Расчет пто для отопления

Рекомендации по подбору ПТО при проектировании объектов теплоснабжения

В настоящее время все фирмы-поставщики ПТО при их продаже предлагают заказчикам услуги по подбору теплообменников, в зависимости от исходных данных и специфических требований заказчика.

При этом обе стороны заинтересованы в положительном эффекте в результате внедрения ПТО. Сами заказчики, как правило, не могут квалифицированно подобрать ПТО, поскольку методики их теплового и гидравлического расчета являются коммерческой тайной. В качестве исходных данных для выбора ПТО запрашиваются:

— тепловая мощность; — температуры входа/выхода рабочих сред по обоим потокам; — максимально допустимый (располагаемый) перепад давления по обоим потокам. В результате расчета по программе фирмы-изготовителя получают величины: — типоразмер ПТО; — тип и количество пластин; — расчетный коэффициент теплопередачи; — расчетный перепад давления по обоим потокам.

Нюанс заключается в том, что при одних и тех же заданных значениях теплового потока и температур теплоносителей могут быть подобраны ПТО разного типоразмера с существенно разным расчетным коэффициентом теплопередачи, количеством пластин и т.д. (Расчетный коэффициент теплопередачи k₀, как правило, напрямую зависит от назначенных величин допустимого перепада давления). Очевидно, например, что теплообменник с k₀=4500 Вт/(м 2 *°С) будет иметь в 1,7 раза меньшую поверхность, чем теплообменник с k₀ = 7500 Вт/(м 2 *°С). При этом второй ПТО примерно в 1,5 раза дешевле.

Многие заказчики, не искушенные в проблемах подбора ПТО, и, к тому же, ограниченные в финансовых средствах подтверждают выбор ПТО с более высоким коэффициентом теплопередачи. При этом они обрекают себя на полный комплекс вышеописанных в предыдущих разделах проблем, связанных с потерей тепловой эффективности ПТО при загрязнении.

Как же быть в такой ситуации? Ответ на этот вопрос неоднозначен.

Во-первых, следует рекомендовать эксплуатационникам при выдаче технического задания на подбор ПТО в обязательном порядке учитывать перспективу их возможного загрязнения на основе имеющихся данных химико-аналитического контроля теплообменивающихся сред с учетом сезонных изменений.

Во-вторых, не следует устанавливать ПТО со слишком высоким значением k₀. На наш взгляд оптимальный диапазон k₀ для ПТО составляет 4500-6000 Вт/(м 2 *°С).

Здесь необходимо заметить, что проблема устранилась бы сама собой, если бы фирмы-изготовители ПТО в своих расчетных программах учитывали возможность подбора ПТО при наличии заданной степени загрязненности (толщины слоя накипи). Однако такая услуга не предоставляется. В чем причина? Не умеют считать или в водопроводных и тепловых сетях западных стран течет дистиллят?

Приходится искать обходные пути. Некоторые ошибочно полагают, что решить проблему можно путем введения запаса поверхности нагрева, т.е. рассчитать ПТО без учета загрязнения, а затем добавить некоторое количество пластин (например 20%) и дело, как говорится, «в шляпе». Однако это неправильный подход, поскольку при тех же расходах теплоносителей уменьшается скорость их течения по каналам, что ведет к снижению коэффициента теплопередачи примерно в той же пропорции. (Этот вывод следует так же из формулы (2), поскольку параметр «Ф» водоподогревателя при добавлении пластин остается постоянным). Тепловой поток же

при этом практически не изменяется.

Правда, вышесказанное справедливо только для чистого ПТО. В случае с загрязненным ПТО возникает интересный эффект, выражающийся в том, что вследствие снижения абсолютного значения коэффициента теплопередачи теплообменника, обусловленного добавлением пластин, его относительная величина (k/k₀) при том же слое отложений становится больше. В результате рост поверхности нагрева не компенсируется снижением коэффициента теплопередачи и тепловой поток (при прочих равных условиях) несколько увеличивается. Расчеты показывают, что для теплообменника с расчетным коэффициентом теплопередачи 5000 Вт/(м 2 .°С) и расчетным параметром Ф₀=2,22, при толщине слоя накипи 0,2 мм увеличение количества пластин на 20% обеспечивает прирост теплового потока только на 4,08%.

