РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО КОНДЕНСАТОРА

Рассчитывается и выбирается нормализованный вариант конструкции теплообменного аппарата, предназначенного для подогрева водопроводной воды от t_в' = 5 ^оС до t_в" = 55 ^оС сухим насыщенным паром, поступающим от котла ПА-1000, давлением Р = 0,9МПа. Тепловая мощность конденсатора равна теплопроизводительности котла и равна 680 кВт.

При средней температуре воды t_ср=0,5·(t_в'+ t_в")=0,5·(5+55)=30°С она имеет следующие физико-химические характеристики:

ρ_в=995,7 кг/м³; с_рв=4,174 кДж/(кг·К); λ_в=0,612 Вт/(м·К) ; μ_в=801,5·10^-6 Па·с; ν_в=0,805·10^-6 м²/с; Pr_в=5,45.

При давлении насыщенного водяного пара 0,9МПа температура конденсации t_к=175°С. Характеристики конденсата при этой температуре:

ρ_к=892,1 кг/м³; λ_к=0,674 Вт/(м·К); μ_к=157,9·10^-6 Па·с;

ν_к=0,177·10^-6 м²/с; r_к=2031 кДж/кг; Pr_к=1,04.

Расчет проводим последовательно в соответствии с общей схемой.

Тепловая нагрузка аппарата:

(6.1)

где с_рв – средняя массовая изобарная теплоемкость воды;

Расход пара определяется из уравнения теплового баланса:

(6.2)

где i", i', r – энтальпия пара, конденсата и теплота парообразования.

Расход водопроводной воды также определяется из уравнения теплового баланса:

(6.3)

Определяется температурный режим и средняя разность температур:

(6.4)

Рисунок 6.1 – Температурный режим пластинчатого конденсатора

Коэффициент теплопередачи принимается ориентировочно, К_ор=1250 Вт/(м²·К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

(6.5)

Рассмотрим пластинчатый подогреватель (конденсатор паров) поверхностью F=3,0 м²; поверхность пластины f=0,3 м², число пластин N=12, согласно ГОСТ 15518-83.

Таблица 6.1 – Конструктивные характеристики разборного пластинчатого теплообменника

Характеристики	Площадь пластины 0,3 м2
Габариты пластины, мм:
длина	1370
ширина	300
толщина	1,0
Эквивалентный диаметр канала, мм	8,0
Поперечное сечение канала, ·104 м2	11,0
Приведенная длина канала, м	1,12
Масса пластины, кг	3,2
Диаметр условного прохода штуцеров, мм	65

Скорость жидкости и число Re в шести каналах площадью поперечного сечения канала 0,0011 м² и эквивалентным диаметром канала 0,008 м равны:

(6.6)

(6.7)

Режим течения жидкости – турбулентный, т.к. Re=50 ÷ 30000.

При движении теплоносителя (воды) в каналах, образованных гофрированными пластинами в пластинчатых теплообменниках, коэффициент теплоотдачи рассчитывают по уравнению:

(6.8)

Коэффициент а определяется по площади пластины и по режиму течения жидкости в канале, а=0,1, b=0,73, c=0,43.

(6.9)

(6.10)

Скорость течения пара и число Re:

(6.11)

(6.12)

Коэффициент теплоотдачи для конденсации пара на гофрированной поверхности пластин при (t_конд-t_ст1)=∆t ≥ 10°С рассчитывают по формуле:

(6.13)

где коэффициент а зависит от площади пластины, а=322.

(6.14)

(6.15)

Термическим загрязнением со стороны пара можно пренебречь. Толщина пластин 0,001м, материал – нержавеющая сталь, λ_ст=17,5 Вт/м·К. Сумма термических сопротивлений стенки пластин и загрязнений со стороны жидкости составит:

(6.16)

r_зп и r_зв - термические сопротивления слоев загрязнений со стороны пара и воды. Принимаем r_зп = 0; r_зв = 1/5800 (м²К)/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

(6.17)

Проверяем правильность принятого допущения относительно ∆t:

(6.18)

>10°C (6.19)

Требуемая поверхность теплопередачи:

(6.20)

Запас по поверхности у конденсатора с поверхностью F_норм=3 м²:

(6.21)

Гидравлическое сопротивление теплоносителя в пластинчатом подогревателе определим по формуле:

(6.22)

Диаметр присоединяемых штуцеров d_ш=0,065м.

Скорость жидкости (воды) в штуцерах:

(6.23)

w_ш<2,5 м/с, поэтому их гидравлическое сопротивление можно не учитывать.

Коэффициент трения воды:

- для турбулентного режима течения. (6.24)

Коэффициент а₂ зависит от площади пластины, а₂=19,3.

Для однопакетной компоновки пластин х=1.

Гидравлическое сопротивление воды:

Аналогично был также рассчитан теплообменник с площадью поверхности теплообмена F=2 м² и числом пластин N=12.

Таблица 6.2 – Конструктивные характеристики разборного пластинчатого теплообменника

Характеристики	Площадь пластины 0,3 м2
Габариты пластины, мм:
длина	1370
ширина	300
толщина	1,0
Эквивалентный диаметр канала, мм	8,8
Поперечное сечение канала, ·104 м2	17,8
Приведенная длина канала, м	0,518
Масса пластины, кг	2,5
Диаметр условного прохода штуцеров, мм	80

Результаты расчетов приведены в таблице [13],[14].

Таблица 6.3 – Результаты уточненных расчетов теплообменников с разными характеристиками.

Величина	Варианты
	Вариант 1	Вариант 2
Поверхность теплообмена, Fнорм м2	3	2
Поверхность пластины, f м2	0,3	0,2
Запас по поверхности теплообмена, ∆ %	36	7
Гидравлическое сопротивление, ∆рхв Па	40923	7613

Исходя из расчетов, выбираем вариант 2 – разборный теплообменник производства фирмы FUNKE FP 19-6/10/16/25 со следующими характеристиками:

Таблица 6.4 – Характеристики пластинчатого конденсатора

Характеристики	Значение
Поверхность теплообмена, м2	2
Поверхность одной пластины, м2	0,2
Число пластин, шт	12
Макс. рабочее давление, МПа	2,5
Макс. рабочая температура, °С	190
Тепловая мощность, кВт	680