Трансзвуковые теплообменные струйные аппараты (ТСА) «Фисоник» для систем отопления и горячего водоснабжения.
10 лет назад казанское предприятие ЗАО «Эверест-турбосервис» под руководством Генерального директора Владимира Караваева взяло курс на диверсификацию производства. К основной задаче — техническому обслуживанию и ремонту газотурбинных двигателей в газовой, нефтяной и энергетической отраслях России и стран СНГ — добавляются новые перспективные направления, позволившие ЗАО крепко встать на ноги. В их числе — разработка и внедрение новейших энергосберегающих технологий в теплоснабжении.
Одно из этих направлений — проектирование, изготовление и внедрение установок на базе трансзвуковых теплообменных струйных аппаратов (ТСА), получивших название «Фи-соник». Внедрение этих устройств в технологические цепочки приготовления горячей воды позволило многим предприятиям значительно экономить энергоресурсы. Ежегодно только одно ОАО «Казаньоргсинтез» экономит до 4 млн. рублей на расходе энергоресурсов благодаря внедрению на своем предприятии установок ТСА. ТСА «Фисоник» — это тепловая машина, использующая энергию воды и пара в сверхзвуковых двухфазных пароводяных потоках для перемешивания, нагрева и перекачивания жидкостей и их смесей.
Традиционная схема теплоснабжения, мало чем изменившаяся за свою более чем 80-летнюю историю, представляет собой теплообменный аппарат (бойлер) с внушительными размерами (до 4 м в длину и до 1,2 м в диаметре). В его чреве — пучок латунных трубок, по которым циркулирует вода, нагреваемая паром или горячей водой. Коэффициент полезного действия этих аппаратов не превышает 0,7 со значительной потерей тепла через поверхность нагрева. Кроме того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубного пучка, установлены циркуляционные насосы с большой мощностью электродвигателя.
Проведя незначительное изменение схемы отопления и установив аппараты ТСА, что при их малой металлоемкости и весе (в десятки раз меньшей, чем традиционные теплообменники) не потребует больших затрат, мы не только поднимаем КПД теплосистемы практически до 1, но и благодаря отрицательному гидравлическому сопротивлению ТСА имеем возможность замены циркуляционных насосов на менее мощные, экономя при этом до 50% потребляемой электроэнергии.
Параметры конструкции аппарата ТСА рассчитываются в соответствии с теорией двухфазных потоков, разработанной профессором Владимиром Фисенко. Аппарат представляет собой металлический тройник с фланцевым, муфтовым или сварным присоединением к наружным коммуникациям. Внутри тройника установлены паровое сопло и камера смешения — конфузор, рассчитанные по специально разработанной модели. На вход аппарата поступают раздельно пар и вода со скоростью течения, существенно меньшей локальной скорости звука в потоке, то есть с дозвуковой скоростью. Смешиваясь в камере смешения, они образуют однородную, равномерно перемешанную пароводяную смесь, локальная скорость звука в которой меньше скорости самого потока, то есть имеет место сверхзвуковой режим течения. При торможении этой смеси на выходе из камеры смешения происходит рост температуры и скачок давления в потоке с конденсацией паровой фазы. В результате на выходе из ТСА мы снова имеем жидкость с дозвуковой скоростью течения.
Именно эта особенность аппарата ТСА дает возможность использовать не только тепловую энергию пара, но и кинетическую, совместив в одном устройстве и теплообменник, и перекачивающее устройство.
Необходимо также отметить, что внедрение этого оборудования в системах теплоснабжения имеет смысл там, где есть источник пара, в том числе и низкопотенциального после производственного процесса. В зависимости от схемы использования ТСА потребитель получает следующие преимущества:
- экономию до 30% годового рас хода топлива за счет высокой эффективности теплообмена и дополнительной генерации тепла;
- снижение до 50% потребляемой электрической энергии циркуляционными насосами;
- снижение потерь с поверхности теплообменного оборудования;
- снижение эксплуатационных затрат в два и более раз за счет простоты устройства и высокой ремонтопригодности;
- малые габариты позволяют высвобождать значительные производственные площади и обходиться без грузоподъемных устройств;
- снижение капитальных затрат на перевооружение и модернизацию от дельных устройств.
