new Энергетика. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ. СП 41-101-95. Приложение 8

new Энергетика

на главную страницу

СВОДЫ ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

СП 41-101-95.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

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 в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Техническая характеристика пластин

Показатель

Тип пластины

0,3р

0,6р

0,5Пр

Габариты (длина х ширина х толщина), мм

1370х300х1

1375х600х1

1380х650х1

Поверхность теплообмена, кв.м

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, кв.м

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

4,5

Приведенная длина канала, м

1,12

1,01

0,8

Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие на пластине), кв.м

0,0045

0,0243

0,0283

Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм

65(80)

200

Коэффициент общего гидравлического сопротивления

Коэффициент гидравлического сопротивления штуцера

1,5

Коэффициенты:

0,368

4,5

0,492

3,0

0,492

3,0

Таблица 2

Техническая характеристика и основные параметры пластинчатых

теплообменных аппаратов

Показатель

Тип пластины

0,3р

0,6р

0,5Пр

Тип аппарата

Разборный

Полуразборный

Расход теплоносителя (не более), куб.м/ч

200

Номинальная площадь поверхности теплообмена аппарата, кв.м, 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 промежуточной плитой (исполнение 3)

От 200 до 300

От 160 до 320

Расчетное давление, МПа (кгс/кв.см)

1(10)

1,6(16)

2,5(25)

Габарит теплообменников, мм

650х400х1665

605х750х1800

2570х650х1860

(3500)

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.

Таблица 3

Характеристики прокладок для пластин

Условное обозначение прокладок

Марка материала и технические условия

Каучуковая основа

Температура рабочей среды, °С

Резина 359 (ТУ 38-1051023-89)

СКМС-30 и АРКМ-15

(бутадиенметилстирольный каучук)

От -20 до +80

Резина 4326-Г (ТУ 38-1051023-89)

СКН-18 (бутадиеннитрильный каучук)

От -30 до +100

Резина 51-3042 (ТУ 38-1051023-89)

СКЭПТ (этиленпропилендиеновый каучук)

До 150

Резина 51-1481 (ТУ 38-1051023-89)

СКЭП (этиленпропилендиеновый каучук)

До 150

Резина ИРП-1225 (ТУ 38-1051023-89)

СКФ-32 и ИСКФ-26 (фторированный каучук)

От -30 до +200

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 (кв.м), 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.

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 кв.м, на консольной раме, в коррозионностойком 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/кв.см).

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/кв.см).

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/кв.см), до 150 °С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/кв.см).

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/кв.см), до 150 °С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/кв.см).

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 водоподогревателей.

В первом случае оптимальное соотношение числа ходов для греющей и нагреваемой 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 противопоточным 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 теплоносителей 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.

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 I и II подогрева

в одну установку с противоточным движением воды

2. При расчете пластинчатого водоподогервателя 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 = 0,4 м/с.

Поэтому, выбрав тип пластины рассчитываемого водоподогревателя горячего водоснабжения, по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде :

, (2)

где - живое сечение одного межпластинчатого канала.

3. Компоновка водоподогревателя симметричная, т.е. . 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 = 100кПа, а = 40 кПа - для I 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 , Вт/(кв.м · °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 , Вт/(кв.м · °С), от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле

, (7)

где .

7. Коэффициент теплопередачи , Вт/(кв.м · °С), определяется по формуле

, (8)

где - 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 и по полученным значениям коэффициента теплопередачи и температурному напору определяется необходимая поверхность нагрева 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 :

, (9)

где - поверхность нагрева одной пластины, кв.м.

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 , кПа, в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды

; (11)

для греющей воды

, (12)

где - 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 = 1,5-2,0;

- коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 1 настоящего приложения;

- скорость при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды.

Пример расчета

Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку пластинчатого теплообменника, собранного из пластин 0,6р для системы горячего водоснабжения того же ЦТП, что и в примере с кожухотрубными секционными водоподогревателями. Следовательно, исходные данные, величины расходов и температуры теплоносителей на входе и выходе каждой ступени водоподогревателя принимаются такими же, как и в предыдущем примере.

