Струйные аппараты «Коссет» и «КТСА» относятся к классу пароводяных инжекторов. Рабочей средой в них является водяной пар, а инжектируемой – нагреваемая вода. Разработчики «Коссет» рекламируют свой аппарат как дальнейшее совершенствование известных струйных трансзвуковых устройств «Фисоник», а создатели «КТСА» утверждают, что их теплообменник - это усовершенствованный «Коссет». Общее у этих аппаратов то, что они созданы в одном городе Озерске. Коссет разработан на ПО "Химсталькомплект", а КТСА создан коллективом разработчиков, вышедших из этой организации. Реклама обещает нам бесшумную стабильную работу, широкий диапазон регулирования и прочие достоинства. Чем же отличаются эти инжекторы друг от друга и от классического струйного аппарата, в чём изюминка?
Классический пароводяной инжектор
Состоит из парового сопла, входного конфузора, камеры смешения и диффузора. Подачу нагреваемой воды производят через щель между поверхностями сопла и конфузора. Пар разгоняется в сопле до сверхзвуковой скорости и распыляет нагреваемую воду. Полученная смесь, двигаясь в камере смешения, образует двухфазный скачок уплотнения, на котором происходит конденсация пара. В диффузоре происходит снижение скорости потока и повышение давления. При некоторых условиях давление нагретой воды может превышать давления пара и нагреваемой воды.
Недостатки таких пароводяных инжекторов, схема которых положена в основу многими изготовителями (аппараты «Фисоник», Трансссоник», «Кварк», ПСА «Новые технологии», СФА и т.д.) хорошо известны.
Это шум и вибрации при их работе, ограничения по температуре нагреваемой воды (обычно 70-800), невозможность работы с минимальным подогревом воды из-за прекращения распыла воды при снижении расхода пара, для эффективной работы требуется высокая степень сухости пара, давление пара должно быть выше давления воды. Максимальная производительность одного аппарата не более 300 т/ч, а для больших объемов нагреваемой воды необходимо применение нескольких параллельно установленных теплообменников с соответствующей системой управления. Для повышения ресурса аппаратов, изготовители вынуждены применять нержавеющие стали, и даже титан, так как проточный тракт испытывает кавитационно-эрозионный износ вследствие кавитации при схлопывании пузырьков пара плюс высокие (сверхзвуковые) скорости. В результате сопло из нержавейки может не хватить на один год. Стабильность работы аппаратов зависит от точности задания расчетных значений давлений, расходов, температур воды и пара. Колебания параметров сопровождаются низкочастотными пульсациями потока в связи с перемещением двухфазного скачка уплотнения вдоль камеры смешения. В идеале расчетное положение скачка - это камера смешения. При этом аппарат нормально работает, если геометрия его проточной части соответствует расчетной (точно изготовлена, не изношена). Текущее положение скачка в процессе работы будет определяться входными давлениями воды и пара, расходами воды и пара, величиной противодавления, степенью сухости пара. Например, если резко возрастает противодавление, то скачок будет перемещаться вверх по потоку в конфузор, возникнут дополнительные пульсации, а при дальнейшем перемещении - срыв работы подогревателя. При снижении противодавления, скачок может оказаться в диффузоре, при этом нарушится нормальная конденсация пара и могут быть прорывы пара в теплосеть после аппарата.
Контактный струйный сетевой теплообменник «Коссет»
Имеет следующие отличия от классического пароводяного инжектора:
- теплообменник выполнен в виде пароструйного аппарата классической схемы, помещенного внутрь трубопровода нагреваемой воды. В результате нагреваемый поток воды разделяется на две части: одна часть воды через кольцевую щель поступает в конфузор струйного аппарата, а другая - обтекает его наружную поверхность;
- в кольцевой щели на входе в конфузор и после перфорированного диффузора установлены под углом к оси аппарата лопатки для закручивания потока воды (в описании лопатки названы авторами соответственно турбулизатором и диссипативной насадкой).
Идея состоит в разделении нагреваемого потока воды внутрь струйного аппарата и в окружающее его пространство, пропорционально подаваемому количеству пара. По мнению авторов, это приведет к повышению устойчивости работы теплообменника за счет автоэжекции в диапазоне изменения параметров воды и пара от 0 до 100% по расходу и давлению (в других информационных материалах этот диапазон указывается от 20% до 100%?).
