Тепловой расчет пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет пластинчатого теплообменника

 

Пластинчатые  теплообменники бывают различных конструкций, применяются в основном, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны. В настоящее время эти теплообменники очень компактны и по технико – экономическим и по эксплуатационным показателям превосходят большинство кожухотрубных теплообменников. Однако эксплуатировать эти аппараты при сверхвысоких давлениях и температурах значительно сложнее (а многие из них и вовсе невозможно) по сравнению с кожухотрубными.

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 в прил.8 СП 41-101-95), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 в прил.8 СП 41-101-95).

1) Максимальный расход греющей воды, проходящей по межтрубному пространству теплообменника, можно определить из уравнения:

 

Тогда расход и .

 

Тепловые  потери из-за несовершенства теплоизоляции  для водоподогревателей по ГОСТ 27590 принимаются от 5 до 9%. При расчете примем потери 7%, тогда . Теплоемкость греющей воды при ср. температуре принимается равной и плотность (Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена – таблица №3 “Физические свойства воды на линии насыщения”, стр. 103-104).

 

.

 

1). Соотношение  числа ходов для греющей  и нагреваемой воды находится по формуле:

 

 

Для пластинчатого  теплообменника в большинстве случаев  принимается  и . Подставив числовые данные, получаем:

 

 

Полученное  соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка (см.рис 4)

 

Рис. 4. Симметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя

 

 

2). При  расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость воды в каналах принимается по ГОСТ 15515 равной = 0,4 м/с. Основные технические параметры пластины 0,6р занесем в таблицу №3.

Теперь  по оптимальной скорости находим  требуемое количество каналов по нагреваемой воде :

 

 

где - живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника , тогда

 

 

Плотность воды и ее расход здесь и при  дальнейших расчетах будет подставляться  из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

3). Компоновка  водоподогревателя симметричная, т.е. . Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды:

 

 

Таблица №3

Показатель	Числовое значение
Габариты (длина х ширина х толщина), мм	1375х600х1
Поверхность теплообмена, кв.м	0,6
Вес (масса), кг	5,8
Эквивалентный диаметр  канала, м	0,0083
Площадь поперечного сечения  канала, кв.м	0,00245
Смачиваемый периметр в  поперечном сечении канала, м	1,188
Ширина канала, мм	545
Зазор для прохода рабочей  среды в канале, мм	4,5
Приведенная длина канала, м	1,01
Площадь поперечного сечения  коллектора	0,0243
Наибольший диаметр условного  прохода присоединяемого штуцера, мм	200
Коэффициент общего гидравлического  сопротивления
Коэффициент гидр. сопротивления штуцера	1,5
Коэффициенты: А Б	0,492 3,0

 

Теперь  по оптимальной скорости находим  требуемое количество каналов по нагреваемой воде :

 

 

где - живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника , тогда

 

 

Плотность воды и ее расход здесь и при  дальнейших расчетах будет подставляться  из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

4).  Находим  фактические скорости греющей  и нагреваемой воды, м/с

 

 

5).  Коэффициент  теплоотдачи  от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле

 

 

где А - коэффициент, зависящий от типа пластин, для типа выбранных пластин А=0,492 (см. табл.№3).

6). Коэффициент  тепловосприятия  от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле

 

 

7).  Коэффициент  теплопередачи  определяется по формуле:

 

 

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. Толщина пластины  и коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников по ГОСТ 15518 равны соответственно

 

  и  

 

8). Теперь  определим необходимую поверхность  нагрева    по формуле:

 

 

9).  Количество  ходов в теплообменнике ^:

 

 

где  - поверхность нагрева одной пластины, кв.м.

Число ходов  округляется до целой величины, в  нашем случае до 1.

В одноходовых  теплообменниках четыре штуцера  для подвода и отвода греющей  и нагреваемой воды располагаются  на одной неподвижной плите.

10). Действительная  поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле

 

 

11).  Потери  давления  в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой  воды

 

 

для греющей  воды

 

 

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 .

Б - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 3.

В результате расчета по табл.2 из прил.8 СП 41-101-95 в  качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем теплообменник 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 ИРП 1225 (исполнение 4). Поверхность нагрева - 55,8 кв.м. Условное обозначение такого аппарата будет выглядеть Р 0,6р-0,8-55,8-2К-01-4, его габариты  .

 

 

Вывод

 

Эти простейшие тепловые расчеты двух теплообменных  аппаратов одинаковой тепловой производительности показывают, что коэффициент теплопередачи за счет более значительной турбулизации потоков практически в 1,5 раза выше у пластинчатого теплообменника, чем у кожухотрубного. Площадь теплообмена, необходимая для придания теплоносителям заданных параметров тоже в 1,5 раза ниже у пластинчатого. Конструктивные размеры у полученного кожухотрубного теплообменного аппарата , габариты полученного пластинчатого лежат в пределах , что значительно меньше.

Однако, если четко настаивать на техническом превосходстве пластинчатых теплообменников, то полученные расчеты теплообменника по ГОСТ 15515 неудачны. В таблице 7 из приложения №8 СП 41-101-95 предоставляются варианты пластинчатых теплообменников фирмы производителя “СВЕП”, в которых коэффициент теплопередачи достигает порядка . Следовательно, если за основу расчета взять теплообменники этой фирмы, то полученные габариты аппарата были бы гораздо меньше.

Однако, расчеты выявляют и некоторые недостатки пластинчатых аппаратов, например, гидравлические потери как по греющей так и по нагревающей среде в 4 раза больше, чем у рассчитываемого кожухотрубного аппарата.