообменниках ТТАИ (рис. 2) и обес­печивающие вышеперечисленные преимущества. Решения даются без пояснений, т. к. таковые были даны в отдельных статьях (наиболее развернуто в [14]).

Рисунок 2 Особенности теплообменника ТТАИ (собственные разработки)

В теплообменниках ТТАИ:

• применяются термодинамически целесообразно профилированные трубки (расчет термодинамически целесообразного профиля базируется на закрытых НИОКР, проводившихся в авиационно-космической отрасли СССР);

• используется нерегулярная разбивка трубного пучка, идея применения которой сформировалась у нас также в ходе закрытых советских НИОКР в интересах ВМФ;

• применение входного и выходного патрубков межтрубной полости с диаметрами не только равными, но даже большими, чем диаметр корпуса аппарата;

• усредненный шаг расположения теплопередающих трубок в трубном пучке соответствует понятию «плотно упакованный трубный пучок»;

• используются трубки малого эквивалентного диаметра (в базовом варианте – 8 мм, а по согласованию – 6 мм). Такие диаметры трубок являлись основными при создании теплообменников для нужд советского ВМФ;

• как теплопередающие трубки, так и корпуса аппаратов ТТАИ являются тонкостенными (толщина трубок от 0,2 до 0,4 мм, а корпуса от 0,8 до 2,2 мм);

• для изготовления как теплопередающих трубок, так и корпусов аппаратов применяются коррозионно-эрозионностойкие металлы – высоколегированная нержавеющая сталь аустенитного класса или титановые сплавы;

• применяется метод «плавающих» трубных решеток (причем обеих) для установки трубного пучка в корпусе, что позволяет снять термические напряжения в цепочке «корпус – трубный пучок», способствуя тем самым повышению надежности работы аппарата;

• трубные решетки выполняются либо цельнометаллическими из нержавеющей стали или титана, либо композитными (последние были впервые применены в теплообменниках для кораблей советского ВМФ с динамическими принципами поддержания – такое исполнение способствует как снижению веса, так и повышению тепловой эффективности за счет более оптимальной компоновки трубного пучка);

• разъемные соединения в базовом варианте исполнения имеют специфичную конструкцию – болтовые разъемные, но бесфланцевые соединения. Такие соединения, разработанные для советского ВМФ, полностью выполняют функции фланцевого соединения, т. е. позволяют с помощью крепежа (болтов с гайками) сочленять между собой элементы, однако не имеют собственно фланцев (блинов), что обеспечивает снижение массогабаритных характеристик теплообменника;

• среди прочих модификаций имеется сложноходовой вариант исполнения теплообменника (также имеющий корни в закрытых работах советского периода), когда среда межтрубного пространства подается в корпус аппарата не через один, а через два патрубка, что оказывается весьма эффективным в случаях существенно различающихся между собой расходов или располагаемых напоров сред;

• применяются распределенные дистанцирующие перегородки, предложенные в советское время для решения специальных задач корабельных теплообменников и конструктивно в аппаратах ТТАИ выполненные из ленты, изготовленной из нержавеющей сетки и оплетающей смежные трубки, что позволяет реализовать чистый противоток в корпусе теплообменника, исключив любые застойные зоны по пути движения жидкости в межтрубном пространстве.

Ответы на некоторые ранее не рассмотренные вопросы

В месте сварки нержавеющих частей покрытие нарушается. Как вы с этим боретесь?

Поскольку в наших теплообменниках применяются только и исключительно коррозионно-эрозионностойкие металлы (высоколегированная нержавеющая сталь аустенитного класса или титановые сплавы), то мы не применяем покрытия, т. к. в этом отсутствует необходимость.

Есть ли какие-то особенности в обслуживании ваших ТО?

Особенности есть, причем не только в обслуживании, но и в монтаже. Однако они не требуют ни спецоснастки, ни спецподготовки, ни спецоборудования. Надо просто знать и учитывать все моменты, детально рассмотренные в «Техническом описании и инструкции по эксплуатации», прилагаемых в составе прочей документации к каждой поставке. Кроме того, в случае возникновения каких-либо вопросов можно обратиться за устной консультацией непосредственно на наше предприятие.

Делаете ли ИТП под ключ?

На данный момент мы не занимаемся ничем, кроме разработки и изготовления емкостного оборудования, в частности теплообменных аппаратов. Мы являемся узкоспециализированным производственным предприятием. Однако мы сотрудничаем с рядом предприятий в России и Белоруссии, которые выполняют весь комплекс работ (поставка, монтаж, обслуживание ИТП, ЦТП, котельных и пр.).

Какое программное обеспечение вы используете в своей конструкторской деятельности? Есть ли какие-то публикации по математической модели ТТАИ?

Для создания наших теплообменников ТТАИ мы используем только собственное программное обеспечение. Наши сотрудники:

• разработали специфичную математическую модель, описывающую теплогидродинамические характеристики теплообменников ТТАИ (зависимости, являющиеся основой этой математической модели, существенно отличаются от общепринятых при расчете кожухотрубных теплообменников и потому являются нашим ноу-хау) и сформировали расчетный алгоритм;

• написали соответствующую компьютерную программу (также наше ноу-хау);

• выполнили теоретический анализ специфичных процессов гидродинамики, что было описано в статьях в российских изданиях [17, 18], адаптированных для инженерно-технических специалистов, а также в статьях, опубликованных в одном из наиболее авторитетных международных научных журналов [19, 20] и ориентированных на специалистов, работающих в области теоретических исследований и математического описания процессов гидроаэродинамики.

Каковы сроки подбора и сроки поставок ТТАИ?

