Водоподогреватели: их назначение, типы, устройство

В системах отопления и горячего водоснабжения используются водоподогреватели (бойлеры) и по конструктивному выполнению подразделяются на емкостные и скоростные (кожухотрубные и пластинчатые).
Емкостные водоподогреватели. применяются в системе горячего водоснабжения с периодическим разбором горячей воды, т. е. используются как баки-аккумуляторы.

Емкостные водоподогреватели типа СТД и «Энергия» (рис. 97) состоят из корпуса, внутри которого размещен змеевик из стальных труб. Для надежной эксплуатации змеевик устанавливается на опорах, а отдельные части скрепляются скобами.

Холодная вода из водопровода подается в водоподогреватель через нижний патрубок, а нагретая на потребление — через верхний патрубок. Впереди водоподогревателя имеются два патрубка: один — для подачи пара, другой — для отвода с него конденсата. Против повышения давления воды в водоподогревателе более чем на 10 %, устанавливается рычажно-грузовой предохранительный клапан. Давление и температуру нагреваемой воды определяется по манометру и термометру. На входе пара в змеевик должен быть клапан или задвижка.

Емкостные водоподогреватели выполняются нескольких типоразмеров, и для каждого из них принята определенная поверхность нагрева змеевика, обеспечивающая температуру нагрева воды от 5 до 75 °С на протяжении 1 ч при рабочем давлении пара в змеевике 5 кгс/см2 (0,5 МПа). Емкость водоподогревателя подразделяется на общую и рабочую (выше змеевика).

Пароводяные четырехходовые скоростные водоподогреватели (рис. 98) состоят из корпуса, к которому на болтах присоединены передняя и задняя камеры (в последней размещен колпак).

Рис.98. Четырехходовой пароводяной скоростной водоподогреватель: 1 — колпак; 2 — задняя крышка корпуса; 3 — патрубок для выпуска воздуха; 4 — патрубок ввода пара; 5 — корпус водонагреваеля; 6 — трубная система; 7- передняя крышка корпуса; 8 — термометр; 9 — патрубок отвода конденсата

В водоподогревателе латунные трубки Ø16 х 1 мм или Ø16 х 0,75 мм с обеих сторон ввальцованы в трубные решетки: передняя жестко закреплена фланцами между корпусом и передней камерой, а задняя соединена с внутренним колпаком, свободно размещенным в задней камере, которая дает возможность перемещаться и таким образом компенсировать удлинение трубок при их нагреве. Такие водоподогреватели не требуют компенсаторов. Холодная вода через входной патрубок поступает в водоподогреватель, циркулирует по трубам, нагревается и подается в тепловую сеть через выходный патрубок.

Пар через верхний патрубок 4 поступает в межтрубное пространство водоподогревателя, нагревает трубки 6 и, конденсируясь, отводится через нижний патрубок 9.

В скоростных водоподогревателях такого типа устанавливаются трубки длиной 2 или 4 м. Для предотвращения прогиба трубок их устанавливают на специальные опоры. Пароводяные водоподогреватели используются для нагрева воды в системах водяного отопления на котельных с паровыми котлами.

Водоводяные водоподогреватели. В системах горячего водоснабжения на ЦТП и котельных используются скоростные водоводяные подогреватели (рис. 99,100). Корпус 1 изготавливается из бесшовной трубы Ø 57-530 мм с поверхностью нагрева 0,37-83,4 м2. Внутри раз¬мещены латунные трубки 016 х 1 мм в количестве от 4 до 151 шт.

Рис. 99. Водоводяной подогреватель: 1 — корпус; 2 — трубные доски; 3 — трубный пучок; 4 — опорные кольца; 5 — соединительный калач; 6 — пере­ходной патрубок; 7- компенсатор

Такие водоподогреватели компактны, занимают мало места и котельных или бойлерных. Секции водоподогревателей между со бой соединяются с помощью калачей 5. В водонагревателях набивающая вода подается в межтрубное пространство, нагреваемая проходит по латунным трубкам.

Рис. 100. Водоводяные разъемные подогреватели: а — односекционный; б — многосекционный

Теплообменники пластинчатые разборные. Теплообменники предназначены для теплообмена между различными жидкостями, а так же между жидкостью и паром и применяются в качестве холодильников, подогревателей, конденсаторов в различных областях промышленности.

Теплообменники используются для работы при избыточном давлении до 10 кгс/см2 (1,0 МПа) и температуре рабочей среды от -30 до +180 °С и собираются из унифицированных сборных единиц и деталей и могут иметь поверхность теплообмена от 3 до 800 м2. Теплообменник состоит из тонких штампованных пластин из нержавеющей стали с гофрированной поверхностью, собранных на раму консольного типа.

Рама состоит из неподвижной плиты с закрепленными штангами, прижимной плиты и стяжных болтов. Пластины собираются на раму так, чтобы одна пластина относительно другой была повернута на 180°, причем резиновые прокладки повернуты в сторону прижимной плиты. Пустоты между соседними пластинами являются каналами для прохода теплоносителя.

Группа пластин, образовывающих систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет. Один или несколько пакетов, зажатых между неподвижной и прижимной плитами, называются секцией. По углам пластин есть отверстия, которые образуют в собранной секции распределительные коллекторы для теплоносителя. Уплотнение пластин между собой осуществляется по уплотняющему пазу резиновой прокладкой.
По щелевым каналам из соответствующих коллекторов по одну сторону каждой пластины движется горячий теплоноситель, по другую — холодный. Теплоносители движутся противотоком (рис. 101).

Рис. 101. Схема движения теплоносителей в пластинчатом теплообменнике

За счет гофрированной поверхности пластин поток жидкости за-вихряется. Турбулизация и тонкий слой жидкости дают возможность получить высокий коэффициент теплопередачи при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях.
При появлении на поверхности пластин различных загрязнений теплообменник можно легко и быстро разобрать, очистить и снова запустить в работу.

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