Курсовая работа: Пластинчатые теплообменники
- 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 к0, как правило, напрямую зависит от назначенных величин допустимого перепада давления). Очевидно, например, что теплообменник с ко=45ОО Вт/(м2•°С) будет иметь в 1,7 раза меньшую поверхность, чем теплообменник с к0 = 7500 Вт/(м2•°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 к0. На мой взгляд оптимальный диапазон к0 для ПТО составляет 4500-6000 Вт/(м2 °•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. 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%). 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. Тепловой поток же при этом практически не изменяется (Q = k•F•∆t).
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/(м2•°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:
| Параметры | Греющей воды | Нагреваемой воды |
| Температура на входе | 110 | 70 |
| Температура на выходе | 80 | 95 |
2. Определяется соответствующий этим температурам параметр теплообменника Ф = 2,22.
3. Назначается желаемый коэффициент теплопередачи ПТО, например 5000 Вт/(м2•°С). По графику рис.1 при заданной толщине слоя накипи (например
0,2 мм) определяется относительный коэффициент теплопередачи (k/ko=O,545).
4. Вычисляется параметр Фо при чистой поверхности нагрева: Ф0=Ф/(к/к0)=4,07.
5. При известных отношениях 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.
| Параметры | Греющей воды | Нагреваемой воды |
| Температура на входе | 110 | 70 |
| Температура на выходе | 75,3 | 99,0 |
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.