Устройство и принцип работы кожухотрубных водо-водяных подогревателей

Содержание

Кожухотрубные водо-водяные подогреватели (далее по тексту ВВП) используются в котельных и тепловых пунктах в качестве теплообменного оборудования (бойлеров) систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Предназначение и область применения ВВП

ВВП предназначены для передачи тепла от горячего водяного теплоносителя греющего контура к нагреваемому водяному теплоносителю системы отопления или горячего водоснабжения (в названии «водо-водяной подогреватель» отражены оба типа теплоносителя). Горячий теплоноситель поступает в греющий контур от внешнего теплоисточника, которым может служить:

• центральная тепломагистраль;
• котел низкого давления автономной котельной.

ВВП также широко применяются в качестве теплообменников-утилизаторов в системах утилизации вторичного тепла газопоршневых и газотурбинных энергоустановок, широко используются при нагреве и охлаждении технологических сред.

Устройство кожухотрубных ВВП

Серийно выпускаемые промышленностью кожухотрубные подогреватели воды соответствуют требованиям ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия». Стандартные кожухотрубные ВВП являются секционными конструкциями, собираемыми из следующих элементов:

• секций кожухотрубных, представляющих собой неразборные теплообменные блоки;
• соединительных калачей и конических переходов, необходимых для сборки двух и более секций в единый агрегат.

ГОСТ 27590-2005 требует, чтобы теплообменные блоки-секции, соединительные калачи и переходы соответствовали показателям, приведенным в р. 3 «Типы, основные размеры и размеры» — табл. 1 и 2, рис. 1-11.

Количество секций-модулей в водо-водяном подогревателе определяется в соответствии с требуемой теплопроизводительностью подогревателя.

На рис. ниже приведен чертеж конструкции двухсекционного подогревателя, поясняющий компоновку элементов при сборке ВВП:

• поз. 1 – секция разъемная типа РГ (с гладкими теплообменными трубками);
• поз. 2 – соединительный калач, соединяющий кожухи секций;
• поз. 3 – конический переход, используемый для монтажного присоединения корпуса ВВП к трубам, по которым подается горячий теплоноситель от внешнего теплоисточника;
• поз. 4 – крепежные детали для разъемных фланцевых соединений.

Особенности конструкции кожухотрубных секций для ВВП

Каждая секция является неразборным бойлером длиной 2 или 4 метра, состоящим из следующих основных частей (см. рис. ниже):

1. Стального корпуса, в обиходе называемого кожухом, внутри которого размещаются теплообменные трубки. ГОСТ допускает изготовление кожухов из бесшовных стальных труб диаметром от 57 до 530 мм. По согласованию с заказчиком кожух может изготавливаться с компенсатором теплового расширения либо без него.
2. Теплообменных трубок диаметром 16 х1,0 мм из латуни или нержавеющей стали, собираемых в трубную систему. Количество трубок может достигать 151-211 шт. Поверхность трубок может быть гладкой или профилированной. Для дистанционирования трубок в трубной системе используются перегородки (на рис. не показаны). Их располагают внутри кожуха равномерно по длине секции с угловым смещением относительно соседних перегородок на 60 градусов.
3. Трубных досок, в которые завальцовываются концы теплообменных трубок.
4. Штуцеров для входа и выхода теплоносителя. В зависимости от выбранного способа соединения секций между собой по межтрубному пространству штуцеры могут оснащаться фланцами (показаны на рис.) либо оставаться гладкими (под сварное соединение).

Принцип работы кожухотрубных ВВП

По принципу работы ВВП относятся к рекуперативным теплообменникам типа «труба в трубе», представляющих собой корпус-кожух, внутри которого размещены одна или несколько труб меньшего диаметра. Горячий и холодный теплоноситель движутся в межтрубном пространстве и в трубках без перемешивания. Теплообмен осуществляется через теплопроводящие стенки за счет разности температур.

На рис. ниже приведен чертеж четырехсекционного ВВП без компенсаторов на корпусе с фланцевым соединением патрубков входа/выхода воды из межтрубного пространства:

• поз. 1 – переходник;
• поз. 2 – секция;
• поз. 3 – калач;
• А – вход нагреваемой воды;
• Б – выход нагреваемой воды;
• В – вход греющей воды;
• Г – выход греющей воды.

Для кожухотрубных секций теплообмен «труба в трубе» технически реализуется следующим образом.

