Проектирование ИТП бизнес центра

 

 

 

^{СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ}

^РАЗДЕЛ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^{Исполнитель                        ___________                           Бедрицкий А.Ю.}

                                                                                 ^{(подпись)                                                                (ф.и.о.)}

 

^{Консультант                         ___________                              Попалов В.В.}

                                                                                 ^{(подпись)                                                                (ф.и.о.)}

 

1. Виды кожухотрубных теплообменников

Одним из элементов индивидуального  теплового пункта является теплообменный  аппарат. При проектировании данного  ИТП планируется использовать кожухотрубные теплообменники. Они относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении. Кожухотрубные теплообменники применяются в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время их конструкция в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной. В те же годы началось широкое промышленное применение кожухотрубных теплообменников в нефтяной промышленности. Для эксплуатации в тяжелых условиях потребовались нагреватели и охладители массы, испарители и конденсаторы для различных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменникам часто приходилось работать с загрязненными жидкостями при высоких температурах и давлениях, и поэтому их необходимо было конструировать так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.

С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:

• однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонам теплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением
• диапазон давления от вакуума до высоких значений
• в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов
• удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата
• размеры от малых до предельно больших (5000 м²)
• возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению
• использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т.д.
• возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта

Однако такое  широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций никоим образом не должно исключать поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям.

Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рис. 9.

 

 

 

Классическая  схема кожухотрубчатого теплообменника

Рис. 9

Теплопередающая поверхность аппаратов может  составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч  квадратных метров. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 Мвт состоят из 17 тысяч труб с общей поверхностью теплообмена около 9000 м².

Схемы кожухотрубчатых  аппаратов наиболее распространенных типов представлены на рис. 10.

 

 

 

 

 

 

 

Схемы наиболее распространенных типов кожухотрубчатых аппаратов

Рис. 10

Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.

Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.

Трубные доски (решетки) служат для закрепления  в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. 10 а, в), зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки (рис. 10 б, г) или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры (рис. 10 д, е). материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20 мм.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой (рис. 10 а, к), нежесткой (рис. 10 г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. 10 б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

На рисунке а) изображен  одноходовой теплообменник с прямыми трубками жесткой конструкции. Кожух и трубки связаны трубными решетками и поэтому нет возможности компенсации тепловых удлинений. Такие аппараты просты по устройству, но могут применяться только при сравнительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50^оС). Они имеют низкие коэффициенты теплопередачи вследствие незначительной скорости теплоносителя в межтрубном пространстве.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения трубок. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению коэффициента теплопередачи.

Для устранения напряжений в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, изготавливают также однокамерные теплообменники с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при высоких давлениях теплоносителей, так как изготовление водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах высокого давления – операции сложные и дорогие. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут получить широкого распространения из-за трудности изготовления труб с разными радиусами гиба, сложности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.

Компенсационные устройства сложны в изготовлении (мембранные, сильфонные, с гнутыми трубами) или недостаточно надежны в эксплуатации (линзовые, сальниковые). Более совершенна конструкция теплообменника с жестким креплением одной трубной доски и свободным перемещением второй доски вместе с внутренней крышкой трубной системы. Некоторое удорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса и изготовления дополнительного днища оправдывается простотой и надежностью в эксплуатации. Эти аппараты получили название теплообменников «с плавающей головкой». Теплообменники с поперечным током отличаются повышенным коэффициентом теплоотдачи на наружной поверхности вследствие того, что теплоноситель движется поперек пучка труб. При перекрестном токе снижается разность температур между теплоносителями, однако при достаточном числе трубных секций различие в сравнении с противотоком невелико. В некоторых конструкциях таких теплообменников при протекании газа в межтрубном пространстве и жидкости в трубах для повышения коэффициента теплоотдачи применяют трубы с поперечными ребрами.

 

 

 

 

2. Кожухотрубные теплообменники блочного типа фирмы “SATEKS”

При проектировании ИТП бизнес- центра планируется использовать компактные кожухотрубные подогреватели блочного типа фирмы “SATEKS” (Рис. 11)

 

Кожухотрубный подогреватель блочного типа фирмы “SATEKS”

Рис. 11

В действующих  и проектируемых системах теплоснабжения все большее значение приобретают водоводянные теплообменники. Это связано с тенденцией увеличения этажности зданий и усложнением гидравлических режимов работы городских тепловых сетей. Помимо обязательных в закрытых системах теплоснабжения подогревателей горячего водоснабжения все в большей мере в системах отопления взамен простейшего смесительного устройства - элеватора - используются подогреватели, обеспечивающие независимое присоединение этих систем к тепловым вводам. Если ещё несколько лет назад калориферы приточных вентиляционных систем, как правило, запитывались непосредственно сетевой теплофикационной водой, то в настоящее время все чаще используется независимое присоединение этих установок.

