ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ «КРАСНОАРМЕЙСКАЯ-ЗАПАДНАЯ №1»

На данный момент калориферные установки угольных шахт от- носятся к установкам, которые наиболее слабо проработанным как в научном плане, так и в плане проектирования. Так уж сложилось, что калориферные установки оказались как бы на отшибе. В учебных ву- зах страны молодых специалистов по калориферным установкам не готовят и даже с ними не знакомят. Имеющаяся нормативная доку- ментация и пособия по калориферным установкам содержат доста- точно много спорных положений, над которыми ещё необходимо ра- ботать.

Как правило, механические службы шахт работе калориферных установок уделяют достаточно много внимания, однако в зимнее вре- мя нередки случаи обмерзания стволов и даже связанные с ними оста- новки. Не исключением является и шахта «Красноармейская-Западная

№1», работа калориферных установок которой, в первые годы начала эксплуатации приносила массу неприятностей. Обмерзали стволы, выходили из строя воздухонагреватели, шахта несла большие убытки. Причиной возникновения аварийных ситуаций в большинстве случаев были ошибки, допущенные на уровне проектирования.

В настоящее время положение стабилизировалось, большую роль в этом сыграл накопленный опыт и научный подход анализа сложившихся ситуаций, которые позволили принять правильные ре- шения.

Шахта «Красноармейская-Западная №1» имеет два воздухопо- дающих ствола, по которым в настоящее время каждую минуту в шахту поступает около 40000 м³ атмосферного воздуха. На начало эксплуатации шахты эта цифра составляла около 22000 м³.

Технологическая схема разводки теплоносителя в калориферной установке вспомогательного ствола, которая была реализована к пус-

ку шахты (рис. 1) включала в себя две одинаковые группы воздухо- нагревателей серии КВБ12Б-П, по 16 штук в каждой группе. В качест- ве теплоносителя в калориферной установке использовалась перегре- тая вода с температурным графиком 130-70 єС. Источником тепловой энергии служила шахтная котельная, оборудованная паровыми котла- ми серии КЕ 25-14 ТС.

Горизонтальная разводка теплоносителя в каждой группе возду- хонагревателей осуществлялась по тупиковой схеме с расположением подающего трубопровода вверху, а обратного - внизу. В вертикальной схеме разводки теплоносителя применено последовательное соедине- ние двух воздухонагревателей. Каждый стояк снабжен запорными устройствами, расположенными вверху и внизу. Расчетный расход воды по каждому из стояков составлял около 13,2 м³/ч. Выпуск возду- ха из системы осуществлялся через воздухосборники, установленные в тупиковых частях подающих трубопроводов.

В начале эксплуатации калориферной установки сразу прояви- лись недостатки, присущие предложенной технологической схеме.

Тупиковая схема горизонтальной разводки не позволяла распре- делить теплоноситель равномерно по всем стоякам калориферной ус- тановки. В стояках, расположенных в тупиковой части подводящих трубопроводов, теплоносителя явно не хватало в сравнении со стоя- ками, расположенными у входа его в каждую группу. Регулирование расхода теплоносителя запорными устройствами, расположенными на каждом из стояков, не давало должных результатов, так как не было расходомеров, по которым можно было бы оценить значение степени регулирования. Оценка регулирования осуществлялась субъективно, что иногда приводило к еще большей разбалансировке системы.

При верхнем расположении подающего трубопровода и нижнем расположении обратного трубопровода, в каждой группе воздухонаг- ревателей калориферной установки остро возникали вопросы с вы- пуском воздуха. По предложенной технологической схеме движение воздуха и теплоносителя в системе были противоположны по направ- лению. Во время работы системы пузырьки воздуха не могли под- няться вверх, так как этому мешала вода, движущаяся навстречу. С другой стороны скорость воды была недостаточна, чтобы унести с со- бой воздух вниз, в обратный трубопровод. По образному выражению рабочих: «В калориферах воздух бульбатит, а выпустить его нет воз- можности».

Конечно, при медленном заполнении системы водой из обратного трубопровода есть возможность удалить весь воздух из системы, но как это выполнить при минусовой температуре наружного воздуха.

Когда вода за достаточно короткое время, иногда за 2…3 минуты, мо- жет замерзнуть в теплообменных трубках и тем самым вывести всю калориферную установку из строя. Когда при неудовлетворительной работе шахтной котельной за одни сутки наблюдалось несколько ос- тановок калориферной.

Последовательное соединение двух воздухонагревателей по теп- лоносителю в вертикальных стояках также оказалось крайне нежела- тельным решением. Основной недостаток такого соединения заклю- чался в увеличении, почти в два раза, времени самоопорожнения сис- темы в сравнении с однорядной системой. По этой причине иногда рабочие не успевали слить воду до ее замерзания в теплообменных трубках.

