В.В. Назаревич Калориферная установка

30

5.3. Промежуточный теплообменник

Для подогрева промежуточного низкозамерзающего теплоносителя в двухконтурной системе теплоснабжения калориферной установки используются водоподогреватели.

Наибольшее распространение получили кожухотрубные скоростные секционные водоводяные подогреватели ОСТ 34588-68, 34602-68, 34603-68, которые выпускаются двух типоразмеров, отличающихся диаметром стального корпуса и числом латунных трубок [7].

В этих подогревателях теплопередача осуществляется через металлическую поверхность, теплоносители друг от друга изолированы и тем самым обеспечивается наибольшая надежность и простота обслуживания.

Кожухотрубный подогреватель состоит из стального цилиндрического корпуса с патрубками для входа и выхода теплоносителя, трубного пучка, вставленного в корпус и состоящего из трубок малого диаметра от 16 до 30 мм, развальцованных или обваренных в трубных решетках, и камеры-крышки с патрубками для входа и выхода теплоносителя из трубного пучка. Таким образом, один теплоноситель внутри трубок, а другой снаружи – между корпусом и трубками.

Кожухотрубные теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми (двух, четырех). Чтобы вход и выход теплоносителя был с одного конца аппарата, число ходов делают четным.

Теплообменные трубки трубных пучков могут быть стальными и латунными. Пучки труб обычно связаны каркасом в виде перегородок, которые предотвращают единовременно и прогиб трубок.

Для снижения температурных напряжений аппараты снабжаются компенсаторами температурных удлинений, которые могут иметь раз-

табл. 5.5.

Наряду с кожухотрубными начали применять пластинчатые теплообменники – водоподогреватели конструкции УкрНИИхиммаша [8].

Пластинчатые теплообменники являются разновидностью рекуперативных теплообменных аппаратов.

31

Рис. 5.4. Скоростные водонагреватели:

а− кожухотрубный; б − пластинчатый;

1– кожух; 2 – патрубок; 3 – фланцевое соединение; 4 – фланец; 5 – теплообменные трубки;

6 – трубная доска; 7 – переходной патрубок; 8 - калач

Отличительной особенностью их конструкции является форма поверхности теплообмена в виде тонких гофрированных металлических пластин, образующих щелевидные каналы, по которым движутся теплоносители: с одной стороны – греющий, с другой – нагреваемый. Гофрирование поверхностей пластин производится с целью создания искусственной турбулизации сред при сравнительно небольших дополнительных затратах энергии; при этом обеспечивается значительный рост теплоотдачи.

Основные типы пластин − 0,3, 0,6 и 0,5П − различаются между собой толщиной, площадью поверхности нагрева (габаритами), взаимным расположением, а также высотой и количеством гофр.

32

Таблица 5.5

Технические характеристики кожухотрубных секционных скоростных водоподогревателей

По степени допустимости пластин для механической очистки и осмотра поверхности теплообмена пластинчатые теплообменники подразделяют на разборные, полуразборные и неразборные. У разборных теплообменников все пластины отделены одна от другой резиновыми прокладками. Полуразборные имеют попарно сваренные пластины, которые также отделяются (одна пара от другой) резиновыми прокладками. В этом случае доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. У неразборных теплообменников пластины сварные, и поэтому доступа в каналы для их механической очистки нет.

Разборные теплообменники устанавливаются на консольной раме, на двухопорной раме, на трёхопорной раме, а полуразборные – на двухопорной раме.

33

Примечание. Пример условного обозначения разборного теплообменника на консольной раме с пластинами типа 0,6 м2, уплотнитель-

ными прокладками из резины марки 359 и схемой компоновки Сх 1415 -

теплообменник ПР 0,6-16-1-01-10.

Пример условного обозначения полуразборного теплообменника на двухопорной раме, с пластинами типа 0,5П из стали 10Х17Н1М2Т площадью поверхности теплообмена 50 м2, уплотнительными проклад-

ками из резины марки 4526-1 и схемой компоновки Сх 2625 - теплооб-

менники ПР 0,5П-50-2-02-11.

Пластины собираются на раме и стягиваются стяжными болтами рис. 5.4, б. Конструкция аппарата позволяет в эксплуатационных условиях быстро производить разборку и сборку с целью ремонта и очистки поверхностей от накипи и загрязнений. Следует отметить, что при одинаковой производительности коэффициент теплоотдачи пластинчатых водоподогревателей в 3 раза выше, чем у кожухотрубных, а гидравлические сопротивления при одинаковых условиях в 2,5 раза меньше.

