Тема 7. Совершенствованная методика теплового и гидравлического расчета пластинчатых теплообменников по сп 41-101-95

Согласно СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» [5], методика расчета пластинчатых теплообменников основана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей.

Цель расчета:

получение максимальной скорости каждого теплоносителя и соответственно максимального значения коэффициента теплопередачи.

1. Оптимальное соотношение числа ходов (Х₁) для греющего теплоносителя (ГТ) и числа ходов (Х₂) нагреваемого теплоносителя (НТ) определяется по формуле из литературного источника [5]:

(2.45)

где М₁ и М₂ - расход греющего и нагреваемого теплоносителя, т/ч; ΔР₁ и ΔР₂ - потери давления ГТ и НТ, Па; t₁ и t₂ - температуры входа и выхода ГТ ^оС; τ₁ и τ₂ - температуры входа и выхода НТ, ^оС.

Если соотношение ходов < 2, то компоновка теплообменника симметрична, например С_х =4/5 (рис 2.4).

Рис. 2.4. Симметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя

Если соотношение ходов получается > 2, то для повышения скорости воды целесообразна несимметричная компоновка, т.е. число ходов теплообменивающихся сред будет неодинаковым, например (рис 2.5).

Рис. 2.5. Несимметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя

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 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.

Обвязка соединительными трубопроводами должна обеспечить противоток в каждом теплообменнике, как представлено на рис 2.6 [6].

Рис. 2.6. Схема компоновки водоподогревателей I и II подогрева в одну установку с противоточным движением воды

2. Фактические скорости воды , м/с:

- для ГТ (формула 2.34):

;

- для НТ (формула 2.35):

3. Коэффициент теплоотдачи [5], Вт/м²·^оС:

- для ГТ: , (2.46)

где А = 0,368, для пластины 0,3; для 0,6 – А = 0,492; для 0,5Пр – А = 0,492; для FR-14 – А = 0,526; ;

- для НТ: ; , (2.47)

4. Коэффициент теплопередачи К [5], Вт/ м²·^оС:

,

где δ - толщина стенки пластины, м; λ_ст - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/ м·^оС; β - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным β = 0,7 - 0,85.

5. Площадь поверхности теплообмена [5], м²:

6. Количество ходов в теплообменнике Х [5]: ,

где из источника [1]: - число каналов по ГТ в одном ходе; F₁ - поверхность нагрева одной пластины, м²; - площадь поперечного сечения одного канала.

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.

В случае если соотношение ходов, определенное по формуле п. 1 оказалось Х₁/Х₂ >2, то теплообменник собираем из двух раздельных теплообменников и более, и расход того теплоносителя, у которого получилось меньше ходов, уменьшаем в 2 раза и более.

7. Действительная поверхность нагрева теплообменника [5],:

(2.48)

8. Потери давления ΔР, [5], кПа:

- для НТ:

(2.49)

- для ГТ:

, (2.50)

где φ₁=1 - коэффициент, учитывающий накипеобразование, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным; при отсутствии таких данных можно принимать φ₂ =1,5 - 2,0; В_n - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается для пластины 0,3 – В_n = 4,5; для 0,6 – В_n = 3,0; для 0,5П – В_n= 3,0; для FR-14 – В_n=2,77.

Исходные данные для проектирования ТА по методике СП 41-101-95 и модернизированной методике СП 41-101-95 приведены в табл. 2.9 для ПТА FR-14-73-1 (фирма-изготовитель «Функе-Тюмень»), а для аппаратов с пластинами 0,3 взяты из литературы [5].

Результаты теплового расчета приведены в табл. 2.9.

Таблица 2.9

Результаты теплового расчета ПТА

Пара- метр	Размер- ность	тип пластины
		FR14*	FR14*	FR14*	0,3*	0,3*	0,3
Θm	оС	14,28	14,28	14,28	15,36	15,36	15,36
ω1	м/с	0,22	0,384	0,221	0,228	0,379	0,2281
Re1	-	-	-	-	4343	-	-
ξ 1	-	-	-	-	2,38	-	-
Nu1	-	-	-	-	64,93	-	-
α1		8813	12389	8817	5413	8348	5764
ω2	м/с	0,5	1,098	0,50	0,257	0,442	0,2571
Re2	-	-	-	-	3954	-	3946
ξ 2	-	-	-	-	2,43	-	2,435
Nu2	-	-	-	-	71,72	-	71,6
α2		13592	24280	13595	5854	8602	5792
	м2
	кВт

Примечание: FR-14*; 0,3 - исходные данные (табл. 2.7) и результаты расчета (табл. 2.9) по программам фирм-изготовителей; FR-14*; 0,3* - исходные данные и результаты расчета по алгоритму СП 41-101-95; FR-14*; 0,3 - исходные данные и результаты расчета по модернизированной методике.

Согласно модернизированной программе расчета, составленной в Excel, дополнительно получены результаты конструкторского и гидравлического расчета и приведены в табл. П.6.1 ÷ П.6.2 приложения П.6. Из табл.2.9 видно, что погрешности теплового расчета по методике СП 41-101-95 и модернизированной методике в пределах 38 - 43% по скорости, что говорит о несходимости результатов расчета. Однако модернизированная методика расчета по СП 41-101-95 в сравнении с методикой фирмы «Функе-Тюмень» дает погрешность расчета 1 - 2%, что говорит о достаточной достоверности разработанной методики.