Версия для печати

Приложение 7. Тепловой и гидравлический расчет горизонтальных секционых кожухотрубных водо-водяных подогревателей

Горизонтальные секционные скоростные водоподогреватели по ГОСТ 27590 с трубной системой из прямых гладких или профилированных труб отличаются тем, что для устранения прогиба трубок устанавливаются двухсекторные опорные перегородки, представляющие собой часть трубной решетки. Такая конструкция опорных перегородок облегчает установку трубок и их замену в условиях эксплуатации, так как отверстия опорных перегородок расположены соосно с отверстиями трубных решеток.

Каждая опора установлена со смещением относительно друг друга на 60°, что повышает турбулизацию потока теплоносителя, проходящего по межтрубному пространству, и приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубок, а соответственно — возрастает теплосъем с 1 м² поверхности нагрева. Используются латунные трубки наружным диаметром 16 мм, толщиной стенки 1 мм по ГОСТ 21646 и ГОСТ 494.

Еще большее увеличение коэффициента теплопередачи достигается применением в трубном пучке вместо гладких латунных трубок профилированных, которые изготавливаются из тех же трубок путем выдавливания на них роликом поперечных или винтовых канавок, что приводит к турбулизации пристенного потока жидкости внутри трубок.

Водоподогреватели состоят из секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками — по межтрубному (рис. 1 — 4 настоящего приложения). Патрубки могут быть разъемными на фланцах или неразъемными сварными. В зависимости от конструкции водоподогреватели для систем горячего водоснабжения имеют следующие условные обозначения: для разъемной конструкции с гладкими трубками — РГ, с профилированными — РП; для сварной конструкции — соответственно СГ, СП (направление потоков теплообменивающихся сред приведено в п. 4.3 настоящего свода правил).

Пример условного обозначения водоподогревателя разъемного типа с наружным диаметром корпуса секции 219 мм, длиной секции 4 м, без компенсатора теплового расширения, на условное давление 1,0 МПа, с трубной системой из гладких трубок из пяти секций, климатического исполнения УЗ: ПВ 219 х 4-1, О-РГ-5-УЗ ГОСТ 27590.

Технические характеристики водоподогревателей приведены в табл. 1, а номинальные габариты и присоединительные размеры — в табл. 2 настоящего приложения.

Схема движения теплоносителя в межтрубном пространстве подогревателя с опорами-турбулизаторами

Существующий подогреватель после 6 лет эксплуатации с опорами в виде полок

Рис. 1 Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного водоподогревателя с опорами-турбулизаторами

Рис. 2 Конструктивные размеры водоподогревателя

1 - секция; 2 - калач; 3 - переход; 4 - блок опорных перегородок; 5 - трубки; 6 - пергородка опорная; 7 - кольцо; 8 - пруток;

Рис. 3 Калач соединительный

Рис.4 Переход

Таблица 1

Таблица 2

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1. Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках равной WТР = 1 м/с, и исходя из двухпоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя , м², по формуле

                                                      (1)

В соответствии с полученной величиной f^усл_тр и по табл. 1 выбираем необходимый типоразмер водоподогревателя.

2. Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам:

                                                      (2)

                                                   (3)

3. Коэффициент теплоотдачи a₁ ,Вт/(м², °С), от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле

                                      (4)

где                                                           (5)

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м, определяется по формуле

                                                          (6)

Для выбранного типоразмера водоподогревателя dэкв  принимается по табл. 1.

4. Коэффициент теплоотдачи a₂, Вт/(м², °С) от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле

                                      (7)

где                                                           (8)

5. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя k, Вт/(м²,°С), следует определять по формуле

                                                          (9)

где y — коэффициент эффективности теплообмена для гладкотрубных водоподогревателей с опорами в виде полок y  = 0 95, для гладкотрубных с блоком опорных перегородок y = 1,2, для профилированных и с блоком опорных перегородок y = 1,65;

b — коэффициент учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается b = 0,8— 0,95.

6. При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя Q^sp_h по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и среднелогарифмической разности температур Dt_ср определяется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя F по формуле (1) прил. 5.

7. Число секций водоподогревателя в одном потоке N, шт., исходя из двухпоточной компоновки определяется по формуле

                                                            (10)

Если величина N полученная по формуле (10) имеет дробную часть, составляющую более 0,2, число секций следует округлять в большую сторону.

8. Потери давления DР, кПа, в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:

а) при длине секции 4 м

                                                    (11)

б) при длине секции 2 м

                                                     (12)

где j — коэффициент, учитывающий накипеобразование, принимается по опытным данным, при их отсутствии — следует принимать j = 2 ... 3.

для нагреваемой воды, проходящей в профилированных трубках, в формулах (11) и (12) вводится повышающий коэффициент 3;

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:

.                                                       (13)

Коэффициент В приведен в табл. 3

Таблица 3

ПРИМЕР РАСЧЕТА

ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ОГРАНИЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ НА ВВОД И РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПОДАЧИ ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ

Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку для системы горячего водоснабжения центрального теплового пункта на 1516 условных квартир (заселенность — 3,5 чел на квартиру), оборудованную водоподогревателями, состоящими из секций кожухотрубного типа с трубной системой из прямых гладких трубок и блоками опорных перегородок по ГОСТ 27590.

Водоподогреватели присоединены к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды из тепловой сети на ввод.

Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с автоматическим регулированием подачи теплоты.

Баки-аккумуляторы нагреваемой воды как в ЦТП, так и у потребителей отсутствуют исходные данные:

1. Регулирование отпуска теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

2. Температура теплоносителя (греющей воды) в тепловой сети в соответствии с принятым для данной системы теплоснабжения графиком изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха принята:

при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления t0 = -26°С:

• в подающем трубопроводе t₁ = 150°С;
• в обратном трубопроводе t₂  = 70°С;
• в точке излома графика температуры t¢_H = 23°С:
• в подающем трубопроводе  t¢₁ = 80°С;
• в обратном трубопроводе t¢₂  = 42°С.

3. Температура холодной водопроводной (нагреваемой) воды в отопительный период, поступающей в водоподогреватель I ступени, t_c = 2°С (по данным эксплуатации).

4. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени водоподогревателя t_h = 60 °С.

5. Максимальный тепловой поток на отопление потребителей, присоединенных к ЦТП, Q_omax=5,82×106 Вт.

6. Расчетная тепловая производительность водоподогревателей  Q_h^sp= 4,57× 106 Вт.

7. Максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение g_h = 21,6 л/с.

Порядок расчета:

1. Максимальный расход сетевой воды на отопление

кг/ч.

2. Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение

кг/ч.

3. Для ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП в качестве расчетного принимается больший из двух расходов, полученных по пп 1,2

кг/ч.

4. Максимальный расход нагреваемой воды через I и II ступени водоподогревателя

кг/ч.

5. Температура нагреваемой воды за водоподогревателем I ступени

6. Расчетная производительность водоподогревателя I ступени

7.    Расчетная производительность водоподогревателя II ступени

8. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени tII₂ и на входе в водоподогреватель I ступени tI₁

9. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя I ступени

10. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя

11. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени водоподогревателя

12. В соответствии с п. 1 настоящего приложения определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости воды в трубках Wтр= 1м/с и двухпоточной схеме включения

По табл. 1 настоящего приложения и полученной величине fуслтр подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:

f_тр = 0,0093 м²;

D_H = 219 мм;

f_мтр = 0,02139 м²;

d_экв= 0,0224 м;

f_сек= 11,51 м² (при длине секции 4 м);

мм.

13. Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке

м/с.

14. Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке

м/с.

15. Расчет водоподогревателя I ступени:

а) средняя температура греющей воды

°С.

б) средняя температура нагреваемой воды

°С.

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

Коэффициент y принят равным 1,2 для гладких трубок;

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени

м²

ж) число секций водоподогревателя I ступени при длине секции 4 м

секции.

Принимаем 5 секций в одном потоке; действительная поверхность нагрева будет   м².

16. Расчет водоподогревателя II ступени:

а) средняя температура греющей воды

°С.

б) средняя температура нагреваемой воды

°С.

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени

м²

ж) число секций водоподогревателя II ступени

секции.

Принимаем 2 секции в одном потоке, действительная поверхность нагрева будет

FII = 11,51 ·2 · 2 = 46 м².

В результате расчета получилось по 2 секции в каждом водоподогревателе II ступени и 5 — в каждом водоподогревателе I ступени суммарной поверхностью нагрева 161 м².

17. Потери давления в водоподогревателях (7 последовательных секций в каждом потоке):

• для воды, проходящей в трубках (с учетом j = 2)

кПа;

• для воды, проходящей в межтрубном пространстве

кПа.

Коэффициент В принимается по табл. 3 настоящего приложения.

При применении водоподогревателя с профилированными трубками необходимое число секций в I ступени составит 3 секции, а во II — 2 секции в одном потоке. Потери давления по нагреваемой воде с коэффициентом j = 2 составляют 300 кПа.

В 1994 г. на московском заводе «Сатэкс» освоен выпуск кожухотрубных многоходовых водоподогревателей с I и II ступенями нагрева в одном корпусе (рис. 5), технические характеристики которых приведены в табл. 4 настоящего приложения. Тепловая производительность определена для условий, близких к реальным в системе теплоснабжения:

• для водоподогревателей горячего водоснабжения: температурный перепад по греющей воде 70 — 30°С, по нагреваемой — 5—60°С, максимальные потери давления по нагреваемой воде, направляемой по трубкам, — 27—36 кПа (ИТП - ЦТП);
• для водоподогревателей отопления: температурный перепад по греющей воде — 150—76°С, по нагреваемой, направляемой по межтрубному пространству, при применении в ИТП — 105 — 70°С и максимальной потере давления — 30 кПа; при применении в ЦТП —120—70°С и максимальной потере давления — 60 кПа (потери давления приняты везде для нового, чистого теплообменника).

Запас в поверхности нагрева принят 20 %.

В пересчете на расчетный режим работы по ГОСТ 27950—88Е (скорость воды в трубках 2 м/с) эти же установки ТМПО и ТМПГ, применяемые а ИТП, будут иметь характеристики, приведенные в табл. 5. При этом достигаются такие же коэффициенты теплопередачи, как и в пластинчатых водоподогревателях на максимальных скоростях теплоносителей.

С 1996 г. на том же заводе «Сатэкс» начат выпуск водоподогревателей установки полуразборной конструкции облегченного типа (рис. 6) для тепловых пунктов, размещаемых в подвале здания.

Рис. 5 Общий вид горизонтального многоходового кожухотрубного водоподогревателя

а - общий вид; б - разрез по секциям; 1 - вход холодной воды - I ступень; 2 - выход теплоносителя - I ступень; 3 - выход горячей воды - I ступень; 4 — выход горячей воды - II ступень; 5 - вход теплоносителя - I ступень, 6 - выход теплоносителя - II ступень; 7 - выход теплоносителя - II ступень; 8 - вход холодной воды - II ступень, в, г - конструктивные размеры: 1 - секции; 2 - соединительная камера межтрубного пространства; 3 - то же, трубного: 4 - трубная доска; 5 - шарнир;

Рис. 6. Водоподогреватель блочного типа по ТУ 400-28-132-90

В1 — холодная вода; В2 — горячая вода; В3 — циркуляционная линия горячего водоснабжения; Т1 — подающая теплосети; Т2 — выход греющей воды из II ступени; Т3 — вход греющей воды в I ступень; Т4 — обратная теплосети

Основные технические характеристики водоподогревателей блочног типа для ИТП (уставновка из 3 блоков)

Таблица 4. Технические характеристики горизонтальных многоходовых,  кожухотрубных водоподогревателей с профилированной трубкой для систем отопления и горячего водоснабжения

Таблица 5. Технические характеристики многоходовых водоподогревателей с профилированной трубкой при расчетном режиме работы (WТР = 2 м/с)

<< назад / в начало / вперед >>

25 Апреля 2014 г.