1. Через вход А подается поток ХОЛОДНОЙ нагреваемой воды, который перемещается по теплообменным трубкам.
2. Через вход В подается ГОРЯЧАЯ греющая вода, которая движется в межтрубном пространстве.
3. Греющая вода проходит по всей длине секции, омывая снаружи теплообменные трубки, внутри которых протекает холодная вода В ПРОТИВОПОЛОЖНОМ направлении.
4. Из секции в секцию греющий теплоноситель перетекает из межтрубного пространства по штуцерам входа/выхода греющей воды, а нагреваемый теплоноситель поступает в следующую секцию по соединительным калачам.
5. Через выход Б вода, перемещаемая по трубкам, уже в нагретом состоянии уходит пользователю в систему ГВС или отопления.
6. Через выход Г уже остывшая греющая вода удаляется из подогревателя в систему внешнего теплоисточника (ТЭЦ или котельная).

Особенности теплообмена в кожухотрубной секции

Теплообмен типа «труба в трубе» в кожухотрубной секции отличается следующими особенностями:

• потоки теплоносителей движутся в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями в пределах 0,5-1,0 м/с, что позволяет добиваться максимальной эффективности теплообмена по всей длине секций;
• трубки, образующие трубную систему, расположены предельно близко друг к другу, что с определенной точностью компенсирует разницу общей суммы диаметров трубок и площади сечения межтрубного пространства и выравнивает скорости потоков теплоносителей;
• благодаря противоточному движению потоков отсутствуют тепловые деформации теплообменных элементов, поэтому нет необходимости предусматривать температурные компенсаторы компонентов конструкции.

1. При эксплуатации ВВП в системах ГВС нагреваемую воду запускают по теплообменным трубкам, а греющий водяной теплоноситель – в межтрубном пространстве кожуха.
2. Для работы ВВП в системах отопления греющий водяной теплоноситель пропускают по теплообменным трубкам, а нагреваемую воду – по межтрубному пространству.

Обозначения водо-водяных подогревателей в соответствии с ГОСТ 27590-2005

Практика эксплуатации водо-водяных подогревателей насчитывает несколько десятилетий. В обиходе теплообменники этой конструкции «обросли» многочисленными вариантами своего названия – ПВ, ПВВ, ВВП, кожухи, ВВ-подогреватели и т.п. Однако при оформлении документации или заказе водоподогревающего оборудования следует придерживаться обозначений, предписанных соответствующими стандартами. Для водо-водяных подогревателей руководящим документом является уже упомянутый выше ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные…»

Согласно п.3.4 структурная схема условного обозначения выглядит следующим образом:

При указании типа теплообменных труб используется буква «Г» — для гладких труб, а для трубок с профильной поверхностью – буква «П» (п.3.3).

Примеры условных обозначений (использованы из ГОСТа):

• ПВ1 219×4 — Г — 1,6 — 5 — УЗ ГОСТ 27590-2005 – для подогревателя, составленного пятью секциями типа ПВ1 (см. табл. 2) наружного диаметра кожуха 219 мм. Длина секции составляет 4 м, кожухи изготовлены без компенсаторов. Трубная система – из гладких трубок. Подогреватель рассчитан на условное давление 1,6 МПа, выполнен в климатическом исполнении У категории 3;
• если же подогреватель вышеуказанных данных оснащен профилированными трубками и компенсаторами на кожухе, рассчитан на давление 1,0 МПа, выполнен в климатическом исполнении ТС категории 4, то его обозначение выглядит следующим образом:

ПВ1К 219×4 — П — 1,0 — 5-ТС4 ГОСТ 27590-2005

Заключение

Кожухотрубные водо-водяные подогреватели широко используются на тепловых пунктах и зарекомендовали себя в качестве надежного теплообменного оборудования. Кожухотрубная конструкция способна адаптироваться к различным условиям эксплуатации и тепловых нагрузок, поэтому очень популярны в гражданском и частном домостроении.

© 2004-2021 ГК «СТИГМАШ» — изготовление, монтаж и
комплексная поставка промышленного оборудования

Подогреватели для систем отопления и ГВС.

1) по конструктивному признаку: – кожухотрубные; – пластинчатые.

2) по виду греющего теплоносителя: –пароводяные; – водоводяные;

Нагреваемая среда всегда вода!

корпус — Стальная труба диаметром 50-1200 мм. Число труб 4-450 шт, пучок труб состоит из латунных или стальных трубок Ǿ 16.

Греющий теплоноситель (пар) поступает в межтрубное пространство.

«–»: – большой вес и габариты; – высокая стоимость;

Применяют как для ГВС так и для отопления. В водоводяных подогревателях для с/с От и В в межтруб. пространстве – нагревающийся т/н-ль, в трубках – подогревающий.

Кожухотрубные скоростные секционного (змеевикового) типа.

Водоводяной секционный подогреватель:

Количество труб от 7 до 140, диаметр 16х1. среды движутся в противотоке. Можно использовать со стальными трубами. Диаметр корпуса от 50 до 325 мм, количество секций опеделяется расчетом, длина секций 2-4м. Применяют как для ГВС (греющ. эл-т: в межтр. пространстве), так и для СО и В (греющ. эл-т в трубках).