1. Проверяем соотношение ходов в теплообменнике I ступени по формуле (1), принимая =100 кПа и = 40 кПа,

Соотношение ходов не превышает 2, следовательно, принимается симметричная компоновка теплообменника.

2. По оптимальной скорости нагреваемой воды определяем требуемое число каналов по формуле (2)

3. Общее живое сечение каналов в пакете определяем по формуле (3) ( принимаем равным 20)

кв.м.

4. Фактические скорости греющей и нагреваемой воды по формулам (4) и (5):

м/с;

м/с.

5. Расчет водоподогревателя I ступени:

а) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, формула (6), принимая из табл. 1 А = 0,492:

Вт/(кв.м ·°С);

б) коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде, формула (7):

Вт/(кв.м ·°С);

в) коэффициент теплопередачи, принимая = 0,8, формула (8):

Вт/(кв.м ·°С).

г) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени, формула (1) прил. 5:

кв.м;

д) количество ходов (или пакетов при разделении на одноходовые теплообменники), формула (9):

Принимаем три хода;

е) действительная поверхность нагрева водоподогревателя I ступени, формула (10):

кв.м;

ж) потери давления I ступени водоподогревателя по греющей воде; формула (12), принимая = 1 и из табл. 1 =3:

кПа.

6. Расчет водоподогревателя II ступени:

а) коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, формула (6):

Вт/(кв.м·°С);

б) коэффициент тепловосприятия от пластины к нагреваемой воде, формула (7):

Вт/(кв. °С);

в) коэффициент теплопередачи, принимая = 0,8, формула (8):

Вт/(кв. °С).

г) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени, формула (1) прил. 5:

кв.м;

д) количество ходов (или пакетов при разделении на одноходовые теплообменники), формула (9):

Принимаем 2 хода:

е) действительная поверхность нагрева водоподогревателя II ступени, формула (10):

кв.м;

ж) потери давления II ступени водоподогревателя по греющей воде, формула (12):

кПа;

з) потери давления обеих ступеней водоподогревателя по нагреваемой воде, принимая = 1,5, при прохождении максимального секундного расхода воды на горячее водоснабжение, формула (11):

кПа.

В результате расчета в качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем два теплообменника (I и II ступени) разборной конструкции (Р) с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины марки 359 (условное обозначение - 10). Поверхность нагрева I ступени - 71,4 кв.м, II ступени - 47,4 кв.м. Схема компоновки I ступени:

;

схема компоновки II ступени:

Условное обозначение теплообменников, указываемое в бланке заказов, будет:

I ступени: Р0,6р-0,8-71,4-2К-01-10 .

II ступени: Р0,6р-0,8-47,4-2К-01-10 .

Расчет водоподогревателя, собранного из пластинчатых теплообменников фирмы "Альфа-Лаваль" (технические характеристики см. в табл. 4), показывает, что в I ступень требуется установить теплообменник М15-BFG8 с числом пластин 64, площадь поверхности нагрева 38,4 кв.м (коэффициент теплопередачи - 4350 Вт/(кв.м · °С)).

Таблица 4

Технические характеристики пластинчатых теплообменников

фирмы "Альфа-Лаваль" для теплоснабжения

Показатель

Неразборные паяные

Разборные с резиновыми прокладками

СВ-51

СВ-76

СВ-300

М3-XFG

M6-MFG

M10-BFG

M15-BFG8

Поверхность нагрева пластины, кв.м

0,05

0,1

0,3

0,032

0,14

0,24

0,62

Габариты пластины, мм

50х520

92х617

365х990

140х400

247х747

460х981

650х1885

Минимальная толщина пластины, мм

0,4

0,5

Масса пластины, кг

0,17

0,44

1,26

0,24

0,8

1,35

2,95

Объем воды в канале, л

0,047

0,125

0,65

0,09

0,43

1,0

1,55

Максимальное число пластин в установке, шт.

