CC BY
19
УДК 532.5:621.694 Золотоносов А.Я. - аспирант
Золотоносов Я.Д. - доктор технических наук, профессор E-mail: [email protected]
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
АППАРАТЫ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
В ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
АННОТАЦИЯ
В работе предложено техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Проведены расчеты теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с теплообменными элементами «конфузор-диффузор». Дана оценка энергетической эффективности таких аппаратов и определен их экономический эффект.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: модернизация, теплообменный аппарат типа «труба в трубе», теплообменный элемент «конфузор-диффузор», энергетическая эффективность.
EQUIPMENT TYPE «PIPE IN PIPE» IN HEATING TECHNOLOGY TRANSFORMER OIL
Zolotonosov A.Ya. - post-graduate student Zolotonosov Ya.D. - doctor of technical sciences, professor Kazan State University of Architecture and Engineering
ABSTRACT
We offer technical solutions to modernize the site of heating of transformer oil in the system of oil economy «Kazanorgsintez». Calculations of heat exchangers such as «Tube in Tube» with heat transfer elements «confuser-diffuser». The estimation of the energy efficiency of such devices and is defined by their economic effect.
KEYWORDS: modernization, heat exchanger type «pipe in pipe», heat exchanger element «confuser-diffuser», energy efficiency.
На основании ранее проведенных теоретических исследований [1] предлагается модернизация технологии нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез», путем замены четырех электронагревателей мощностью 45 кВт каждый теплообменными аппаратами типа «труба в трубе» с криволинейными теплообменными элементами «конфузор-диффузор» с оребренной проточной частью.
Произведем расчет теплообменных аппаратов для нагрева трансформаторного масла.
Температурная схема теплообменника при противотоке:
110 -------110
25---------> 65
Atg = 85 DtM = 45
At g 85
Отношение -------= — = 1.88 > 1.8, поэтому среднюю разность температур за время
AtM 45
нагрева можно рассчитать по формуле:
At 6 -At м 85 - 45 O„
At =-°------------------------------м =-= 62.5 OC
ср At6 85
ln —- ln —
AtM 45
Средняя температура трансформаторного масла:
Т = Ґп - Аґср = 110 - 62.5 = 47.5 °С
Определяем расход тепла на подогрев 1.95 т/ч трансформаторного масла от 25 до 65 °С
3
при средней удельной теплоёмкости трансформаторного масла с = 1.903 • 10 Дж/(кг • К):
1950 з
0 = 1.903-ИГ ( - ) = 41300 Вт
3600
Расход пара на подогрев трансформаторного масла:
41300
л=£ =
= 0.018 кг/с = 66.6 кг/ч.
г 3
г 2234 • 10
Принимаем за базовый конфузорно-диффузорный теплообменный элемент выполненный в виде усеченных прямых конусов, эквивалентный диаметр которого йэ = 0.0892 м.
Расчеты показывают, что в этом случае требуемая площадь поверхности теплообмена
равна
КАїгп 588 • 47.5
ср
41300 2 ^ 1.4
--------= 1.47 м , а длина теплообменника Ь = — I =---------• 0.165 = 5.13 м.
f 0.0472
Получим размеры профиля канала. Профиль канала вычерчивается дугами окружностей (для диффузора и конфузора).
Координаты центра окружности (а, Ь) и радиус Я для диффузора рассчитываем по уравнениям:
А2 - m2(1+tg 2 ад) 1
а =----------------=------, Ь = г„ + т • tga;, +---------
-2~.^’ 0 й д tgaд
/
2(A-m(1+tg ад))
т -
V V
А2 -m2(1+tg 2ад) 2( A-m(1+tg 2 ад))
Я =
/
mV V
А2 -m2 (1+tg 2ад) 2( А-m(1+tg 2 ад))
где А = tgaд(г0 - г0) + т(\ + tg ад) .
Подставляя значения а= 110, г = 40, г^ = 45.35, т = 27.5, вычислим координаты
центра окружности (а, Ь) и радиус окружности Я, определяющих профиль стенки канала в диффузоре. Расчеты показывают, что а = 13.7 мм, Ь = 117.3 мм, Я = 73.3 мм.
Координаты центра окружности (а^, ¿^) и радиус ^ для конфузора находим из системы уравнений:
^2 = а2 + (56.7 - Ь1)2,
^2 = (55 - а1)2 + (45.2 - Ь1)2,
^2 = (110 - а1)2 + (45.2 - Ь1)2.