Особое мнение хотелось бы сказать о температурном графике ра- боты калориферных установок. Выбранный температурный график 130-70 єС потребовал применить последовательное соединение возду- хонагревателей по теплоносителю, что создало ряд недостатков, кото- рые были описаны выше. Кроме того оказалось, что получить водяной теплоноситель температурой 130 єС в пароводяных подогревателях достаточно сложная задача. Во-первых, нужен пар с температурой 170…180 єС, которая достигается при избыточном давлениях в котле от 7 до 10 кг/см². Во-вторых, нужны конденсатоотводчики, которые надежно бы обеспечивали поддержание указанного давления в паро- водяных подогревателях. Иначе пар расширяется и теряет свою тем- пературу.

Ручное управление в таких случаях также малоэффективно, так как требуется иметь ряд измерительных приборов и достаточно высо- кая квалификация операторов по управлению работой пароводяных подогревателей. Учитывая описанные трудности, было принято реше- ние перейти на температурный график 100-70 єС.

Следует сказать, что, начиная с 1997 года, особых проблем с ра- ботой калориферных установок шахта не испытывает. За указанный период аварийных ситуаций не возникало. Температура воздуха в стволах поддерживалась на уровне +10 єС независимо от температуры наружного воздуха.

Добиться стабильности работы калориферных установок было нелегко. В результате накопленного опыта и полученных результатов аналитических исследований выполнены работы по совершенствова- нию технологических схем калориферных установок шахты, которые позволили резко увеличить надежность установок и стабилизировать создавшееся положение с подогревом атмосферного воздуха, посту- пающего в шахту в зимнее время. Основной задачей совершенствова-

ния технологических схем калориферных установок было устранение обнаруженных недостатков.

В частности, разводку теплоносителя по горизонтали выполнили по попутной схеме (рис. 2), что позволило распределить его равно- мерно по всем стоякам обеих групп воздухонагревателей калорифер- ной установки вспомогательного ствола.

Для облегчения выпуска воздуха из системы и упрощения заполнения её водой после остановки, обратный трубопровод подняли вверх, а подающий трубопровод опустили вниз. При таком расположении тру- бопроводов направление движения воздуха и теплоносителя стали совпадать. Процесс сбора и выпуска воздуха из системы резко облег- чился. Так как воздуха в системе не стало, то возросла и теплоотдача воздухонагревателей.

С переходом на температурный график 100-70 єС все воздухо- нагреватели по вертикали были подключены по параллельной схеме. Как и в проектном решении к одному стояку одновременно подклю- чалось 4 воздухонагревателя (рис. 2). Стояк можно отключить от сис- темы запорной арматурой, установленной внизу и вверху.

На случай ремонта воздухонагревателей, каждый стояк дополни- тельно оборудованы трубопроводом ? 50 мм с запорным устройст- вом, по которому производился слив воды в дренажный трубопровод ? 150, и воздушным краном ? 20 мм, через который, в зависимости от операции, выполняемой по стояку, выпускался или впускался атмо- сферный воздух. В проектной технологической схеме описанная опе- рация могла выполняться только путем искусственного нарушения герметичности фланцевых соединения, посредством которых подклю- чались секции воздухонагревателей к стояку. Причем в таком случае вода сливалась под ноги, что не соответствовало нормам промсанита- рии.

Чтобы не изменять общего количества воздухонагревателей, ус- тановленных в калориферной установке вспомогательного ствола, при возросшем расходе воздуха в шахту, было принято решение отказать- ся от дальнейшего применения воздухонагревателе серии КВБ 12Б-П и перейти на применение воздухонагревателей серии КСк 4-12, кото- рые имеют коэффициент теплопередачи примерно в 1,4 раза больший. В настоящее время намечено выполнить дополнительный этап совершенствования калориферной установки вспомогательного ство-

ла, который позволил быулучшить микроклимат в помещениях надшахтного здания, повысить качество воздуха, поступающего в шахту, а также снизить непроизво- дительные затраты по электроэнергии, связанные с возросшей до 400 Па депрессией воздуха.

Выводы:

По мнению авторов, при проектировании новых и совершенство- вании действующих калориферных установок необходимо:

• разводку теплоносителя по горизонтали осуществлять с приме- нением попутных схем;
• движение теплоносителя в воздухонагревателях должно осуще- ствляться снизу вверх;
• при водяном теплоносителе и паровых котлах, обеспечивающих выработку тепловой энергии, применять температурный график 100-70 єС;
• соединение воздухонагревателей, как по воздуху, так и по тепло- носителю необходимо осуществлять по параллельным схемам;
• для улучшения микроклимата в надшахтных зданиях количество нагретого воздуха, поступающего через устье воздухоподающих стволов, в нормативных документах должно быть увеличено до 25…30 %, а допустимая депрессия воздуха должна быть умень- шена с 350 до 250 Па;
• надшахтные здания воздухоподающих стволов должны быть от- несены или надежно изолированы от цехов, в которых произво- дятся сварочные или другие виды работ, при которых выделяют- ся газы, вредные для здоровья человека. В частности, от механи- ческих мастерских и гараж зарядных шахтных электровозов;