150

200

250

275

700

Рабочее давление, МПа

3,0

2,5

1,6

Максимальная температура, °С

225

130

160

150

Габариты установки, мм:

ширина

высота

длина, не более

" " менее

103

520

286

192

617

497

120

466

1263

739

180

480

500

240

320

920

1430

580

470

981

2310

710

650

1885

3270

1170

Диаметр патрубков, мм

65/100

100

140

Стандартное число пластин

10, 20, 30, 40, 50, 60, 80

20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150

Масса установки, кг, при числе пластин:

минимальном

максимальном

5,2

15,4

15,8

73,0

309

146

330

307

645

1089

3090

Максимальный расход жидкости, куб.м/ч

8,1

60/140

180

288

Потери давления при максимальном расходе, кПа

150

Коэффициент теплопередачи, Вт/(кв.м·°С), при стандартных условиях

7700

7890

7545

6615

5950

5935

6810

Тепловая мощность, кВт, при стандартных условиях

515

2490

8940

290

3360

11480

18360

Примечания

1. Стандартные условия - максимальный расход жидкости, параметры греющего теплоносителя 70-15 °С, нагреваемого - 5-60 °С.

2. Номенклатура теплообменников "Альфа-Лаваль" не ограничена типами аппаратов, приведенных в таблице.

3. Материал пластин - нержавеющая сталь AISI 316, материал прокладок - EPDM.

Во II ступени требуется теплообменник M-10-BFG с числом пластин 71, площадь поверхности нагрева 16,6 кв.м (коэффициент теплопередачи - 5790 Вт/(кв.м · ° С)).

Потери давления в обеих ступенях при прохождении максимального секундного расхода нагреваемой воды и том же коэффициенте загрязнения ( = 1,5) составляют 186 кПа.

В табл. 5, 6, 7 приведены технические характеристики теплообменников "Цетепак", "APV" и "СВЭП".

Таблица 5

Технические характеристики паяных пластинчатых теплообменников

"Цетепак" производства компании "Цететерм"

Показатель

СР410

СР415

СР422

СР422-2V*

СР500

СР500-2V*

Поверхность нагрева пластины, кв.м

0,025

0,05

0,095

0,28

Габариты пластины

, мм

311Х112

520х103

617х192

950х364

Минимальная толщина пластины, мм

0,4

Масса пластины, кг

0,1

0,17

0,35

1,26

Объем воды в канале, л

0,05

0,094

0,21

0,52/0,7

Максимальное число пластин в установке, шт.

150

200

Рабочее давление, МПа

2,5

2,5/1,6

Максимальная температура, °С

225

Основные размеры теплообменника в изоляции , мм

360Х182Х320

590х182х260

670х284х508

1200х450х818

Диаметр патрубков, мм

65/100

Масса теплообменника, кг, при числе пластин:

минимальном **

максимальном

69,6

246

Максимальный расход нагреваемой воды при потере давления 100 кПа, куб.м/ч

340

165

Коэффициент теплопередачи при стандартных условиях***, Вт/(кв.

°С)

2420

3090

1700

Тепловая мощность при стандартных условиях, кВт

(CP410-150-2V)

440

(СР422-150-2V)

2000

(СР500-200-2V)

Максимальная тепловая мощность, кВт, при параметрах теплоносителя 150-76/105-70 °С.

300

250

1200

800

4000

2500

_______________

* Теплообменники этой модели предназначены для ГВС с двухступенчатым подогревом воды в одном корпусе.

** Число пластин подбирается с шагом 10 пластин при минимальном числе 10 пластин.

*** Стандартные условия - максимальный расход жидкости, параметры греющего теплоносителя 70-15 °С, нагреваемого - 5-60 °С.

Примечания

1. Теплообменники поставляются в комплекте с изоляцией.

2. Числа через дробь означают параметры для первичного и вторичного теплоносителей.

3. Материал пластин - AISI 316.

Таблица 6

Технические характеристики пластинчатых теплообменников

фирмы "APV" для теплоснабжения

Показатель

Неразборные паяные

Разборные с резиновыми прокладками

BD4

BD7

BF2

N25

N35

N50

M60

M92

Поверхность нагрева пластины, кв.м

0,04

0,07

0,14

0,25

0,35

0,5

0,6

0,92

Габариты пластины, мм

290х120

525х120

574х235

924х368

1200х368

1614х368

1188х740

1563х740

Минимальная толщина пластины, мм

0,4

0,5

Масса пластины, кг

0,14

0,26

0,42

1,3

1,79

2,45

3,08

4,22

Объем воды в канале, л

0,03

0,052

0,133

0,7

0,95

1,3

2,05

2,77

Рабочее давление, МПа

3,0

1,0

Максимальная температура, °С

220

150

Диаметр патрубков, мм

200

Максимальное число пластин в установке, шт.

