Общие сведенья о тепловых пунктах

К установке принимаем  теплосчетчик «ТВ-03».

 

 

 

 

 

 

4.3 Подбор теплообменника.

4.3.1. Общие сведения  о теплообменниках.

 

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные  для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также для осуществления различных технологических процессов: нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.

Теплообменные аппараты бывают различных типов:

• контактного типа (смесительные аппараты);
• поверхностного типа.

В контактных аппаратах  теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении теплоносителей и, как правило, сопровождается переносом  массы.

В теплообменных аппаратах  поверхностного типа теплообмен идет через разделительную стенку и, теплоносители не смешиваются (рекуперативные аппараты). Данные аппараты нашли широкое применение в теплоэнергетике для нагрева (охлаждения) воды (пара) в испарителях и конденсаторах. Так же используются для теплообмена двух жидкостей в теплообменниках типа «труба в трубе», данные теплообменные аппараты имеют поверхности нагрева от нескольких квадратных сантиметров до нескольких сотен квадратных метров.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям теплообменных  аппаратов:

строгое обеспечение  заданного технологического режима;

- обеспечение высокой удельной  плотности теплового потока;

- высокая экономичность;

_ наименьшее гидравлическое сопротивление,  компактность;

- надежность и безопасность  эксплуатации;

-герметичность в сочетании с  разборностью и доступностью  поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнения;

- удобство монтажа,  ремонта, обслуживания.

Поверхностные теплообменные аппараты делят  на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные – аппараты, в  которых теплообмен идет через разделительные стенки.

Регенеративные – аппараты, в  которых два или более теплоносителей поочередно соприкасаются с насадкой, причем тепловой поток меняет свое направление на противоположное.

По конструкционному оформлению теплообменные  аппараты бывают: трубчатые, змеевиковые, оросительные, секционные, ребристые, пластинчатые, спиральные.

По виду теплоносителей теплообменные  аппараты бывают водо-водяные, пароводяные, газо-воздушные, газо-мазутные.

Теплообменные аппараты бывают одноходовыми и многоходовыми (рис.1).

Многоходовые теплообменные  аппараты изготавливают для увеличения поверхности теплообмена при  меньших габаритах, обеспечивая  большую компактность.

Так же теплообменные  аппараты бывают прямоточные, противоточные  и перекрестные в зависимости  от движения теплоносителей в них. Лучшие результаты с точки зрения снижения поверхности нагрева дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменных аппаратах, где это возможно, создают противоток движения теплоносителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.2. Описание водоводяного кожухотрубчатого теплообменника и основных элементов

 

Абонентские водоводяные  подогревательные установки выполняются  обычно из секционных подогревателей, соединённых последовательно по первичному и вторичному теплоносителям. Общий вид такой подогревательной установки показан на рис.1. В таких установках легко организовать течение первичного и вторичного теплоносителей по схеме противотока и получить достаточно высокие и сравнительно близкие скорости воды в трубках и межтрубном пространстве.

Широкое применение на практике находят секционные подогреватели типа Теплосети Мосэнерго, изготовляемые по ОСТ-34-588-68. Основные размеры этих    подогревателей приведены в приложении 19.   Корпуса этих   подогревателей   выполняются из стальных    труб,    а поверхность нагрева из латунных    трубок Л-68 диаметром   16/14  мм.   Трубные   решетки приварены к корпусу подогревателя. Подогреватели для горячего водоснабжения   изготовляются   без линзового компенсатора на корпусе. Проведенные исследования показывают, что при    использовании этих секционных подогревателей для горячего водоснабжения, когда нагреваемая вода проходит внутри латунных    трубок, а греющая — в    межтрубном пространстве и температура греющей    среды    не превышает 150 °С, нет необходимости в установке на корпусе подогревателя линзовых компенсаторов, так как и без них напряжения в стенках трубок и корпусе не выходят за допустимые пределы. При использовании подогревателей для отопления греющая вода,  как    правило,    пропускается внутри   трубок,    а    нагреваемая — в межтрубном   пространстве.    Для компенсации температурных деформаций на корпусе компенсатора должен быть установлен линзовый компенсатор. Допускаемое рабочее давление: внутри трубок подогревателя 1 МПа, в межтрубном пространстве без линзового компенсатора на корпусе 1 МПа, при наличии линзового компенсатора 0,7 МПа.

В водоводяных подогревателях достигаются обычно довольно высокие коэффициенты теплопередачи [примерно 1000—1500 Вт/(м²-К)]. Интенсивность теплопередачи в подогревателе зависит также от качества изготовления трубного пучка. Необходимо, чтобы вода, проходящая через межтрубное пространство, равномерно омывала все трубки подогревателя, для чего должны быть выдержаны зазоры между трубками, необходимо в середине секций устанавливать под трубками опорные перегородки.

Без опорных перегородок  трубки прогибаются, и зазоры между  ними теряются, что приводит к заметному снижению тепловой производительности подогревателей.

Кроме секционных подогревателей в системах теплоснабжения в последние годы начали применять в опытном порядке пластинчатые теплообменники, изготовляемые как нашей промышленностью, так и зарубежными    фирмами. В СССР стальные пластинчатые теплообменники выпускаются Павлодарским и Уральским заводами химического машиностроения с площадью поверхности нагрева от 10 до 160 м² на рабочее давление 1 МПа.

