40. Конструкции водоводяных секционных теплообменников по ост 34588-68 и гост 275. Основные уравнения и особенности расчёта секционных теплообменников.

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) принято называть устройства, предназначенные для передачи тепла от одних тел к другим. В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые процессы: изменение температуры, испарение, кипение, конденсация, расплавление, затвердевание и, наконец, более сложные, комбинированные процессы.

Теплообменник, в котором и греющим, и нагреваемым теплоносителем служит вода, называется подогреватель водоводяной (типы ПВ, ПВВ, ВВП). Эти устройства широко применяются для нагрева воды в тепловых пунктах с последующей подачей в систему горячего водоснабжения.

В зависимости от конструкции теплообменника ПВ все водоподогреватели водоводяные подразделяются на две группы:

• Пластинчатые, в которых для передачи тепловой энергии применяются стянутые в пакет пластины из меди, латуни, гофрированной стали;

• Кожухотрубные подогреватели, в которых один теплоноситель движется внутри трубок, другой — в междутрубном пространстве.

Подогреватели водо-водяные изготавливаются в соответствии стандартам по ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели водо-водяные систем теплоснабжения» и по ОСТ 34-588-68 «Подогреватели водо-водяные секционные разъемные» для систем отопления и горячего водоснабжения.

Секционные трубчатые теплообменники при одинаковых расходах жидкостей имеют меньшую разницу в скоростях движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве и повышенные коэффициенты теплопередачи по сравнению с обычными трубчатыми теплообменниками.

Для небольших производительностей целесообразно применение теплообменников типа «труба в трубе», относящихся также к секционным, но конструктивно упрощенным аппаратам: в наружную трубу вставлена труба меньшего диаметра, отсутствуют трубные решетки и фланцы, все элементы аппарата соединены сваркой.

Недостатки секционных теплообменников: во-первых, высокая стоимость единицы поверхности нагрева, так как деление ее на секции вызывает увеличение количества наиболее дорогих элементов аппарата-- трубных решеток, фланцевых соединений, переходных камер, компенсаторов и т. д.; во-вторых ,большая длина пути жидкости по сравнению с одноходовой трубчаткой ,что создаёт значительные гидравлические сопротивления и вызывает увеличение расхода электроэнергии на работу насоса.

Секционные подогреватели ВВП (а также типов ПВ и ПВВ) включают в себя секции кожухотрубных теплообменников, соединенных в необходимое количество блоков заданной теплопроизводительности при помощи соединительных калачей, переходов и фланцев. Чтобы подвести водоподогреватель ВВП к системе трубопровода, между корпусом подогревателя и трубопроводом устанавливают переходные патрубки. Отдельные секции кожухотрубных водоводяных подогревателей представляют собой неразборный бойлер, состоящий из корпуса, теплообменных трубок из латуни и трубной доски. Секции таких водяных подогревателей ПВ изготавливают из стальных труб, соединяющихся штуцерами. Водоводяные секции ПВ разъемного типа позволяют достичь удобства монтажа и сборки блоков водоводяных подогревателей с разным количеством секций, в зависимости от температуры их нагрева, площади теплообмена, назначения и прочих технических факторов.

Подогреватели водяные секционные

Необходимо помнить монтаж и соединение секций осуществляется с применением специальных калачей и переходов. Данные элементы не входят в комплект подогревателя и приобретаются дополнительно в зависимости от потребностей заказчика. Цену на комплектующие можно уточнить у менеджеров отдела продаж.

Изучая схему строения аппарата можно увидеть, что в секционных кожухотрубных водоводяных подогревателях типа ПВ (ВВП) греющая вода протекает в пространстве между труб, а нагревающаяся вода – по трубам трубной системы с соблюдением принципа противотока.

Подогревательразъемный из секций типов РГ, РП

1 - секция типов РГ, РП; 2 - калач соединительный (черт. 9); 3 - переход (черт. 10)

Подогревательразъемный с компенсатором теплового расширения из секций типов РГК, РПК

1 - компенсатор тепловогорасширения; 2 - секциитипов РГК, РПК

Подогревательсварной из секций типов СГ, СП

1 - секции типов СГ, СП

Подогревательсварной с компенсатором теплового расширения из секций типов СГК, СПК

1 - секция типов СГК, СПК

Повышение энергетической эффективности теплообменных аппаратов – одно из важных направлений улучшения эксплуатационных характеристик систем и установок для производства, транспортирования и распределения энергии [1 ― 5]. Реализация данного направления, как правило, связана с применением интенсифицированных поверхностей теплообмена, при выполнении теплового и гидравлического расчета которых возникают определенные трудности.

Для расчета теплообмена в трубном и межтрубном пространствах кожухотрубных водо-водяных секционных теплообменников с прямыми трубами в [5] рекомендована удобная с практической точки зрения формула

α = 1,163 (1400 + 18 t – 0,035 t²) w^0,8/d^0,2, (1)

где t – средняя темпепратура теплоносителя; w – его средняя скорость; d – внутренний диаметр труб при движении теплоносителя в трубах и гидравлический диаметр поперечного сечения канала при движении теплоносителя в межтрубном пространстве. 

Формула получена из хорошо известной формулы М.А. Михеева для турбулентного режима течения теплоносителя (Re > 10⁴) в трубах и каналах

Nu = 0,021 Re^0,8Pr^0,43(Pr/Pr_ст)^0,25 (2)

в результате объединения всех теплофизических свойств теплоносителя, входящих в состав чисел подобия и зависящих от его температуры, в единый комплекс и замены последнего полиномом второй степени. Для воды (Pr/Pr_ст)^0,25≈ 1. Коэффициент 1,163 введен для пересчета коэффициента теплоотдачи из технической системы единиц (ккал/(м²·ч·^оС)) в систему СИ (Вт/(м²·К)).

Для расчета коэффициентов трения в трубном и межтрубном пространствах кожухотрубных теплообменников удобно использовать формулу Альтшуля А.Д.

λ = 0,11(68/Re + Δ/d)^0,25, (3)

где Δ – эквивалентная шероховатость стенок труб. Для новых труб из латуни, цельнотянутых Δ = 0,0015 – 0,01 мм. Но для учета влияния опорных перегородок необходимо вводить поправку, аналогичную поправке, вводимой для учета их влияния на интенсивность теплообмена.