Такие решения повышают надежность работы систем теплоснабжения, исключают  влияние на их работу различных аварийных ситуаций у абонентов, но в то же время существенно усложняют и удорожают схемы индивидуальных и центральных тепловых пунктов, увеличивают потребность в теплообменниках.

Если до распада СССР на его территории использовались, как правило, отечественные кожухотрубные подогреватели, то в начале 90-х годов в Россию хлынул поток импортных подогревателей пластинчатого типа в основном из скандинавских стран. Эти подогреватели по таким показателям как коэффициент теплопередачи, металлоемкость 1 кВт теплопроизводительности и габаритам имеют преимущества над серийно изготавливаемыми кожухотрубными подогревателями наиболее совершенных конструкций, однако, стоимость последних в 2,3 - 3 раза ниже пластинчатых, что оказывает порой решающую роль на выбор заказчиков и особенно тех из них, которые ограничены в финансовых ресурсах.

ОАО "САТЭКС", является единственным в России предприятием, выпускающим в массовом масштабе с середины 90-х годов кожухотрубные  подогреватели блочного типа по ТУ 4933-005-05108104-99 с профилированными латунными трубками, диаметром 16х1 мм и секторными опорными перегородками. Эти подогреватели разработаны совместно проектной организацией "Мосспецпромпроект" и ОАО "САТЭКС" и внедрены в производство в развитие указаний пункта № 3 Поручения Правительства Москвы от 16.09.1998 г. № 25-14-414/8 "Об увеличении использования сантехнического оборудования отечественного производства". подогреватели блочного типа предназначены для использования в системах теплоснабжения зданий и сооружений различного назначения с тепловой нагрузкой от 0,05 до 5 Гкал/час и созданы на основе ГОСТ 27590-88. Они могут успешно использоваться в котельных, а так же в системах водоохлаждения.

Основные особенности  и отличия подогревателей блочного типа от других кожухотрубных теплообменников состоят в следующем:

1. Секции соединены последовательно по трубному и межтрубному пространствам компактными камерами взамен громоздких "калачей", что позволило: - сократить расстояния между отдельными секциями до 30-50 мм вместо 130-275 мм в секционных подогревателях, выпускаемых по ТУ 400-28-429-82 и ТУ 400-28-27-92; - ликвидировать зоны пониженного теплообмена, которые имелись в торцевых частях секций традиционно выпускаемых подогревателей в соответствии с вышеуказанными техническими условиями.
2. Благодаря использованию профилированных латунных трубок и секторных опорных перегородок, достигнуто активное турбулентное движение потоков воды как в трубках, так и в межтрубном пространстве. По совокупности эти нововведения позволили поднять коэффициент теплопередачи блочных подогревателей в 1,9 - 2 раза в сравнении с кожухотрубными с гладкими трубками и кольцами с опорными полками.
3. Простота устройства обеспечивает невысокую трудоемкость изготовления, монтажа и обслуживания, а так же надежность в работе.

Стоимость подогревателей блочного типа и теплообменников  с гладкими трубками и кольцами с  опорными полками вполне сопоставимы  с учетом разного количества требующихся  секций при одинаковой теплопроизводительности. Более чем 5-ти летний опыт изготовления и эксплуатации блочных подогревателей в Москве, регионах РФ и отсутствие рекламаций свидетельствует о том, что эти подогреватели - одни из лучших среди серийно выпускаемых в настоящее время отечественных кожухотрубных подогревателей.

Эффективность их конструкций  подтверждена решениями НТС Управления топливно-энергетического хозяйства  Правительства Москвы, ОАО "Мосмонтажспецстрой", Московского комитета по науке и  технологиям, Межведомственной комиссии. Технические решения и конструкция блочных подогревателей защищены 4-мя патентами, имеют сертификат соответствия № РОСС RU АЯ04.В07436.

Госстандартом РФ конструкция  включена в международный стандарт и рекомендована Госстроем для  использования в проектах систем теплоснабжения (СП 41-101-95 "Свод правил по проектированию тепловых пунктов", Минстрой РФ, 1995 г.) Методика тепловых и гидравлических расчетов подогревателей блочного типа разработана АООТ "Всероссийской теплотехнический научно-исследовательский институт" РАО "ЕЭС России" в 2000 году на основе испытаний, выполненных на стенде предприятия ОАО "САТЭКС".