Версия для печати

Приложение 8. Пример теплового и гидравлического расчета пластинчатых водоподогревателей (по ГОСТ 15518)

В соответствии с каталогом ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1990) выпускаются теплообменники пластинчатые для теплоснабжения следующих типов: полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р.

Технические характеристики указанных пластин и основные параметры теплообменников, собираемых из этих пластин, приведены в табл. 1 и 2.

Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок. Для теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным является применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в табл. 3.

Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата первые буквы обозначают тип аппарата—теплообменник Р (РС) разборный (полусварной), следующее обозначение — тип пластины, цифры после тире — толщина пластины, далее — площадь поверхности теплообмена аппарата (м²), затем — конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3). После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.

Таблица 1. Техническая характеристика пластин

Таблица 2. Техническая характеристика и основные параметры пластинчатых теплообменных аппаратов

Таблица 3. Характеристики прокладок для пластин

Пример условного обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01 — теплообменник разборный (Р) с пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, площадью поверхности теплообмена 16 м², на консольной раме, в коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патрубков — сталь 12Х18Н10Т; материал прокладки — теплостойкая резина 359; схема компоновки:

что означает: над чертой — число каналов в каждом ходе для греющей воды, под чертой — то же, для нагреваемой воды.

Дополнительный канал со стороны хода нагреваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.

Из рассматриваемых трех теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см²).

Пластины попарно сварены по контуру образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной греющей воды. Разборные каналы допускают давление в них до 1 МПа (10 кгс/см²).

Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа (до 10 кгс/см²), до 150 °С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/см²).

Применение теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа (6 кгс/см²), до 150 °С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/см²).

1. Методика расчета пластинчатых водоподогревателей основана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей с целью получения максимальной скорости каждого теплоносителя и соответственно максимального значения коэффициента теплопередачи или при неизвестных располагаемых напорах по оптимальной скорости нагреваемой воды, как и при подборе кожухотрубных водоподогревателей.

В первом случае оптимальное соотношение числа ходов для греющей Х₁ и нагреваемой Х₂ воды находится по формуле

.                                     (1)

Если соотношение ходов получается >2, то для повышения скорости воды целесообразна несимметричная компоновка, т.е. число ходов теплообменивающихся сред будет неодинаковым (рис. 1—3 настоящего приложения). При несимметричной компоновке получается смешанное движение потоков: в части каналов — противоток, в части — прямоток, что снижает температурный напор установки по сравнению с противоточным характером движения теплообменивающихся сред, который имеет место при симметричной компоновке, и в определенной степени уменьшает выгоду от повышения скорости воды при несимметричной компоновке. Поэтому для исключения смешанного тока теплоносителей более эффективно водоподогревательную установку собирать из двух или нескольких раздельных теплообменников с симметричной компоновкой, включенных последовательно по теплоносителю, у которого получается большее число ходов, и параллельно — по другому теплоносителю. При этом обвязка соединительными трубопроводами должна обеспечить противоток в каждом теплообменнике.

Рис. 1. Симметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя, обозначение Сх 4/5

Рис. 2. Несимметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя, обозначение Сх (2 + 2)/5

Рис. 3. Схема компоновки водоподогревателей I и II подогрева в одну установку с противоточным движением воды

2. При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость принимается исходя из получения таких же потерь давления в установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя - 100 -150 кПа, что соответствует скорости воды в каналах W_опт = 0,4 м/с.

Поэтому, выбрав тип пластины рассчитываемого водоподогревателя горячего водоснабжения, по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде m_н:

                                                    (2)

f_K — живое сечение одного межпластинчатого канала.

3. Компоновка водоподогревателя симметричная Т. е. m_ГР = m_H. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды

                                                         (3)

4. Находим фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с

                                                       (4)

                                                           (5)

В случае если соотношение ходов, определенное по формуле (1), оказалось >2 (при подстановке DP_H = 100 кПа, а DP_ГР = 40 кПа - для I ступени), водоподогреватель собираем из двух раздельных теплообменников и более и в формулах (4) или (5) расход того теплоносителя, у которого получилось меньше ходов, уменьшаем соответственно в 2 раза и более.

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

                                (6)

где А — коэффициент, зависящий от типа пластин принимается по табл. 1 настоящего приложения;

6. Коэффициент тепловосприятия a₂, Вт/(м² × °С), от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле

                                   (7)

где

7. Коэффициент теплопередачи к, Вт/(м² × °С), определяется по формуле

                                                     (8)

где b — коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7 — 0,85.

8. При заданной величине расчетной производительности Q^SP и по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и температурному напору Dt_СР определяется необходимая поверхность нагрева F_ТР по формуле (1) прил. 5.

При сборке водоподогревателя из двух раздельных теплообменников и более теплопроизводительность уменьшается соответственно в 2 раза и более.

9. Количество ходов в теплообменнике Х:

                                                     (9)

где f_пл — поверхность нагрева одной пластины, м².