123

39/83*

91/151*

_______________

* Перед чертой - для рамы 10/1, за чертой - 10/2.

Габариты установки, мм:

длина, не более

" " менее

290х120

246

525х120

246

574х235

315

1249х450

570(10/2)

370(10/1)

1525х450

570(10/2)

370(10/1)

1939х450

570(10/2)

370(10/1)

1560х886

1340(10/2)

1090(10/1)

1935х906

1340(10/2)

1090(10/1)

Стандартное число пластин в установке

7, 11, 17, 25, 33, 43, 63, 93,

123

Масса установки, кг:

не более

не менее

14,4

2,4

26,2

4,0

58,4

10,5

310

210

410

300

460

380

1755

1330

2270

1700

Примечания

1. Материал пластин: неразборных - AISI 316, разборных - AISI 304, материал прокладок разборных - EPDM.

2. Номенклатура теплообменников "APV" не ограничивается типами аппаратов, приведенных в таблице.

Таблица 7

Технические характеристики пластинчатых теплообменников фирмы "СВЕП" для теплоснабжения

Показатель

Неразборные паяные

Разборные с резиновыми прокладками

В25

В35

В45

В50

В65

Gx6NI

Gx12P

Gx18P

Gx26P

Gx42P

Gx51P

Поверхность нагрева пластины, кв.м

0,063

0,093

0,128

0,112

0,270

0,070

0,120

0,180

0,275

0,450

0,550

Масса пластины, кг

0,234

0,336

0,427

0,424

1,080

Объем воды в канале, л

0,095

0,141

0,188

0,474

Максимальное число пластин в установке, шт.

120

200

250

300

100

160

450

Рабочее давление, МПа

3,0

1,0

1,6

Максимальная температура, °С

185

150

Габариты установки, мм:

ширина

высота

длина, не более

117

524

317

241

392

518

241

524

518

241

524

670

362

864

790

160

745

500

320

840

1090

320

1070

1090

460

1265

3080

460

1675

3080

630

1730

3130

Диаметр подсоединительных патрубков, мм

100

150

Масса установки при максимальном числе пластин, кг

30,6

71,4

119

900

38*

127*

183*

363*

554*

1138*

_______________

* Масса принята для числа пластин, требуемых при обеспечении мощности нижеследующей строки.

Максимально эффективная тепловая мощность, кВт, при параметрах теплоносителя 150-80/105-70 °С и

не более 150 кПа

350

550

900

2200

6100

400

550

1500

3000

7300

15000

Коэффициент теплопередачи, Вт/(кв.м · °С)

5970

7880

6570

7820

7035

12920

9380

11550

10810

9500

11840

Эффективное число пластин, шт.

140

101

Тепловая мощность, кВт, при стандартных условиях

450

1500

4100

430

750

1050

9500

Коэффициент теплопередачи, Вт/(кв.м ·°С), при стандартных условиях

6210

6260

5150

7980

7080

7030

7320

Эффективное число пластин, шт.

(через дробь - число ходов)

117/2

189/2

297/2

79/3

89/4

85/3

74/2

Примечания

1. Стандартные условия - максимальный расход жидкости, ограниченный допустимыми скоростями и потерями давления в водоподогревателе по нагреваемой воде не более 150 кПа; параметры теплоносителя: греющего 70-15 °С, нагреваемого 5-60 °С.

2. Материал пластин - нержавеющая сталь AISI 316 толщиной 0,3-0,6 мм, материал прокладок - EPDM.

3. Номенклатура теплообменников не ограничена типами аппаратов, приведенных в таблице.

Страницы:

| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |

|условные обозначения|

Подробное Оглавление СП 41-101-95