РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Рассчитывается и выбирается нормализованный вариант конструкции теплообменного аппарата, предназначенного для подогрева водопроводной воды с расходом G_в=9,3м³/ч = 2,58кг/с от t_х.в1 = 5 ^оС до t_х.в2 = 55 ^оС горячей водой с расходом G_г.в =20,7м³/ч = 5,75кг/с и начальной температурой t_г.в1=90°С, поступающей от КГУ Petra 460. Тепловая мощность теплообменника равна теплопроизводительности КГУ и равна 542кВт ≈ 550 кВт.

При средней температуре водопроводной воды t_ср=0,5·(t_х.в1+ t_х.в2)=0,5·(5+55)=30°С она имеет следующие физико-химические характеристики:

ρ_хв=995,7 кг/м³; с_рхв=4,174 кДж/(кг·К); λ_хв=0,612 Вт/(м·К);

μ_хв=801,5·10^-6 Па·с; ν_хв=0,805·10^-6 м²/с; Pr_хв=5,45.

Расчет проводим последовательно в соответствии с общей схемой.

Тепловая нагрузка аппарата:

, кВт (7.1)

где с_рв – средняя массовая изобарная теплоемкость воды;

Конечная температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника определяется из уравнения теплового баланса:

(7.2)

При средней температуре горячей воды t_ср=0,5·(t_г.в1+t_г.в2)=0,5·(90+67)=79°С, она имеет следующие физико-химические характеристики:

ρ_г.в=971,8 кг/м³; с_рг.в=4,195 кДж/(кг·К); λ_г.в=0,669 Вт/(м·К);

μ_г.в=355,1·10^-6 Па·с; ν_г.в=0,365·10^-6 м²/с; Pr_к=2,23.

Определяется температурный режим и средняя разность температур:

(7.3)

Рисунок 7.1 – Температурный режим пластинчатого подогревателя

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

(7.4)

Рассмотрим пластинчатый подогреватель поверхностью F=12,5 м²; поверхность пластины f=0,3 м², число пластин N=44, согласно ГОСТ 15518-83.

Таблица 7.1 – 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 холодной воды и число Re в 22 каналах площадью поперечного сечения канала 0,0011 м² и эквивалентным диаметром канала 0,008 м равны:

(7.5)

(7.6)

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

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

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

(7.7)

(7.8)

Скорость течения горячей воды и число Re:

(7.9)

(7.10)

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

(7.11)

(7.12)

(7.13)

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:

(7.14)

r_зв - термическое сопротивление слоя загрязнения со стороны воды. Принимаем r_зв = 1/5800 (м²К)/Вт.

(7.15)

Коэффициент теплопередачи:

(7.16)

Требуемая поверхность теплопередачи:

(7.17)

Запас по поверхности у теплообменника с поверхностью F_норм=12,5 м²:

(7.18)

Гидравлическое сопротивление холодного теплоносителя в пластинчатом подогревателе определим по формуле:

(7.19)

Диаметр присоединяемых штуцеров d_ш=0,065м.

Скорость холодной воды в штуцерах:

(7.20)

Скорость горячей воды в штуцерах:

(7.21)

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

Коэффициент трения холодной воды:

- для турбулентного режима течения. (7.22)

Коэффициент трения горячей воды:

(7.23)

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

Для однопакетной компоновки пластин х=1.

Гидравлическое сопротивление холодной воды:

Гидравлическое сопротивление горячей воды:

[13],[14].

Исходя из расчетов, выбираем разборный одноходовой теплообменник производства фирмы FUNKE FP 31-6/10/16/25 со следующими характеристиками:

Таблица 7.2 – Характеристики пластинчатого подогревателя

Характеристики	Значение
Поверхность теплообмена, м2	12,5
Поверхность одной пластины, м2	0,3
Число пластин, шт	44
Максимальное рабочее давление, МПа	2,5
Максимальная рабочая температура, °С	190
Тепловая мощность, кВт	550