Уточненный расчет.

Определяем скорость воды в трубках:

W₂=m₂/f₂nρ₂;

где f₂=π∙d_вн.²/4=3,14∙0,018²/4=2,543∙10^-4 м²;

f₂ – площадь сечения трубок в одном ходу, м²;

n – число трубок в одном ходу, шт;

ρ₂ – определяется по температуре нагреваемой воды с использованием ее физических свойств t_ср=0,5(70+77,98)=73,99 ⁰С, по таблице при этой температуре находим ρ₂=975 кг/м³.

W₂=90,9/(2,543∙10^-4∙975∙224)=1,64 м/с.

Определяем скорость движения конденсата в межтрубном пространстве:

W₁=m₁/f₁ρ₁;

где f₁=F_к - ∑f_тр; F_к=π∙D_р²/4=3,14∙0,255²/4=0,051 м²;

f₁ – площадь сечения межтрубного пространства, м²;

F_к – сечение трубок, м².

∑f_тр=(π∙d_н²/4)∙n₁=(3,14∙0,022²/4)∙84=0,029 м².

f₁=F_к - ∑f_тр=0,051-0,029=0,022 м².

t_ср=0,5(155,34+90)=122,67 ⁰С, тогда ρ₁=941 кг/м³.

W₁=11,1/(0,022∙941)=0,536 м/с.

Число Рейнольдса потока в трубках:

Re₂=W₂∙d_вн/ν₂

Число Рейнольдса потока в межтрубном пространстве:

Re₁=W₁∙d_г/ν₁;

где d_г – гидравлический диаметр межтрубного пространства d_г=4∙f₁/П_см;

где П_см – смоченный периметр, м;

П_см=π d_нn + D_вн + π∙D_в/2=3,14∙0,022∙84 + 0,255 + 3,14∙0,255/2=6,46 м.

f₁ – площадь поперечного сечения потока, м²;

n – количество трубок, шт.

d_г=4∙f₁/П_см=4∙0,022/6,46=0,014 м;

Re₁=0,536∙0,014/(0,247∙10^-6)=30380,57 > 10⁴ – режим турбулентный;

где ν₁=0,247∙10^-6 м²/с, при t₁=122,67 ⁰С.

Re₂=1,64∙0,018/(0,395∙10^-6)=74734,18 > 10⁴ – режим турбулентный;

где ν₂=0,395∙10^-6 м²/с, при t₂=74 ⁰С.

Находим коэффициент теплоотдачи:

• со стороны греющей среды:

α₁=1,163∙β₁(ρ₁∙W₁)^0,8/ d_вн.^0,2=1,163∙11,685(941∙0,536)^0,8/0,014^0,2=4636,46 Вт/(м²К);

• со стороны нагреваемой среды:

α₂=1,163∙β₂(ρ₂∙W₂)^0,8/ d_г.^0,2=1,163∙9,55(975∙1,64)^0,8/0,018^0,2=9070 Вт/(м²К).

Определяем коэффициент теплоотдачи:

k=1/(1/α₁+1/α₂+δ_ст/λ_ст)=1/(1/4636,46 + 1/9070 + 0,002/50)=2732 Вт/(м²К).

Принятое значение k=2700 Вт/(м²К) совпадает с расчетным k=2732 Вт/(м²К), значит теплообменник , выбранный к установке, удовлетворяет нашим требованиям и расчетам.

Средне логарифмическая разность температур:

t_ср=[(t_к-t₁)-(t_к-t₂)]/ln((t_к-t₁)/(t_к-t₂))=(155,34-122,67)-(155,34-74)/ ln(32,67/81,34)=53,36 ⁰С.

Поверхность нагрева:

F=Q/Δtk=3,032∙10⁶/(53,36∙2732)=20,8 м².

Активная длина труб:

l=F/nπd_г=20,8/(84∙3,14∙0,014)=5,6 м.

Пароводяной подогреватель сетевой воды (пвп).

В соответствии с заданными температурным графиком сетевой воды в системе отопления (130-70 ⁰С), расход сетевой воды составляет m_с.в.=327,27 т/ч = 90,9 кг/с. Расход пара на подогрев сетевой воды D_п.с.в.=39,93 т/ч=11,1 кг/с. Подогрев воды осуществляется редуцированным паром с давлением Р=0,55 МПа, температура насыщения такого пара t_н=155,34 ⁰С, его энтальпия і_п=2775 кДж/кг, энтальпия конденсата і_к=655,35 кДж/кг.

В сетевой ПВП поступает вода после охладителя конденсата с температурой t_в=90 ⁰С. Вначале выполняем ориентировочный расчет теплообменников, а затем уточняем пригодность выбранного теплообменника для данного конкретного условия.

Тепловая мощность теплообменника:

Q=D(і_п- і_к)=11,1(2775-655,35)=23,528 МВт.

Ориентировочно принимаем значение коэффициента теплопередачи k=1750 Вт/(м²К).

Средняя температура подогреваемой воды в ПВП:

t_ср.в=0,5(t₁+t₂)=0,5(90+130)=110 ⁰С.

Предварительно определяем разность температур между греющим паром и нагреваемой средой (водой):

Δt=155,34-110=45,34 ⁰С.

Находим требуемую поверхность нагрева:

F=Q/Δtk=23,528∙10⁶/(1750∙45,34)=296,53 м².

При эксплуатации ПВП допустимая скорость воды W=2 м/с, тогда живое сечение для прохода воды должно быть равным:

f_в=m/W_в∙ρ_в=90,9/(2∙951)=0,048 м²;

где m – расход сетевой воды, кг/с;

ρ_в – плотность воды, при t_ср.в=110 ⁰С.

Целесообразно установить два теплообменника в параллели. Выбираем теплообменник типа ПСВ-300-7-15, техническая характеристика которого:

Площадь теплообменника, м² 300

Рабочее избыточное давление, МПа:

по пару 0,7

по воде 1,5

максимальная температура пара на входе, ⁰С 400

расчетные параметры пара:

давление, МПа 0,8

температура, ⁰С 169,6

номинальный расход пара, т/ч 29

расчетные параметры сетевой воды:

давление абсолютное, МПа 1,6

температура на входе, ⁰С 110

температура на выходе, ⁰С 150

номинальный расход воды, т/ч 350

расчетная теплопроизводительность, МВт 16,28

скорость в трубках, м/с 1,95

живое сечение для прохода воды, м² 0,0518

диаметр корпуса и толщина стенки, мм 1020×8

высота, мм 5060

длина трубок, мм 3410

полное количество трубок, шт. 456

диаметр трубок, мм 19×1

масса (без воды), т 3,824

Устанавливаем три подогревателя из них 2 рабочих, 1 резервный. Так как подогреватели включены параллельно, то живое сечение для прохода воды:

f_в^'=2∙0,048=0,096 м².