Кожухотрубный емкостной. (Применяют только в ГВС).

Основной элемент– двухходовой змеевик. (трубы стал. оцинков. Ǿ 32)

«–»: большой вес и габаритность, ненадёжность, высок. ст-ть.

Используют их в качестве баков-аккумуляторов.

Принцип работы: через пов-ть трубок осущ-ся теплообмен (В межтруб. пр-ве нах-ся холод. вода, в змеевике – греющ. теплоноситель).

Основной элемент – гофрированная пластина (сталь, алюминий, латунь).

Для увеличения турбулентного потока чтобы увеличить коэффициент теплопередачи (3 пластины образуют два канала: с одной стороны омывает греющий т/носитель, с другой – нагреваемый).

«+» по сравнению с предыдущими: –компактны, малые габариты и вес; – в экспл-ии просты; – герметичны из-за малых габаритов; – сокращается строительство.

Трубы, арматура и фасонные детали ТС

Трубы: требования: 1) высокая проч-ть и гермет-ть; 2) малый α; 3) антикор. стойкость; 4) высокое термич. сопр-е стенок труб; 5) неизменность св-в материала труб при длит. эксплуатации; 6) дешевизна, простота монтажа, надежность соединения и др.

В ТС прим-ся стал. трубы, из высокопроч. чугуна и неметалл. трубы (асбестоцем., полиэтил., стеклопласт.).

трубы из ВЧШГ «+»: свариваются; не корродируют; срок службы 50 лет. «-»: на 25% дороже стальных; соединения; Ø от 50 до 500 мм.

– асбестоцементные: соединяются при помощи муфт, не требуют компенсаторов. нет коррозии, гладкие стенки, нет накипи. Стоит в 2-3 раза м стальной, не требуется гидроизоляция. Присоединение арматуры ч/з металлич. патрубки;

– стеклопластиковые; – стеклобазальтопластиковые; – полиэтиленовые: Высокая герметичность и прочность, низкая стоим-ть монтажа , малая масса, нет коррозии и накипи.

стальные трубы соед-ся только сваркой. Прочные, большой выбор диаметров.

Зап., регул. и предохр. арматура. Изгот-ся из стали, чугуна. Задвижки, затворы, шаровые краны – отключение, вентили – спуск. уст-во.

В зависимости от соединения арматура бывает: – под приварку; – фланцевые.

Назначение арматуры: – запорная; – отключающая.

Размещение арматуры по трассе ТС: 1) на ответвлениях тр/пр Ǿ 100мм и б. 2)для откл-ия секций и перемычек, устраивают при исп-ях. 3)на выводах из ист-в теплоты.

Фасонные изделия ( отводы, тройники, крест-ны, переходы Ø, фланцы, заглушки).

Отводы бывают гнутыми (гладкие; со складками) и сварными (собираются из секторов на сварке). Переходы Ø Эксцентрические переходы устанавливают для выравнивания низа стыкуемых трубопроводов, Концентрические (симметричные).

Фланцы прим-ся для присоед-я на тр/пр-х разл. фланц. арматуры. Облегчает смену арматуры при ремонтных операциях.

Заглушка (стал. пластина) служит для заглушения торцов труб.

Специальные сооружения по трассе ТС

В город. усл-х при подзем. прокладке т/пр-ов пересечение их с др. инженер. сетями производят обычно в футлярах, выведенных за пределы габаритов ТС не менее, чем на 2 м.

При пересечении рек, оврагов, открытых водоемов, железных дорог общей сети и т. п. наиболее простыми способами являются прокладка теплопроводов по постоянным автодорожным и железнодорожным мостам, а при их отсутствии надземная (воздушная) прокладка на подвесных (вантовых) переходах, эстакадах и опорах (мачтах).

При пересечении рек и открытых водоемов прим-ся также подводная прокладка тр/пр-в в спец. тоннелях и дюкерах. Дюкер представляет собой непроходной канал, изготовляемый из стальной трубы (футляра), внутри которой размещается тр/пр. Для удержания тоннелей и дюкеров под водой сверху на них надевают чугунные или железобетонные грузы.

Продол. профиль. Исходные данные. Необх-ть в построении

Назначение: увязка с другими коммуникациями и расчет объемов земляных и монтажных работ.

На продольный профиль наносятся: планировочные и черные отметки земли, УГВ, существующие и проектируемые коммуникации и сооружения с указанием их отметок, уклоны участков тепловых сетей. Уклон тепловых сетей на участках должен приниматься не менее 0,002. На трассе тепловых сетей в низших точках намечаются спускные устройства, а в высших – воздушники, которые размещаются в камерах. Спуск воды из трубопроводов осуществляется в сбросные колодцы с отводом воды из них самотеком или насосами в системы канализации и в поглощающие колодцы.