Откуда Я^= 272.4 мм, а^= 82.5 мм, Ьу = 316.2
мм.
На рис. 1 представлен профиль криволинейного теплообменного элемента типа
«конфузор-диффузор», рассчитанный по предложенной методике.
Рис. 1. Криволинейный теплообменный элемент типа «конфузор-диффузор»
Определим критерий Ыи для случая криволинейного теплообменного элемента типа «конфузор-диффузор»:
Ии = 1,216Л?0,48 Яе0,43
/ л2
с1
же I +Ь
V 1 и
Рг
0,43
/ л 0,25
Рг
ж
Рг
V ст у
/ \0,48 / \0,43
= 1,216(116,8) (1144)
0,092
^0,115 + 0,60 )
/ \0,43 0 2 5
(135,5) 1,66’ = 650,
где ¿1 и ¿2 - длина дуги плоской кривой, образующей соответственно стенки
диффузора и конфузора, ё - эквивалентный диаметр модуля «конфузор-диффузор»,
экв
650 • 0,1082 2
откуда аТ =---------= 764,5 Вт / (м • К).
0,092
Определим коэффициент теплопередачи
Требуемая площадь поверхности теплообмена:
О 41300 2
Р =------------=---------------= 1.36 М .
К Ыгп 641 • 47.5
ср
Р 1.4
Тогда длина теплообменника Ь = — I =-----------• 0.165 = 3.9 м.
/ 0.057
Проведём расчет коэффициента теплопередачи для криволинейного теплообменного элемента типа «конфузор-диффузор» с оребрённой проточной частью, «холодная» сторона
¥1
которого оребрена, и коэффициент оребрения р = — = 1.45 (рис. 2).
Рис. 2. Теплообменный элемент «конфузор-диффузор» с криволинейными стенками и оребрённой проточной частью
Определим критерий Ыи для случая криволинейного теплообменного элемента с оребрённой проточной частью:
где в - расстояние между ребрами в средней части длины диффузора. Требуемая площадь поверхности теплообмена:
41300
= 1.01 м2
КА^,„ 859.8 • 47.5
ср
Р 1.01
Тогда длина теплообменника Ь = — I =------------• 0.165 = 2.0 м.
/ 0.0826
Проведём оценку тепловой эффективности по методике, предложенной М.В. Кирпичевой и Глазером, при единичном температурном напоре (At = 1) [2].
Таблица
Оценка энергетической эффективности теплообменных устройств типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью «конфузор-диффузор»
Тип теплообменника «конфузор-диффузор» Количество переданного тепла Є, Вт Затраты энергии N, Вт Энергетический коэффициент Е
с криволинейными стенками и оребренной проточной частью 1119.6 0.021 53314
с криволинейными стенками 1039 0.022 47227
с прямыми стенками 1011.8 0.044 22996
На рис. 3 представлена модернизированная схема технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла.
Рис. 3. Модернизированная схема технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла
Экономический эффект от внедрения теплообменных устройств типа «труба в трубе» с вращающимся оребренным криволинейным теплообменным элементом «конфузор-диффузор» составит порядка 420000 рублей, срок окупаемости (без учета дисконтирования) составит не более двух лет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На базе проведенных расчетов предложено техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Годовой экономический эффект от предложенного технического решения, заключающегося в замене системы нагрева трансформаторного масла электронагревателями на систему с использованием теплообменного устройства типа «труба в трубе с вращающейся поверхностью «конфузор-диффузор», составит в среднем 420000 рублей, срок окупаемости - 1,5 года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д., Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с вращающейся теплообменной поверхностью «конфузор-диффузор» и оребренной проточной частью // Известия КазГАСУ, 2010, № 1 (13). - С. 194-205.
2. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. - М.: Энергия, 1966. - 256 с.
REFERENCES
1. Zolotonosov A.Y., Zolotonosov Уа.Б., Heat exchange in the type device «pipe in pipe» with rotating heat-exchange surface confusor-diffusor and ribbed the flowing part. //Izvestija KGASU, 2010, № 1 (13). - Р. 194-205.
2. Antufiev V.M. Effectiveness of various forms of convective heating surfaces. - Moscow: Energiya, 1966. — 256 p.