Таким образом, прирост поверхности нагрева ПТО (путем добавления пластин) не обеспечивает эквивалентного прироста теплового потока.

Добавление пластин экономически оправдано только в двух случаях:

— при необходимости увеличения тепловой нагрузки ПТО, т.е. расходов теплоносителей по обоим потокам;

— при необходимости уменьшения гидравлического сопротивления ПТО при неизменных расходах теплоносителей и тепловой нагрузке.

Правильная методика подбора ПТО с учетом прогнозируемого загрязнения следует из вышеприведенной теоретической модели и заключается в следующем:

1. Исходя из требований технологического процесса определяются расчетные температуры теплоносителей (при загрязненном состоянии ПТО), например:

2. Определяется соответствующий этим температурам параметр теплообменника Ф = 2,22.

3. Назначается желаемый коэффициент теплопередачи ПТО, например 5000 Вт/(м 2 *°С). По графику рис.1 при заданной толщине слоя накипи (например 0,2 мм) определяется относительный коэффициент теплопередачи (k/k₀=0,545).

4. Вычисляется параметр Ф₀ при чистой поверхности нагрева: Ф₀=Ф/(k/k₀)=4,07.

5. При известных отношении расходов (Gнагр/Gгр=(110-80)/(95-70)=1,2) и входных температурах теплоносителей, выходные температуры найдутся из системы уравнений:

В итоге получим четыре расчетные температуры для выбора ПТО при проектировании.

Именно эти температуры должны быть включены в техническое задание, передаваемое фирме-изготовителю для подбора ПТО.

Вопрос: а что же все-таки делать в ситуации, когда установленные на объекте ПТО не обеспечивают подогрев воды до нужной температуры?

В первую очередь необходимо провести анализ, в ходе которого определить:

— степень загрязнения ПТО отложениями (по описанной выше методике); — соответствие входных температур теплоносителей и их расходов расчетным.

Для повышения теплопроизводительности ПТО можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Химическая промывка (или механическая очистка). 2. Повышение температуры и расхода греющего теплоносителя. 3. Замена ПТО. 4. Реконструкция ПТО с переводом на двухходовую схему и увеличением количества пластин.

Последнее мероприятие было нами апробировано на котельной № 87 г. Сергач. На указанной котельной по проекту были установлены два ПТО отопления марки FPS-43-163-1E фирмы «FUNKE» тепловой мощностью 8,0 МВт каждый. В процессе эксплуатации обнаружилось, что имеет место быстрое зарастание поверхностей нагрева ПТО накипными отложениями, вследствие чего котельная оказалась «заперта» — не удавалось нагреть сетевую воду выше 65-70 °С (при графике 95/70 °С).

Обследование показало — при расчетном коэффициенте теплопередачи ПТО 6600 Вт/(м 2 *°С), фактическое его значение составляло всего лишь 1736-2343 Вт/(м2*оС), что соответствует относительному параметру (Ф/Ф₀)= 0,26-0,36. При разборке ПТО на поверхности нагрева были обнаружены накипные отложения толщиной 0,2-0,3 мм следующего состава: 78% солей кальция, 22% оксидов железа.

Для нормализации теплоснабжения от котельной в первую очередь нами были предприняты меры по увеличению расхода (примерно на 30%) и температуры котловой воды до максимальной — от 110 до 115 ОС, а также корректировке реагентного водно-химического режима. Хотя все эти мероприятия дали ограниченный эффект (удалось повысить температуру сетевой воды на 5-7 °С), в сочетании с регулярными химпромывками это позволило не допустить срыва теплоснабжения жилого района.

Радикально проблема была решена только в летний период 2003 г., когда в сотрудничестве с известной фирмой-производителем пластинчатых теплообменников «Ридан» нами была проведена реконструкция ПТО с переводом на двухходовую схему движения теплоносителей и увеличением количества пластин со 163 до 250 шт.

В результате реконструкции удалось полностью нормализовать теплоснабжение от котельной.

К отрицательным последствиям реконструкции ПТО следует отнести следующие:

— гидравлическое сопротивление ПТО увеличилось с 2,0 до 6,8 м вод. ст., т.е. в 3,4 раза; — осложнена операция разборки ПТО из-за устройства портов и подводящих трубопроводов с двух сторон теплообменника.