Одними из первых преимущества новой технологии оценили на предприятии ОАО «Казаньоргсинтез». На заводе полиэтилена высокого давления пар после производственного процесса идет на отопление, тогда как раньше его просто выпускали в атмосферу. Экономия — практически 100%. По такой же схеме утилизации бросового тепла работают заводы «Искож», «Татнефтегазпереработка». И еще два убедительных примера применения аппарата Фисенко в системе отопления. Всего 4 установки ТСА в Юдино успешно отапливают не только все помещения железнодорожного депо, но и практически весь поселок. Ввод в эксплуатацию этой установки позволил увеличить тепловую мощность системы в целом, вывести из эксплуатации 8 мелких угольных котельных. При этом потребление природного топлива котельной стало меньшим. Для запуска системы требуется от 5 до 10 минут вместо 10 часов при прежних условиях. А за прошедшие 8 лет эксплуатации оборудование, установленное ЗАО «Эверест-турбо-сервис», ни разу не потребовало даже профилактического ремонта. Старые же агрегаты выходили из строя как минимум раз в два года. Не дали поводов усомниться в своей надежности и аппараты, установленные 10 лет назад в поселке Актюба Азнакаевского района. При прежней котельной поселок практически замерзал в любые морозы, температура батарей в домах не превышала 40 градусов (вместо положенных 70 — 90°С). С помощью малогабаритных установок ТСА в населенном пункте решена двуединая задача: в домах и на предприятиях появилось тепло при радикально снизившихся затратах электроэнергии и природного топлива.
Назначенный ресурс работы аппарата 25 — 30 лет. Ресурс именно «назначен», поскольку его реальная эксплуатационная жизнеспособность до конца еще не определена в силу новизны проекта (с момента внедрения прошло чуть более 10 лет). А пока специалисты ЗАО «Эверест-турбосервис» регулярно проводят ревизии установок и никаких особенных нарушений работоспособности пока не выявили. Всю полноту выгоды новой системы энергосбережения могут подтвердить руководители 120 предприятий в Татарстане, где новшество внедрено и работает. Еще более обширный рынок сбыта у продукции ЗАО «Эверест-турбосервис» в городах России и ближнего зарубежья. В странах Европы, Азии и США технология «Фисоник» апробирована и внедряется с начала 1990-х. Изобретение российского профессора В. В. Фисенко запатентовано в России и в экономически развитых странах мира. Причем первое признание получило в Германии и США. В настоящее время об аппаратах ТСА не понаслышке знают в Австрии, Болгарии, Китае, странах ближнего зарубежья. ЗАО «Эверест-турбосервис» занимается внедрением аппаратов ТСА начиная с 1994 года. За это время приобретен большой опыт по работе с ними, а взаимно честные партнерские отношения с профессором Фисенко позволили заключить лицензионное соглашение на их производство. В настоящее время ЗАО «Эверест-турбосервис» является одним из немногих предприятий, имеющих такую лицензию.
Аппараты ТСА, изготавливаемые ЗАО «Эверест-турбосервис», имеют сертификат соответствия Госстандарта России № РОСС RU.AЯ54.BO4354 и получили заслуженное признание в России. В 2004 году аппарат ТСА получил звание «Лауреат конкурса «Лучший товар Республики Татарстан», диплом конкурса «100 лучших товаров России». Награжден дипломами на всех выставках, где был представлен. В 2006 году устройство ТСА награждено медалью Американско-Российской ТПП «Качество нового тысячелетия». Технология «Фисоник» поддержана на государственном уровне и включена в федеральную программу «Энергоэффективная экономика».
Между тем, ТСА — это только одно из направлений разработки новейших технологий в области энергосбережения. ЗАО «Эверест-турбосервис» производит устройство «Разогреватель вязких сред». В основу его работы положен принцип работы «Фисоника». При помощи нового изобретения появилась возможность достаточно быстро разогревать мазут и другие нефтепродукты, перевозимые в железнодорожных цистернах. В холод мазут загустевает, и для того, чтобы перекачать или слить в резервуары, его сначала нужно разогреть. Раньше это делали паром через шланг. Процесс был длительным, трудоемким и неэкономным. На стенах цистерны оставалось до 3% от общего объема мазута. Потом по технологии цистерну следовало пропаривать, подвергать прочим процедурам, что вело к экологическим проблемам, а также к длительным дорогостоящим простоям подвижного состава.
Новое же устройство устанавливается внутри цистерны; через сопла, направленные в четыре стороны, прогоняются горячие струи мазута, разогреваемые паром внутри аппарата. В результате увеличивается скорость разогрева и происходит полный слив.
Аппарат способен прогонять любые нефтепродукты: патоку, парафиносодержащие жидкости, парафины, битумы — все, что допускает небольшое обводнение. Поэтому он также пользуется хорошим спросом на российском и зарубежном рынках.