Срок подбора теплообменников ТТАИ составляет, как правило, не более одного рабочего дня с момента получения правильно заполненного опросного листа, который размещен у нас на сайте ttai.ru.

Срок поставки, если речь идет о поставке на условиях передачи изготовленных теплообменников указанному заказчиком перевозчику, находится в районе двух недель. Если в срок поставки включать срок доставки до заказчика, то такой срок в значительной мере определяется условиями транспортной компании, которую указал заказчик.

Есть ли какие-то публикации по «ТеФо»?

В ходе вебинара вызвала интерес наша инновационная разработка децентрализованных рекуператоров тепловой энергии вентиляционного воздуха под торговой маркой «ТеФо» (мы одними из первых в мире предложили и реализовали идеологию децентрализованных рекуператоров тепловой энергии вентиляционного воздуха).

Это направление нашей деятельности является самостоятельным лишь по назначению (рассчитано на широкого потребителя) и по параметрам рабочих сред – воздух, которым дышат люди, с температурами и давлениями, близкими к нормальным. По сути рекуператоры «ТеФо» представляют собой одну из упрощенных разновидностей теплообменников ТТАИ, входят в ТУ на ТТАИ и мало чем отличаются от прочих аппаратов ТТАИ – такие же теплопередающие профилированные трубки из коррозионностойкой стали, аналогичный плотно упакованный трубный пучок, композитные трубные решетки. Имеющиеся отличия обусловлены спецификой назначения. К сожалению, описать преимущества и особенности рекуператоров «ТеФо» хотя бы кратко в настоящей статье не представляется возможным из-за значительного объема материала. Отметим лишь, что разработанные и выпускаемые нами децентрализованные рекуператоры тепловой энергии вентиляционного воздуха «ТеФо» превосходят по всему комплексу потребительских свойств все известные нам, в т. ч. западные, аналоги, появившиеся спустя годы после наших публикаций, выступлений на конференциях и демонстрации наших рекуператоров на крупных специализированных выставках. Желающие более детально ознакомиться с рекуператорами «ТеФо» могут посетить наш сайт ttai.ru, где данной продукции посвящен отдельный раздел с подразделами «Ответы на вопросы» и «Статьи» – последний содержит значительное количество наших публикаций в ведущих специализированных журналах.

Литература

1. Барон В. Г. Формирование проектно-технологической зависимости России // АВОК. – 2022. – № 8. – С. 22–25.
2. Барон В. Г. Импортозамещение и локализация. Правильно ли мы понимаем стоящие задачи? // С.О.К. – 2015. – № 12. – С. 18–22.
3. Барон В. Г. Легенды и мифы современной теплотехники, или пластинчатые и кожухотрубные теплообменные аппараты // Новости теплоснабжения. – 2004. – № 8 (48). – С. 38–42.
4. Барон В. Г. Непривычные особенности привычных кожухотрубных теплообменных аппаратов // Холодильный бизнес. – 1999. – № 6. – С. 27–29.
5. Барон В. Г. Тонкостенные кожухотрубные теплообменные аппараты // АВОК. – 2000. – № 3. – С. 62–64.
6. Барон В. Г. Теплообменные аппараты типа ТТАИ и специфические особенности ИТП, созданных на их основе // Новости теплоснабжения. – 2000. – № 2. – С. 24–27.
7. Барон В. Г. Теплообменные аппараты ТТАИ – альтернатива пластинчатым теплообменникам // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2003. – № 4. – С. 52–54.
8. Барон В. Г. «Планшетные теплопункты» – новая идеология создания ИТП // Новости теплоснабжения. – 2005. – № 10 (62). – С. 41–44.
9. Барон В. Г. Современные теплообменные аппараты. Несоответствие уровней техники и эксплуатации // Аква-Терм. – 2005. – № 6. – С. 60–61.
10. Барон В. Г. Теплопункты, не занимающие места: новая идеология создания // С.О.К. – 2007. – № 10. – С. 56–60.
11. Барон В. Г. Высокоэффективные теплообменные аппараты ТТАИ, их особенности и некоторые области применения // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2009. – № 3. – С. 37–42.
12. Барон В. Г. Возможность проведения реновации теплосетей, не требующая поиска денежных средств, или еще раз о «планшетных» теплопунк­тах // Новости теплоснабжения. – 2012. – № 7. – С. 38–42.
13. Барон В. Г., Мясников Ю. Н. Отечественные теплообменные аппараты нового поколения – основа энергосбережения и импортозамещения в стационарной и транспортной энергетике // Экология и развитие общества. – 2014. – № 3–4 (11). – С. 29–33.
14. Барон В. Г. Теплообменным аппаратам ТТАИ 25  лет // С.О.К. – 2017. – № 5. – С. 50–55.
15. Барон В. Г. Российские «планшетные» теплопунк­ты, как способ снижения бюджетных расходов // Энергосбережение. – 2018. – № 1. – С. 14–17.
16. Барон В. Г. Индивидуальные тепловые пункты: дань моде или осознанная необходимость // АВОК. – 2020. – № 5. – С. 44–49.
17. Барон А. В. О вычислении гидродинамического сопротивления каналов произвольного сечения. Часть 1 // С.О.К. – 2020. – № 8. – С. 52–55.
18. Барон А. В. О вычислении гидродинамического сопротивления каналов произвольного сечения. Часть 2 // С.О.К. – 2020. – № 10. – С. 66–69.
19. Baron A. Determination of hydraulic resistance of channels using spectral geometry methods // Fluid Dynamics Research. – 2021. – № 6. – Volume 53.
20. Baron A. Using spectral geometry to predict pressure losses in curved pipes at high Reynolds numbers // Fluid Dynamics Research. – 2022. – № 4. – Volume 54.