Поверхность нагрева  этих подогревателей состоит из тонкостенных низколегированных    штампованных гофрированных пластин разного профиля. Потоки греющей и нагреваемой воды проходят через теплообменник противотоком с обеих сторон пластины, между которыми образуются системы каналов сложной формы, способствующие турбулизации протекающих потоков и росту коэффициентов теплопередачи.

Все пластины теплообмена  скомпонованы в виде пакета, как листы в книге, и зажаты с помощью зажимных болтов, между двумя торцевыми несущими плоскими стальными плитами. Греющий и нагреваемый потоки воды подведены с одной и той же стороны торцевой плиты.

Преимущества пластинчатых теплообменников заключаются в  повышении интенсивности теплопередачи, компактности (около 100 м² в 1 м³), высокой плотности — исключена возможность перетекания теплоносителя из одной полости (например, греющей) в другую (например, нагреваемую). Эксплуатация пластинчатых подогревателей проста, так как они легко разбираются. Пластины могут очищаться от накипи и загрязнений или заменяться.

 

 

 

Эскиз водоводяного подогревателя  по ОСТ  приведен  на  рисунке  1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Водоводяной  подогреватель.

1 – обечайка; 2 – патрубок  входа вторичной воды; 3 – патрубок выхода вторичной воды; 4 – трубная решетка; 5 – патрубок входа первичной воды; 6 – патрубок выхода первичной воды; 7 – жидкостная крышка; 8 – теплообменная трубка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЁТ ПАТРУБКОВ

 

Патрубки предназначены  для ввода и вывода теплоносителей из аппарата. Патрубок представляет собой отрезок трубы стандартных параметров, требуемого материального исполнения.

Расчет внутреннего  диаметра патрубка выполняется по уравнению сплошности:

,

где G - массовый расход теплоносителя через патрубок, кг/с ;

r  - плотность теплоносителя при температуре в патрубке, кг/м³;

w - скорость теплоносителя в патрубке, м/с;

f  - площадь внутреннего поперечного сечения патрубка, м²;

 

Площадь поперечного  сечения равна:

,                                                                                                         

          где d_вн  - внутренний диаметр патрубка.

 

Отсюда внутренний диаметр можно вычислить по формуле:

                                                                                          

                                                                                              

3.1 Для греющего теплоносителя (вода) патрубки для впуска и выпуска в целях унификации принимаем с одинаковыми диаметрами:

 

                                                                                                   

 м,                   

где   - принятое рекомендуемое значение скорости для воды в патрубке

r₁ =979 кг/м³ – плотность теплоносителя в патрубке при средней температуре t_ср1=67,5 °С .

 

Округляя полученное значение для d_вн  до стандартного значения D_у, приводимого в таблице 3.5 [2], подбираем трубу стальную бесшовную горячедеформированную по ТУ 14-3-190-82, материал: Сталь 20 по ГОСТ 1050-74

D_у = 200 мм – условный диаметр патрубка;

D_н = 219 мм – наружный диаметр патрубка;

Р_у =0,6  МПа – условное давление.

 

3.2 Аналогично для нагреваемого теплоносителя (вода):

 

                                                                                                    

 м,

          где - скорость нагреваемой воды в трубках;

         r₂ =996 кг/м³ – плотность теплоносителя в патрубке при средней температуре t_ср2=27 °С .

 

Труба стальная  бесшовная  горячедеформированная по ТУ 14-3-190-82, материал: Сталь 20 по ГОСТ 1050-74

D_у = 250 мм – условный диаметр патрубка;

D_н = 273 мм – наружный диаметр патрубка;

Р_у =0,27 МПа – условное давление.

 

3.3 По известным значениям выбираем стандартные фланцы к патрубкам. Эскиз плоского приварного фланца изображен на рисунке 3.1. Тип фланцев – стальные плоские приварные ГОСТ 1255 – 54. Основные размеры патрубков и фланцев приведены в таблице 3.1.

 

 

 

 

Длину патрубков назначают из стандартного ряда.

Таблица 3.1  Основные размеры патрубков.

Патрубок	Ру, МПа	Dу	Dн	S	Dф	Dб	dб	d	Z, шт	D1	h	l
		мм								мм
Греющего теплоносителя	0,6	200	219	6	290	255	М16	18	8	232	22	140
Нагреваемого теплоносителя	0,27	250	273	8	370	335	М16	18	12	312	22	150

 

 

 

Рисунок 3.1 - Фланец плоский приварной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.4Конструктивный расчет водоводяного  кожухотрубчатого  теплообменника

 

Целью данного расчета  является определение основных габаритных размеров теплообменника, в частности, диаметра трубной решетки по центрам наружного ряда трубок и активной длины трубок, определение числа трубок в аппарате и разбивка их в трубной решетке по одной из применяемых схем. По выполнении компоновки трубного пучка, подбираются фланцы нижней жидкостной крышки и корпуса аппарата.

 

4.1 Определяем площадь поперечного сечения  f_X  трубок одного хода из уравнения сплошности:   

                                                                                                           _(4.1)    

где  G – массовый расход нагреваемого теплоносителя, кг/с ;

r - плотность нагреваемого теплоносителя при температуре среды в трубке, м²;