Основные технические характеристики пластинчатых теплообменников приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6 Основные характеристики пластинчатых водоподогревателей

34

Продолжение табл. 5.6

ление, МПа - по стороне греющей воды

- по стороне промежуточного теплоносителя

35

Теплофизические свойства промежуточного теплоносителя при сред-

Теплофизические свойства греющей воды при средней температуре, °С tвд = 0,5( tвд′ +tвд′′ )

Выбираем теплообменник (табл. 5.6) и выписываем его характеристики [8]:

тип пластин, из которых комплектуется теплообменник угол пересечения вершин гофр характеристики пластин:

-площадь поверхности теплообмена Fп, м2

-эквивалентный диаметр межпластинчатого канала Dэ, м2

-площадь поперечного сечения одного канала Fк, м2

-приведенная длина канала ln , м

-диаметр условного прохода присоединяемого штуцера Dу, мм

-теплопроводность материала пластин λм, Вт/(м2·К).

Тепловой расчёт [8]

Расход греющей воды по I контуру в интервале заданных темпе-

ратур

Vвд = срвд( tвд′ Q−p tвд′′ )ρвд , м3/с.

36

Рис. 5.5. График определения температурного напора между теплоносителями на пластинах аппарата

Принимаем ориентировочно скорость движения греющей воды в контуре Wвд = 0,265 м/с. Рассчитываем:

критерий Нуссельта по стороне воды

коэффициент теплоотдачи со стороны воды

αвд = Nивдλвд ;

Dэ

скорость движения теплоносителя во II контуре

Wm=0,24 м/с;

критерий Рейнольдса по теплоносителю

критерий Нуссельта по теплоносителю

Num = 0,135R0,73R0,43;

em чт

коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя

αт = Numλm ;

Dэ

коэффициент теплопередачи аппарата

37

К = 0,7 α1вд + δλ +α1т −1;

расчетную площадь поверхности теплообмена аппарата

Fan = KQ∆pt .

По табл. 5.6 принимаем соответствующий пластинчатый теплообменник с расчетной поверхностью теплообмена.

Конструктивный расчет теплообменного аппарата [8]

Площадь поперечного сечения пакета

fn = WV , м2.

Сцелью снижения гидравлических потерь, учитывая возможные

отложения накипи и соли, расчетное сечение пакета увеличиваем на

30 %.

fn′вд = 1,3 fn , м2.

Принимаем симметричную компоновку по теплоносителям fn′вд = fт;

число каналов в пакете

N = fn . fk

Сохраняя симметричность компоновки, принимаем n пакетов по m каналов, соблюдая условие n m = N , определяем число пластин в пакете

Z = 0,5nm ;

площадь поверхности теплообмена одного пакета

Fn = FnлZ , м2;

число пакетов в аппарате

N ′= Fan ; Fn

число пластин в аппарате

Z ′ = Fan + 2Fпл ;

Fпл

38

схему компоновки пластин в аппарате с сохранением симметрии r

пвд′ = пm′ , Сх = тпs .

Гидромеханический расчет

Рассчитываем коэффициент гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала по воде и по теплоносителю

сопротивление пакетов пластин по воде и по теплоносителю

∆P =ξ ln ρW 2 .

Dэ 2

Расчетные сопротивления не должны выходить за принятые значения сопротивлений в исходных данных.

Расчет заканчивается уточнённым выбором количества и типа аппарата с его техническими характеристиками.

5.5. Насосы

Циркуляционный насос выбирается по расчетной производительности Vт, м3/ч, и гидравлическим сопротивлениям второго конту-

ра системы теплоснабжения калориферной установки.

Напор ( H , м) насоса будет обусловливаться величиной общего сопротивления теплообменных аппаратов, калориферных секций и трубопроводами обвязки. Поэтому насос выбирают после принятия и разработки гидравлической схемы обвязки оборудования (рис.7.2). Общее сопротивление будет складываться из сопротивлений калориферных секций, промежуточного теплообменника, трубопроводов и арматуры обвязки.

Для осуществления циркуляции теплоносителя в системе теплоснабжения через калориферы и водоподогреватель применяют обыкновенные насосы для горячей воды. Технические характеристики горячеводных насосов, пригодных к применению в калориферных установках, приведены в табл. 5.7.

Для откачки теплоносителя из системы при ремонтных работах и для перекачки теплоносителя в напорный бак используют дренажные ручные насосы типа БКФ или с электроприводом типа ВК.

39

Таблица 5.7

Технические характеристики горячеводных насосов при температуре рабочей среды до 105 °С

Тип насоса выбирают по расчетному расходу и гидравлическому сопротивлению контура.

Количество насосов в схеме выбирают по компоновочному решению. Для получения плавного регулирования режимами работы калориферной установки саму установку по гидравлической схеме разбивают на две половины, в связи с этим в схеме должно быть два рабочих насоса и один в резерве.

После выбора типа и количества насосов выписывают их технические характеристики.

6.ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ИЗАПОРНАЯ И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА

6.1.К вспомогательному оборудованию калориферных установок относят воздухоотводчики для удаления воздуха из системы; грязевики для удаления абразивных включений из греющего теплоносителя, пре-