Новое решение в теплообменных технологиях

Интервью с генеральным директором ООО «Энерготехника» Александром Лебедевым.

-Расскажите, в чем заключается инновационность разработанного Вами теплообменника спин-селл (Spin Cell)? Нуждается ли он в доработке? Или это готовая к производству и тиражированию технология?

Александр Лебедев: Проблема энергоэффективности теплообменного аппарата (ТА) - одна из центральных в энергетике - разрабатывается в мире более ста лет. Большой вклад в ее решение внесли отечественные ученые, инженеры и изобретатели, но в таком варианте, как предлагается в нашем проекте, она решается впервые, насколько нам известно по открытым публикациям.

Базовый элемент технологии спин-селл - закрутка в многозаходных спирально-профильных трубах (СПТ) - исследовался американским ученым, профессором Ямпольским (США) внутри многозаходной (24 захода) трубы. Ямпольский показал увеличение внутренней теплоотдачи в 2-3 раза по сравнению с гладкой поверхностью. Но его технология изготовления теплообменной поверхности была дорогостоящей в отличие от нашей и, видимо, поэтому разработка не вышла за пределы лаборатории. При этом теплоотдача в пучке труб Ямпольского, судя по публикациям, не исследовалась.

Аналогичные исследования проводились в СССР по теплообмену в закрученных потоках для первого контура энергетических ядерных реакторов. В настоящее время ряд российский и зарубежных компаний используют наработки по интенсификации теплообмена, но их решения основаны на закрутке потока с помощью перегородок межтрубного пространства, что увеличивает гидросопротивление в разы, и поперечной накатки труб, не обеспечивая необходимой турбулизации потока. При этом все производители интенсифицированных ТА по прежнему используют трубную доску. В обоих случаях не рассматривался второй основополагающий элемент спин-селл – сотовая конструкция крепления пучка (отсутствие трубной доски) с закруткой потока в межтрубном и внутритрубном пространстве.

Базовая технология cпин-селл включает элементы, заимствованные в разных опубликованных работах, но в своей совокупности не повторяется ни в одной из технологий интенсификации теплообмена.

- На какой стадии находится проект? Какой путь пройден и каковы дальнейшие шаги по его развитию?

АЛ: В настоящее время мы уже готовы производить и поставлять продукцию на объекты ЖКХ, а также проходим испытания на объекте нефтедобычи в ОАО «Роснефть».

К стадии продаж продукции мы шли с 2008 года, когда поняли, что закрутка потока эффективно влияет на теплообмен. Своими силами провели испытания на собственном теплофизическом стенде и на стенде ЗИО-Подольск. Результаты подтвердили, что технология имеет перспективы. В 2010 году мы получили частные инвестиции на проведение НИОКР, в ходе которых была создана конструкторская и техническая документация, выбраны конструкция теплообменника и технология его производства.

Основное развитие – в плане привлечения внимания со стороны крупных игроков отрасли – проект получил в 2012 году после победы на конкурсе энергоэффективных решений, проводимых фондом «Сколково». После этого мы были приглашены в качестве участников крупнейших инновационных выставок 2012 года, таких, как ИННОПРОМ и Открытые инновации. В 2013 году мы заключили соглашения о внедрении наших теплообменников на объектах ОАО «МОЭК» и «Самаранефтегаз», и летом этого года уже установим и запустим наше оборудование.

- Где разработка может применяться? Как выстраиваются взаимоотношения с потенциальными клиентами?

АЛ: Теплообменники Spin Cell применяются во многих отраслях, в том числе в теплоснабжении зданий, «большой» энергетике, нефтегазовой и нефтехимической отраслях, охлаждении в техпроцессах металлургии и машиностроения, пищевой промышленности, на транспорте.

На данном этапе мы ведем переговоры с потенциальными клиентами напрямую, показываем презентацию, устанавливаем теплообменники на ресурсные испытания, после положительных результатов подписываем договор поставки (ОАО «МОЭК», «Самаранефтегаз» (группа «Роснефть»), Теплоком, «КЭС-холдинг»).

- Есть ли у проекта конкуренты в России или за рубежом?

АЛ: Основные конкуренты в системе ЖКХ – пластинчатые теплообменники таких компаний, как Alfa Laval, Danfoss, GEA, Ридан и ряд других компаний.

Пластинчатые теплообменники имеют малые размеры каналов (1,5 – 5,0 мм) и большое количество местных сопротивлений на изгибах каналов, что существенно увеличивает гидродинамическое сопротивление и мощность на прокачку. Кроме того, неправильная в сечении форма каналов приводит к снижению скорости потока в его зауженных местах, снижению теплоотдачи и увеличению солеотложения.

Теплообменники Spin Cell при размерах каналов 10-16 мм не имеют указанных недостатков, благодаря чему гидросопротивление и солеотложение минимизированы.

Срок службы пластинчатых теплообменников значительно короче из-за пониженной стойкости уплотнительных прокладок, стоимость которых составляет большую долю от общей стоимости теплообменника, а также из-за необходимости часто производить разборку и чистку пластин.

Одним из важных факторов, препятствующим эффективному теплообмену и эксплуатации теплообменного оборудования, является солеотложение и накипь. Так, при низком качестве очистки водопроводной воды коэффициент теплопередачи у пластинчатых ТА через непродолжительное время снижается в 2-2,5 раза – на ряде объектов в городах и поселках РФ разборку и чистку пластинчатых ТА приходилось осуществлять через каждые 12-14 часов работы. Эксплуатационная служба ОАО «МОЭК» также негативно отзывалась о работе пластинчатых ТА и их быстром загрязнение на ряде объектах московского региона.

