ПРИЛОЖЕНИЕ 8
ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПЛАСТИНЧАТЫХ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ (ПО ГОСТ 15518)
В соответствии с каталогом ЦИНТИхимнефтемаш (М. ,1990) выпускаются теплообменники пластинчатые для теплоснабжения следующих типов полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р.
Технические характеристики указанных пластин и основные параметры теплообменников, собираемых из этих пластин, приведены а табл. 1 и 2.
Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок. Для теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным является применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в табл. 3.
Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата первые буквы обозначают тип аппарата-теплообменник Р (РС) разборный (полусварной), следующее обозначение - тип пластины, цифры после тире - толщина пластины, далее - площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем - конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3). После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.
Таблица 1
Техническая характеристика пластин
Показатель | Тип пластины | ||
0,3р | 0,6р | 05Пр | |
Габариты (длина х ширина х толщина), мм | 1370х300х1 | 1375х600х1 | 1380х650х1 |
Поверхность теплообмена, м2 | 0,3 | 0,6 | 0,5 |
Вес (масса), кг | 3,2 | 5,8 | 6,0 |
Эквивалентный диаметр канала, м | 0,008 | 0,0083 | 0,009 |
Площадь поперечного сечения канала, м2 | 0,0011 | 0,00245 | 0,00285 |
Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м | 0,66 | 1,188 | 1,27 |
Ширина канала, мм | 150 | 545 | 570 |
Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм | 4 | 4,5 | 5 |
Приведенная длина канала, м | 1,12 | 1,01 | 0,8 |
Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие на пластине), м2 | 0,0045 | 0,0243 | 0,0283 |
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм | 65(80) | 200 | 200 |
Коэффициент общего гидравлического сопротивления | 19,3 Re0,25 | 15 Re0,25 | 15 Re0,25 |
Коэффициент гидравлического сопротивления штуцера x | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Коэффициенты: А | 0,368 | 0,492 | 0,492 |
Б | 4,5 | 3,0 | 3,0 |
Таблица 2
Техническая характеристика и основные параметры пластинчатых теплообменных аппаратов
Показатель | Тип пластины | ||
0,3р | 0,6р | 0,5Пр | |
1 | 2 | 3 | 4 |
Тип аппарата | Разборный | Полуразборный | |
Расход теплоносителя (не более), м3/ч | 50 | 200 | 200 |
Номинальная площадь поверхности теплообмена аппарата, м2, и исполнение на раме: консольной (исполнение 1) | От 3 до 10 | От 10 до 25 | - |
двухопорной (исполнение 2) | От 12,5 до 25 | От 31,5 до 160 | От 31,5 до 140 |
трехопорной с промежуточн- ой плитой (исполнение 3) | - | От 200 до 300 | От 160 до 320 |
Расчетное давление, МПа (кгс/см2) | 1(10) | 1(10) | 1,6(16) 2,5(25) |
Габарит теплообменников, мм | 650х400х1665 | 605х750х1800 | 2570х650х1860 (3500) |
Таблица 3
Характеристики прокладок для пластин
Условное обозначение прокладок | Марка материала и технические условия | Каучуковая основа | Температура рабочей среды, °С |
0 | Резина 359 (ТУ 38-1051023-89) | СКМС-30 и АРКМ-15 (бутадиенметилстироль- ный каучук) | От -20 до + 80 |
1 | Резина 4326-Г (ТУ- 38-1051023-89) | СКН-18 (бутадиеннитрильный каучук) | От -30 до +100 |
2 | Резина 51-3042 (ТУ 38-1051023-89) | СКЭПТ (этиленпропилендиено- вый каучук) | До 150 |
3 | Резина 51-1481 (ТУ 38-1051023-89) | СКЭП (этиленпропилендиено- вый каучук) | До 150 |
4 | Резина ИРП-1225 (ТУ 38-1051023-89) | СКФ-32 и ИСКФ-26 (фторированный каучук) | От -30 до +200 |
Пример условного обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01 - теплообменник разборный (Р) с пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, площадью поверхности теплообмена 16 м2, на консольной раме, в коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патрубков - сталь 12Х18Н10Т; материал прокладки - теплостойкая резина 359; схема компоновки:
что означает над чертой - число каналов в каждом ходе для греющей воды, под чертой - то же, для нагреваемой воды.
Дополнительный канал со стороны хода нагреваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.
Из рассматриваемых трех теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2).