1. Поверхности нагрева ПТО подвержены загрязнению отложениями накипи, окислов железа и других механических примесей, содержащихся в сетевой воде. Интенсивность и характер загрязнения определяется качеством воды (жесткостью, концентрацией примесей) и ее температурой.

2. Загрязнение ПТО с высоким расчетным коэффициентом теплопередачи сопровождается значительным снижением тепловой эффективности аппарата.

3. Химическая промывка ПТО (в особенности загрязненных окислами железа) является сложной технологической операцией, требует профессионального подхода к выбору реагентов и технологий промывки.

4. С целью уменьшения загрязнения ПТО продуктами коррозии железа и другими механическими примесями, содержащимися в сетевой воде, следует применять осветлительные фильтры, инерционно-гравитационные грязевики типа ГИГ и др. устройства очистки.

5. Для предотвращения накипеобразования на поверхностях нагрева ПТО, подогревающих сетевую воду с высокой жесткостью, и снижения скорости коррозии тепловых сетей рекомендуется применять реагентный (комплексонный) водно-химический режим тепловых сетей.

6. Предложена эффективная методика диагностики загрязненности теплообменных аппаратов, разработано приборное и программное обеспечение для создания системы мониторинга степени загрязнения с оценкой остаточного ресурса работы до промывки (очистки).

7. При проектировании и выборе ПТО в обязательном порядке необходимо учитывать возможное загрязнение поверхности нагрева. Предложена методика подбора ПТО с учетом загрязнения.

ООО Энерготеп

Котельные Отопление Мини ТЭС Дымовые трубы Газопоршневые электростанции Трубопроводы Пластинчатые теплообменники Ульяновск Инженерные системы

Расчет и подбор теплообменника

РАСЧЕТ и ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

ЗВОНИТЕ ПО ТЕЛ.(8422)44-75-75

ИЛИ ОТПРАВЛЯЙТЕ ОПРОСНЫЕ ЛИСТЫ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ

Уважаемые посетители сайта, если при заполнении опросных листов у Вас возникнут какие-либо затруднения

Вы можете заполнить только контактные данные.

ЧТО НУЖНО ДЛЯ БЕСПЛАТНОГО РАСЧЕТА ЦЕНЫ ТЕПЛООБМЕННИКА?

Чтобы расчитать тип и цену на пластинчатый теплообменник, Вам необходимо предоставить исходные данные для расчета:

1. Тип среды (пример вода-вода, пар-вода, масло-вода)
2. Тепловая нагрузка (Гкал/ч) или мощность (кВт)
3. Массовый расход среды (т / ч) — если не известна тепловая нагрузка
4. Температура среды на входе в теплообменник °С (по горячей и хол. стороне)
5. Температура среды на выходе из теплообменника °С (по горячей и хол. стороне)

ГДЕ ВЗЯТЬ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ?

Исходные данные для расчета вы можете взять:

1. из технических условий (ТУ), которые выдает теплоснабжающая организация
2. из договора с теплоснабжающей организацией
3. из технического задания (ТЗ) от гл. инженера, технолога

ПОДРОБНЕЕ ОБ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ:

1. Температура на входе и выходе обоих контуров.

К примеру, в устройствах для котла, входная температура не может превышать 55°С, а разница температур (LMTD) — 10°С. И, чем выше разница – тем компактней и дешевле оборудование.

2. Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.

Определяются проектом и влияют на стоимость пластинчатого теплообменника (чем ниже эти параметры, тем меньше цена на оборудование).

3. Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).

Другими словами – это пропускная способность агрегата. Зачастую известен только объемный расход воды (измеряется в м3/ч, л/мин), которым, к примеру, может быть параметр, указанный на уже купленном гидравлическом насосе. Чтобы вычислить массовый расход, потребуется умножить объемную пропускную способность на плотность рабочей среды (для холодной воды из центральной сети она равна 0.99913 и может изменяться, в зависимости от температуры).

4. Тепловая мощность (Р, кВт).

Характеризует количество тепла, которое должно быть отдано теплообменником. Если все перечисленные выше параметры известны, то тепловая нагрузка легко определяется по формуле:

P = m * cp *δt, где m – расход среды, cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C)), δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 — t2).