В отличие от пластинчатых теплообменников Spin Cell, благодаря турбулизации и закрутке потока, имеет эффект самоочистки и практически не имеет солеотложения, что позволяет использовать их долгое время без разборки и очистки, значительно снижая стоимость обслуживания.

Наиболее близким по конструкции и свойствам к Spin-Cell являются кожухотрубчатые теплообменники ТТАИ (тонкостенные теплообменные аппараты интенсифицированные) фирмы «Теплообмен» (Украина). ТТАИ также используют тонкостенные трубы, но с поперечной накаткой.

Интенсификация теплообмена производится за счет дополнительной мощности на прокачку и турбулизации вязкого подслоя внутри пучка. Местные сопротивления поперечной накатки и повышенная скорость потока, хотя и увеличивают теплоотдачу внутри труб, но значительно увеличивают гидросопротивление. Наличие традиционной трубной доски замедляет скорость потока перед входом в трубную доску, что способствует увеличению солеотложения на ней.

Межтрубное пространство не интенсифицировано и не сбалансировано с внутритрубным по коэффициенту теплоотдачи из-за уширенных каналов ячеек согласно необходимого шага крепления труб в трубной доске.

У аппаратов Spin Cell закрутка потока внутри трубы обеспечивает не только турбулизацию вязкого подслоя, но и дополнительную «макровихревую» конвекцию, а местные сопротивления отсутствуют, благодаря отсутствию трубных досок. Полые ребра и узкие каналы ячеек обеспечивают высокую теплоотдачу в межтрубном пространстве.

Также похожую технологию завихрения потока применяет HRS Heat Exchangers и Koch Heat Exchanger. Их теплообменники собираются из однозаходных витых труб, в отличие от наших шестизаходных спиральных труб. Эффективность витых труб HRS и Koch известна и не высока. Традиционный конструктив с трубной доской делает теплообменники HRS и Koch более громоздким и дорогим, чем наш, и предлагается только для спецприменений.

- Этот проект – стартап, в становлении которого помогает «Сколково», есть ли у проекта другие партнеры? Как между участниками разделяется ответственность?

АЛ: Помимо «Сколково», огромную поддержку оказала компания «ИНВЭЛ», в лице генерального директора Эдуарда Наумова и его команды. В нашем случае они явились идеальным венчурным инвестором, который помог не только с финансированием проекта, но и активным участием, знаниями и опытом в продвижении на рынок.

В настоящее время мы ведем переговоры с крупнейшей компанией России по установке теплосчетчиков и собираемся совместно запустить на территории Башкирии завод по производству теплообменников Spin Cell.

- С какими сложностями приходится сталкиваться? Как преодолеваете?

АЛ: Поскольку технология новая и еще нет стабильных внедрений и широкого списка объектов, на которых установлены ТА Spin Cell, то приходится вести долгие переговоры, проводить множество встреч с потенциальными клиентами, доказывая эффективность и работоспособность технологии.

- Что вы думаете об инновационной среде в российской энергетике?

АЛ: Главный тренд и ориентиры развития энергетики, которые в том числе поддержаны государством, - это повышение энергоэффективности отрасли, что сопряжено с внедрением инновационных решений. Крупные энергетические компании стали больше уделять внимания инновационному развитию, привлекая сторонних разработчиков, создавая собственные инновационные департаменты, активно сотрудничая с институтами развития, например со «Сколково». Это видно на примере нашего сотрудничества с ОАО «МОЭК».

- В российской энергетике набирает популярность тренд интеллектуализации отрасли, внедрения умных технологий. Как вписывается Ваша разработка и вписывается ли вообще в концепцию умной энергетики?

АЛ: В настоящее время мы разрабатываем технологию «умный теплообменник».

Смысл ее в том, чтобы оснастить теплообменник современными средствами диагностики, электронными системами управления, алгоритмами. Мы хотим соединить возможности привычных и применяемых информационных технологий, доступных каждому, с передачей и распределением тепла. Это даст уменьшение потерь при передаче тепловой энергии от генератора к потребителю, увеличение надежности энергоснабжения, даст возможность оптимально перераспределять тепловые потоки, тем самым сэкономить топливные ресурсы.

- Что в Вашем понимании Smart Grid?

АЛ: Применение доступных, привычных и удобных для пользователя компьютерных технологий в системах теплоснабжения для диагностики, анализа, распределения и регулирования потребляемой энергии, что позволяет эффективно потреблять и экономить энергоресурсы.

- Как современные технологии могут изменить облик теплоэнергетики и сколько времени на это потребуется?

АЛ: Внимание к теплоэнергетике со стороны государства и частная инициатива должны, в конце концов, придать ей новый облик. Внедрение современных схем теплоснабжения, обеспечивающих распределение прав и ответственности между участниками процесса по всей цепочке от производителя до потребителя энергии, должно привести к востребованности передовых технических решений и технологий.

В результате теплоэнергетика сможет снизить издержки, потребители получат низкие тарифы и качественные услуги, а производители и теплосервисные компании получат стабильный растущий рынок и платежеспособный спрос у населения.

- Насколько, на Ваш взгляд, российские потребители готовы к внедрению интеллектуальных и энергоэффективных технологий? Что необходимо делать для того, чтобы они начали самостоятельно заботиться об их применении?

АЛ: Потребители готовы и очень быстро привыкают к хорошим эффективным решениям. А сделать их участниками процесса можно только повышая его прозрачность.

По материалам источника www.smartgrid.ru