Некоторые конструктивные и технологические особенности подогревателей газа с промежуточным теплоносителем

А.Г. Маслин, начальник КБ НГО

Подогреватели газа с промежуточным теплоносителем типа ГПМ- ПТПГ серийно производятся заводом с 2002 года и, казалось бы, не требуют особого представления. Однако конструкция подогревателей периодически подвергается усовершенствованиям, которые, не изменяя технических параметров оборудования, заметно улучшают его эксплуатационные характеристики. Следует отметить, что подогреватели газа ГПМ-ПТПГ изготавливаются по единым техническим условиям и объединены общими конструктивными решениями, поэтому основные технологические особенности, о которых пойдет речь в данной статье, характерны для всего типоразмерного ряда.

Одной из основных частей подогревателя газа, в наибольшей мере отвечающей за безопасность эксплуатации, является теплообменник высокого давления, в связи с чем при его изготовлении, применяются особые технологии и повышен контроль качества. Теплообменник представляет собой пучок нержавеющих трубок, через стенки которых происходит передача тепла от промежуточного теплоносителя к нагреваемому газу, оснащенный узлами подвода и отвода газа, а также приборами контроля параметров нагреваемой среды.

Концы трубок закрепляются в отверстиях трубных решеток аргоно-дуговой сваркой с последующей развальцовкой. Комбинированный метод крепления трубок обеспечивает необходимую герметичность и прочность соединения. Контроль качества материалов, применяемых при изготовлении теплообменника, начинается на металлургических предприятиях, проводящих комплекс испытаний, определяемый при заказе: химический состав, испытание на раздачу, гидравлические испытания или контроль поверхности неразрушающими методами, проверка на стойкость против межкристаллитной коррозии. Каждая трубка перед установкой в теплообменник повторно проходит гидравлические испытания. После сварки проводится контроль герметичности соединения пневматическим или капиллярным методом.

Окончательным методом контроля является испытание теплообменника в сборе на прочность гидравлическим давлением, на 25% превышающим расчетное давление подогреваемого газа.

U-образная конструкция трубного пучка, применяемая на подогревателях 30-й и 100-й серий, помимо тепловых и технологических преимуществ, позволяет повысить ремонтопригодность данного узла за счет фланцевого крепления подводящих патрубков и размещения обеих трубных решеток вне ёмкости с промежуточным теплоносителем.

Другим не менее важным узлом подогревателя газа является теплогенератор. В теплогенераторе происходит процесс сгорания газового топлива и передача тепла от продуктов сгорания к промежуточному теплоносителю. В связи с применением в качестве промежуточного теплоносителя низкозамерзающих жидкостей, в частности водного раствора диэтиленгликоля, имеющего повышенную коррозионную активность, а также из-за ступенчатой работы газовой горелки, тепло- генератор подвержен воздействию таких негативных факторов, как коррозионное разрушение металла и высокие циклические нагрузки от тепловых расширений. Для сохранения, в данных условиях, работоспособности теплогенератора в течение расчетного срока службы, применяются следующие конструктивные решения: используется металл с толщиной стенки не менее 6 мм; приварка дымогарных труб к трубным решеткам осуществляется с «рюмочной» разделкой кромок отверстий и полным проплавлением свариваемых деталей (без конструктивного зазора); оптимизировано размещение дымогарных труб по площади трубных решеток для увеличения прочности конструкции теплогенератора.

В комплект каждого подогревателя входит газорегуляторный пункт с узлом учета (ГРПУ), осуществляющий очистку, редуцирование и учет расхода топливного газа, отбираемого с выходного трубопровода ГРС, перед подачей на горелочное устройство.

В связи с вступлением в силу в 2011 году Технического регламента о безопасности сетей газораспределения и газопотребления, запрещаю- щего установку на узлах редуцирования обводных устройств с ручной регулировкой, из состава ГРПУ была исключена байпасная линия регу- лятора давления.

Для учета расхода газа на малых расходах (при работе подогревателя на запальной горелке) вне зависимости от рабочего давления, узел учета перенесен со входа ГРПУ на выход узла редуцирования. С целью обеспечения требований нормативной документации в области газораспределения и газопотребления, ГРПУ оснащается ротационным счетчиком с электронным корректором, а также устройствами контроля перепада давления на счетчике и фильтре.

Блоки управления подогревателей газа (БУПГ-24-3М.1-У2), используемые в настоящий момент, модернизированы, по сравнению с предыдущим поколением (БУПГ-24-3-У2), в целях повышения информативности и удобства эксплуатации. На передней панели установлен индикатор для отображения рабочих и аварийных параметров и клавиатура для ввода настроек. При этом основные функциональные возможности модернизированных блоков управления сохранились.

Помимо стандартных исполнений подогревателей газа, рассчитанных на работу при температуре окружающей среды от минус 40оС, разработаны и серийно выпускаются подогреватели климатического исполнения УХЛ1 по ГОСТ 15150-69 с температурой эксплуатации от минус 60оС.

Конструктивно данные подогреватели отличаются от базового исполнения следующим:

• увеличена толщина теплоизоляции емкости до 100 мм;
• узлы подогревателей, работающие под давлением или механически нагруженные, изготавливаются из стали, допускаемой для эксплуатации при температуре минус 60оС;
• основные устройства КИПиА размещаются в утепленном обогреваемом отсеке. Устройства КИПиА и запорно-регулирующая арматура, расположенные на открытом воздухе, выбираются с климатическим исполнением ХЛ;
• используется подогрев топливного газа промежуточным теплоносителем перед подачей в ГРПУ.

В целях оказания помощи проектирующим организациям при вы- боре подогревателей газа типа ГПМ-ПТПГ для конкретного объекта, специалистами завода были разработаны «Рекомендации по подбору подогревателей газа для использования в составе ГРС, КС». Данные рекомендации, хотя и предполагают выполнение упрощенных тепловых и гидравлических расчетов, но тем не менее довольно громоздки и сложны для применения неподготовленными специалистами из-за обилия формул. Поэтому, в дополнение к Рекомендациям, для упрощения процедуры подбора оборудования, составлены графики тепловых и гидравлических характеристик подогревателей газа ГПМ-ПТПГ различных типоразмеров. На графиках определены рабочие области подогревателей с учетом допустимой скорости потока (25 м/с) и давления подогреваемого газа, а также нанесены изолинии температуры газа на выходе из подогревателя. При расчете учитывалось использование в качестве промежуточного теплоносителя - водного раствора диэти- ленгликоля, наиболее часто применяемого из-за низкой стоимости, но при этом обладающего наихудшими теплофизическими свойствами. Граница регулирования, обозначенная в нижней части графика, соответствует минимальной теплопроизводительности подогревателя при работе на запальной горелке. Нагрев газа с параметрами, расположенными в области ниже границы регулирования, осуществляется с превышением температуры уставки, без возможности влияния на процесс нагрева, за исключением отслеживания аварийных ситуаций, и не может быть рекомендован для длительной работы подогревателя газа. Подогреватели газа для конкретного объекта должны выбираться и настраиваться на режимы работы с учетом вышеизложенных пояснений.