Однако, анализ схемы теплообменника «Коссет», показывает, что наличие дополнительного контура нагреваемой воды между поверхностями струйного аппарата и трубопровода нагреваемой воды может привести не к улучшению, а к ухудшению характеристик нагревателя, а именно к передаче возмущений на выходе из теплообменника вверх по потоку, в отличие от классического инжектора. Например, любые изменения противодавления, пульсации давления нагретой воды, движение несконденсировавшегося пара через перфорацию диффузора, проскоки пара будут передаваться по указанному контуру на вход в конфузор струйного аппарата, и нарушать его работу.
Подтвердить или опровергнуть данные рассуждения может только практика и отзывы потребителей. Однако на официальном сайте изготовителя «Коссет» отзывы отсутствуют. Из доступной информации есть только обсуждение на форуме специалистов АВОК.
13 декабря 2018 году на форуме Диалог специалистов АВОК: http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=41678
"Есть узел подогрева речной воды, на котором установлено три подогревателя типа (КПВН) КОССЕТ VII-100. Параметры пара и воды в пределах нормы: 1) пар 9-11 бар(изб.) Т=280град.ц.; 2) вода на входе P=4,0-4,5 бар (изб.) Т= 3-18град.ц.; 3) вода на выходе P=4,0-4,5 бар (изб.) Т= 35-40град.ц. Регулировка расхода пара по датчику температуры после подогревателя. Прямой участок на вводе воды около 3D, прямой участок на выходе воды отсутствует, но производитель указывает, что он и не нужен. Существующие подогреватели ревут так, что находится с ними более нескольких минут невозможно, показания манометров непосредственно на входе исходной воды в подогреватель и на выходе нагретой воды сильно скачут. Кто-нибудь сталкивался с такими проблемами при работе пароструйных теплообменников? В статьях пишут, что коссеты и еще ряд моделей пароструйников должны работать практически бесшумно. В чем может быть проблема?
Насосы, подающие воду с ЧРП, давление воды на входе в пароструйники стабильное. Расход воды на каждый подогреватель 150-500 м3/ч. Подогреватели включены параллельно. Регулирование подачи пара в каждый теплообменник осуществляется независимо, т.е. отдельными регулирующими клапанами. Рабочий режим соответствует расчетным значениям, указанным в ТЗ на изготовление аппарата".
Контактный теплообменный струйный аппарат КТСА
Отличием теплообменника «КТСА» от «Коссета» является то, что струйный аппарат выполнен по бездиффузорной схеме. Другое отличие состоит в том, что вместо диффузора на выходе из камеры смешения установлена с кольцевым зазором труба, которая, по мнению авторов, выполняет функцию гидроэлеватора. В кольцевом зазоре установлены направляющие лопатки для закручивания потока воды, обтекающего наружную поверхность струйного аппарата. И в завершении, на выходе из теплообменника имеется винтовой завихритель в виде пластины, скрученной на 90 градусов.
Как видно, КТСА получает все вышеперечисленные недостатки, присущие классическому пароводяному инжектору, плюс недостатки «Коссета». Дополнительный недостаток КТСА, на мой взгляд, заключается в применении винтового завихрителя на выходе из струйного аппарата. Струя нагретой воды, имеющая скорость порядка 5-10 м/с, ударяясь о завихритель, приведет к образованию волны сжатия, распространяющуюся вверх по потоку, на вход в конфузор струйного аппарата (через контур между струйным аппаратом и трубопроводом нагретой воды), что может привести к возникновению автоколебаний и дополнительно ухудшит работу теплообменника.
Следует отметить, что, судя по этой схеме, разработчики КТСА, как и «Коссета», по какой-то причине отрицают необходимость выполнения прямолинейного трубопровода после струйного аппарата для гашения скорости потока до приемлемых значений. И это в то время когда все изготовители пароводяных инжекторов в своих руководствах по эксплуатации прямо прописывают это требование. Более того, сравнивая свой теплообменник КТСА со струйным подогревателем воды УМПЭУ (ООО «Прессмаш» г. Миасс), разработчики КТСА в качестве недостатка отметили, что «для теплообменника УМПЭУ необходимо выполнять прямолинейный участок для гашения энергии струи». То есть отсутствие трубопровода после аппарата - это не описка, а мнение разработчиков КТСА или секрет, выходящий за рамки современных знаний.
Изложенные в статье рассуждения являются личным мнением автора, который хотел бы убедиться в своей правоте, или заблуждениях. Если у кого есть опыт эксплуатации этих устройств, прошу поделиться. Думаю адекватная информация будет полезна людям принимающим решения по закупке оборудования. Буду признателен за конструктивные высказывания по теме статьи. Спасибо, что дочитали.