5. Дополнительные характеристики.

При заполнении опросного листа на расчет теплообменника желательно указать и ряд дополнительных характеристик:

• вид и вязкость рабочей среды (будут влиять на выбор материала для пластин);
• средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 — ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) — T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура)- T3 (выход холодного контура);
• загрязненность среды (R) – редко учитывается при расчете пластинчатых теплообменников, влияет на площадь теплообмена и нужна лишь в особых случаях (для систем центрального теплоснабжения этот параметр не учитывается).

Любая из перечисленных характеристик может существенно повлиять на конструкцию и цену пластинчатого теплообменника. А цель теплотехнического расчета – подбор оптимальной площади теплопередачи будущего оборудования (и, соответственно, количества пластин).

СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ ЗАЙМЕТ РАСЧЕТ?

Программный расчет стоимости теплообменника будет сделан на основании полученных исходных данных.

Коммерческое предложение с ценой и техническим расчетом будет отправлено Вам в течении 24 часов.

РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

При расчете оборудования используются базовые знания о законах теплообмена, в частности удельная теплота химических и фазовых превращений, удельное теплосодержание (количество тепла, необходимое для нагрева одного килограмма вещества от ОС0 до заданной t0) и теплоемкость (количество тепла, необходимое для нагрева на 1С0 1-го килограмма вещества).

Все агрегаты характеризуются параметрами, необходимыми для качественного расчета, так в частности:

1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПТО ВЫЧИСЛЯЕТСЯ СОГЛАСНО ФОРМУЛЕ:

Как правило, на практике данные значения не превышают показателей 80-85%.

2. РАСХОДЫ ЧЕРЕЗ ТЕПЛООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

С обеих сторон агрегата имеются 2-а независимых друг от друга контура, что позволяет предположить, что расходы каждого из контуров могут быть разными. Для того чтобы вычислить расходы, необходимо определить количество тепловой энергии, требуемое для отопления 2-го контура. Возьмем,например, 10 кВт. Далее необходимо вычислить площадь пластин, необходимую для теплопередачи. Это делается по формуле:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Тепловой расчет ПТО производится в следующей последовательности:

1. соотношение количества ходов для нагреваемой Х2 и греющей Х1 для пластинчатого теплообменника высчитывается согласно формуле:

В случае, когда соотношение ходов не превышает показатель 2, то для эффективного теплообмена (повышение скорости среды) целесообразно применить симметричную комплектацию.

2. При расчете необходимая скорость жидкости в каналах должна соответствовать ГОСТу-15515. По оптимальной скорости определяется требуемое количество каналов по нагреваемой среде:

где fk – сечение 1-го межпластинчатого канала.

3. Комплектация водонагревателя симметрична, иными словами мгр. = мнагр. Определяется общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей/нагреваемой среды согласно формуле:

В таблице нужно выбрать необходимый типоразмер устройства:

4. Далее необходимо найти фактическую скорость нагреваемой и греющей воды в агрегате:

5. По формуле определите коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки:

— где A – это коэффициент, который зависит от типа пластин.6. Коэффициент тепловосприятия стенок пластины к нагреваемой жидкости рассчитывается по формуле:

7. Коэффициент теплопередачи рассчитывается исходя из формулы:

8. Оптимальная поверхность нагрева определяется по формуле:

9. Количество ходов вычисляется по формуле:

10. Реальная поверхность нагрева вычисляется по формуле:

11. Потеря давления вычисляется согласно формулам:

Очевидно, что при равных показателях температуры теплоносителя и значении теплового потока, можно подобрать пластинчатые теплообменники различного типоразмера с равным количеством пластин и существенно отличающимся расчетным коэффициентом теплопередачи (Ко). Параметры Ко зачастую зависят от величины допустимого перепада давления. Из этого следует, что теплообменник с расчетным коэффициентом теплопередачи 6500 Вт/(м2*°С) будет иметь в 1.85 раза большую поверхность, нежели агрегат срасчетным коэффициентом теплопередачи 3500 Вт/(м2*°С). При этом стоимость первого теплообменного устройства будет примерно в 1.5 раза ниже.