Пластины попарно сварены по контуру образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной греющей воды. Разборные каналы допускают давление в них до 1 МПа (10 кгс/см2).
Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа (до 10 кгс/см2), до 150 °С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/см2).
Применение теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа (6 кгс/см2), до 150 °С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/см2).
1. Методика расчета пластинчатых водоподогревателей основана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей с целью получения максимальной скорости каждого теплоносителя и соответственно максимального значения коэффициента теплопередачи или при неизвестных располагаемых напорах по оптимальной скорости нагреваемой воды, как и при подборе кожухотрубных водоподогревате-пей.
В первом случае оптимальное соотношение числа ходов для греющей Х1 и нагреваемой Х2 воды находится по формуле
(1)
Если соотношение ходов получается >2, то для повышения скорости воды целесообразна несимметричная компоновка, т.е. число ходов теплообменивающихся сред будет неодинаковым (рис. 1-3 настоящего приложения). При несимметричной компоновке получается смешанное движение потоков в части каналов - противоток, в части - прямоток, что снижает температурный напор установки по сравнению с
Рис. 1. Симметричная компоновка пластинчатого
водоподогревателя, обозначение Сх 4/5
Рис. 2. Несимметричная компоновка пластинчатого
водоподогревателя, обозначение Сх (2 + 2)/5
Рис. 3. Схема компоновки водоподогревателей І и ІІ подогрева в
одну установку с противоточным движением воды
противоточным характером движения теплообменивающихся сред, который имеет место при симметричной компоновке, и в определенной степени уменьшает выгоду от повышения скорости воды при несимметричной компоновке. Поэтому для исключения смешанного тока теппоносителей более эффективно водоподогревательную установку собирать из двух или нескольких раздельных теплообменников с симметричной компоновкой, включенных последовательно по теплоносителю, у которого получается большее число ходов, и параллельно - по другому теплоносителю. При этом обвязка соединительными трубопроводами должна обеспечить противоток в каждом теплообменнике.
2. При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость принимается исходя из получения таких же потерь давления в установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя - 100 -150 кПа, что соответствует скорости воды в каналах WОПТ = 0,4 м/с.
Поэтому, выбрав тип пластины рассчитываемого водоподогревателя горячего водоснабжения, по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде mH:
(2)
fK - живое сечение одного межпластинчатого канала.
3. Компоновка водоподогревателя симметричная Т. е. mГР=mH. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды
(3)
4. Находим фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с
(4)
(5)
В случае если соотношение ходов, определенное по формуле (1), оказалось >2 (при подстановке DPH = 100 кПа, а DPГР = 40 кПа - для І ступени), водоподогреватель собираем из двух раздельных теплообменников и более и в формулах (4) или (5) расход того теплоносителя, у которого получилось меньше ходов, уменьшаем соответственно в 2 раза и более.
5. Коэффициент теплоотдачи а1 ,Вт/(м2 × °С) от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле
(6)
где А - коэффициент, зависящий от типа пластин принимается по табл. 1 настоящего приложения;
6. Коэффициент тепловосприятия а2, Вт/(м2 × °С), от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле 
(7)
где 
7. Коэффициент теплопередачи к, Вт/(м2 × °С), определяется по формуле
(8)
где b - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7 - 0,85.
8. При заданной величине расчетной производительности QSP и по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и температурному напору DtСР определяется необходимая поверхность нагрева FТР по формуле (1) прил. 5.
При сборке водоподогревателя из двух раздельных теплообменников и более теплопроизводительность уменьшается соответственно в 2 раза и более.
9. Количество ходов в теплообменнике Х:
(9)
где fПЛ - поверхность нагрева одной пластины, м2.
Число ходов округляется до целой величины. В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите. В многоходовых теплообменниках часть штуцеров должна располагаться на подвижной плите, что вызывает некоторые сложности при эксплуатации. Поэтому целесообразней вместо устройства многоходового теплообменника разбить его по числу ходов на раздельные теплообменники, соединенные по одному теплоносителю последовательно, а по другому - параллельно, с соблюдением противоточного движения.
10. Действительная поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле
(10)
11. Потери давления D кПа в водоподогревателях следует определять по формулам:
для нагреваемой воды
(11)
для греющей воды
( 12)
где j - коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать j = 1,5- 2,0;
Б - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 1 настоящего приложения;
WH.C - скорость при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды.