О поверочных расчетах теплообменников

О поверочных расчетах теплообменников

И.М. Сапрыкин Широкое применение теплообменных аппаратов различного типа в теплоэнергетике и других областях техники вызывает потребность в методике расчета, позволяющей оперативно пересчитывать параметры теплоносителей для условий нерасчетных режимов работы.

Эта потребность касается главным образом специалистов, работающих в сферах проектирования и эксплуатации систем, содержащих теплообменные аппараты. теплообмен расходомер нагрев Знание «поведения» теплообменников (ТО) в нерасчетных режимах необходимо: для правильного выбора оборудования (насосов, регулирующих клапанов и других элементов трубопроводных систем, включающих ТО); для определения величин тепловых потоков и расходов теплоносителей при отсутствии расходомеров; для оценки степени чистоты (загрязнения) поверхностей нагрева ТО и других целей.

Сегодня на рынке теплообменного оборудования представлены как зарубежные, так и отечественные производители, выпускающие весьма широкий спектр ТО. Имеющиеся методики расчетов не всегда учитывают особенности конкретных ТО и теплофизические свойства воды.

Обращение к производителям ТО с просьбой о выполнении дополнительных расчетов по уже имеющемуся и находящемуся в эксплуатации ТО не всегда удобно либо вообще невозможно.

Различные типы и виды ТО отличаются конструктивными особенностями, расчетными тепловыми потоками, диапазонами температур теплоносителей. У каждого производителя теплообменного оборудования имеются свои эксклюзивные программы по расчету ТО, учитывающие их индивидуальные особенности.

При одинаковых параметрах — тепловом потоке и четырех температурах теплоносителей на портах — ТО различных производителей отличаются коэффициентами теплопередачи (КТП) и площадями поверхностей нагрева. То есть, информация об индивидуальных особенностях данного ТО заключена в его расчетных характеристиках.

Метод поверочного расчета теплообменников предлагаемый автором метод поверочного расчета водоводяных противоточных одноходовых ТО с известными расчетными параметрами основан на описании процесса конвективного теплообмена посредством критерия Нуссельта.

Следует иметь в виду, что при решении задач 1−3, величина Q весьма сильно зависит от точности измерения четырех температур на портах ТО.

Для задачи 10 — определение степени чистоты поверхности нагрева в — предлагается формула, полученная из общего уравнения (1):

Примеры расчета. Расчеты выполнены по формулам 1 и 3, m=0,73.

В тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения ТО, предназначенные для подогрева водопроводной воды на нужды горячего водоснабжения (ГВС), работают в весьма широких пределах изменения температур.

Температура воды ГВС на входе в ТО в течение суток изменяется от 5 до 50 ОC (циркуляция при отсутствии водоразбора). В свою очередь, в течение сезона температура теплоносителя на входе в ТО может изменяться от 70 до 150ОC.

Кроме того, тепловой поток для ГВС, передаваемый ТО в течение суток при отсутствии баков-аккумуляторов горячей воды, может изменяться в 10 и более раз.

В табл. 2 приведены расчеты режимов работы одноходового ПТО типа М 10 В с поверхностью нагрева 30,96 м². ПТО предназначен для обеспечения максимальной часовой тепловой нагрузки ГВС 2000 кВт и подключен к тепловым сетям по параллельной схеме. Расчетными температурами для подбора ПТО являются:

¦ по греющей воде: на входе в ПТ01 ф1=70 ОC; на выходе из ПТО t2=30 ОC;

¦ по нагреваемой воде: на входе в ПТОф2=5 ОC; на выходе из ПТО ф1 = 60 ОC t1=130 ОC. При этом расход G1 снижается до 14,2 т/ч, а температура t2 падает до 8,9 ОC.

Режим 3 предполагает наличие слоя накипи S=0,1 мм. Для обеспечения температуры ф1 =60 ОC расход G1 возрастает до 65 т/ч, а температура t2 до 43,6 ОC.

Режим 4 предполагает наличие слоя накипи S=0,3 мм (в=0,46). Если по греющей стороне отсутствует возможность дальнейшего увеличения расхода свыше И^дд т/ч, то Q снижается до 1648 кВт, t2 возрастает до 48,2 ОC, а t1 снижается до 50,3 ОC.

Режимы 5 и 6 — циркуляционные. В режиме 6 при t1=130 ОC расход греющего теплоносителя снижается до 6² т/ч (более чем в 20 раз по сравнению с режимом 1).

• 1. Предлагается метод поверочных расчетов водоводяных противоточных одноходовых ТО, содержащий уравнение, связывающее тепловой поток с четырьмя температурами теплоносителей на портах при различных степенях чистоты теплопередающих поверхностей.
• 2. На основании предлагаемых уравнений возможно по известному расчетному режиму ТО (расчетные характеристики которого включают: тепловой поток, коэффициент теплопередачи, четыре температуры теплоносителей, степень чистоты) рассчитать параметры теплоносителей для любого другого режима. В частности, определять при отсутствии расходомеров величины теплового потока и расходов теплоносителей по результатам измерения четырех температур на портах ТО.
• 3. Предлагаемый метод несложно адаптируется к расчету противоточных одноходовых ТО с другими, кроме воды, жидкими средами.

• 1. СП 41−101 -95. Тепловые пункты.
• 2. Зингер Н. М., Тарадай А. М., Бармина Л. С. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения. М.: Энер-гоатомиздат, 1995.
• 3. Орбис В. С., Адамова М. А. К диагностике технического состояния теплообменных аппаратов // Энергосбережение. 2005. № 2.