Число ходов округляется до целой величины.

В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите. В многоходовых теплообменниках часть штуцеров должна располагаться на подвижной плите, что вызывает некоторые сложности при эксплуатации. Поэтому целесообразней вместо устройства многоходового теплообменника разбить его по числу ходов на раздельные теплообменники, соединенные по одному теплоносителю последовательно, а по другому — параллельно, с соблюдением противоточного движения.

10. Действительная поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле

                                                        (10)

11. Потери давления DP кПа в водоподогревателях следует определять по формулам:

• для нагреваемой воды

                                            (11)

• для греющей воды

                                            ( 12)

где j — коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать j = 1,5— 2,0;

Б — коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 1 настоящего приложения;

W_H.C — скорость при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку пластинчатого теплообменника собранного из пластин 0,6р для системы горячего водоснабжения того же ЦТП, что и в примере с кожухотрубными секционными водоподогревателями. Следовательно, исходные данные, величины расходов и температуры теплоносителей на входе и выходе каждой ступени водоподогревателя принимаются такими же, как и в предыдущем примере.

1. Проверяем соотношение ходов в теплообменнике I ступени по формуле (1), принимая

DР_Н = 100 кПа и DР_ГР = 40 кПа;

Соотношение ходов не превышает 2, следовательно, принимается симметричная компоновка теплообменника.

2. По оптимальной скорости нагреваемой воды определяем требуемое число каналов по формуле (2)

3. Общее живое сечение каналов в пакете определяем по формуле (3) (mH принимаем равным 20).

м²

4. Фактические скорости греющей и нагреваемой воды по формулам (4) и (5):

м/с

м/с

5. Расчет водоподогревателя I ступени

а) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, формула (6), принимая из табл. 1 А = 0,492:

Вт/(м²·°С)

б) коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде, формула (7)

Вт/(м²·°С)

в) коэффициент теплопередачи, принимая b = 0,8, формула (8)

Вт/(м²·°С)

г) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени, формула (1) прил. 5

м²

д) количество ходов (или пакетов при разделении на одноходовые теплообменники), формула (9)

Принимаем три хода,

е) действительная поверхность нагрева водоподогревателя I ступени, формула (10)

м²

ж) потери давления I ступени водоподогревателя по греющей воде, формула (12), принимая j = 1 и из табл. 1 Б = 3:

кПа

6. Расчет водоподогреватепя II ступени

а) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, формула (6):

Вт/(м²·°С)

б) коэффициент тепловосприятия от пластины к нагреваемой воде, формула (7)

Вт/(м²·°С)

в) коэффициент теплопередачи, принимая b = 0.8 формула (8):

Вт/(м²·°С)

г) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени, формула (1) прил. 5:

м²

д) количество ходов (или пакетов при разделении на одноходовые теплообменники), формула (9):

Принимаем 2 хода;

е) действительная поверхность нагрева водоподогревателя II ступени, формула (10):

м²

ж) потери давления II ступени водоподогревателя по греющей воде, формула (12):

кПа.

з) потери давления обеих ступеней водоподогревателя по нагреваемой воде, принимая j =1,5, при прохождении максимального секундного расхода воды на горячее водоснабжение, формула (11):

кПа

В результате расчета а качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем два теплообменника (I и II ступени) разборной конструкции (Р) с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н1ОТ (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины марки 359 (условное обозначение — 10). Поверхность нагрева I ступени —71,4 м², II ступени — 47,4 м². Схема компоновки I ступени:

;

схема компоновки II ступени.

.

Условное обозначение теплообменников указываемое в бланке заказов будет

I ступени: РО,6р-0,8-71,4-2К-01-10

II ступени РО,6р-0,8-47,4-2К-01-10

Расчет водоподогревателя, собранного из пластинчатых теплообменников фирмы «Альфа-Лаваль» (технические характеристики см. в табл. 4), показывает что в I ступень требуется установить теплообменник М15-BFG8 с числом пластин 64, площадь поверхности нагрева 38,4 м² (коэффициент теплопередачи — 4350 Вт/(м² × °С)).

Таблица 4. Технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы «Альфа-Лаваль» для теплоснабжения

Таблица 5. Технические характеристики паяных пластинчатых теплообменников «Цетепак» производства компании «Цететерм»

Таблица 6. Технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы «АРV» для теплоснабжения

Таблица 7. Технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы «СВЕП» для теплоснабжения

Во II ступени требуется теплообменник М10-ВFG с числом пластин 71, площадь поверхности нагрева 16,6 м² (коэффициент теплопередачи — 5790 Вт/(м² × °С)).

Потери давления в обеих ступенях при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды и том же коэффициенте загрязнения (j = 1,5) составляют 186 кПа.

В табл. 5, 6, 7 приведены технические характеристики теплообменников «Цетепак», "АРУ» и «СВЭП».

<< назад / в начало / вперед >>

28 Апреля 2014 г.