CC BY
60
УДК 621.134.13 (045)
М.В. Чупова
магистрант,
кафедра промышленной теплоэнергетики,
Филиал
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске
РОСТ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ
Аннотация. В статье рассмотрена проблема образования слоя накипи на поверхностях теплообменно-го оборудования, влияние этой проблемы на выбор теплообменного оборудования, запорной арматуры, насосов, труб и т.д. Представлены графические зависимости влияния слоя накипи на гидравлические потери в аппаратах, изменение которых напрямую влияет на срок службы и эксплуатации оборудования. В основу методики расчета положена методика, изложенная в СП (Свод правил по проектированию и строительству) 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».
Ключевые слова: кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменники, графические зависимости гидравлических потерь, срок службы и эксплуатации оборудования, выбор теплообменного оборудования.
M.V. Chupova, Branch of National Research University «Moscow Power Engineering Institute» in Smolensk
GROWTH OF PRESSURE LOSS IN HEAT EXCHANGERS
Abstract. The article deals with the problem of forming a layer on the surfaces of heat-exchange equipment, the effect of this problem on the choice of heat exchange equipment, valves, pumps, pipes, etc. The graphic depictions of the influence of the scale layer on hydraulic losses in apparatuses, the change of which directly affects the service life and Operation of equipment. The calculation methodology is based on the methodology outlined in the JV (codes of rules for design and construction) 41-101-95 Design of heat points.
Keywords: coiled tubular and plate heat exchangers, graphic dependencies of hydraulic losses, service life and operation of equipment, choice of heat exchange equipment.
При проектировании систем теплоснабжения определяющим расчетом, отвечающим за стоимость проекта, является гидравлический расчет системы. Он позволяет произвести выбор основного и вспомогательного оборудования системы. Важным фактором при таких расчетах является необходимость предусмотреть качество теплоносителя, его жесткость. Поэтому хороший проектировщик учтет качество теплоносителя при проектировании.
В данной статье произведено исследование влияния толщины слоя образующейся накипи на гидродинамические показатели теплообменного аппарата. Были выбраны и рассчитаны по методике [1; 2]: 1) водоподогревательная установка для систем ГВС центрального теплового пункта, оборудованного водоподогревателями, состоящими из секций кожухотрубного типа с трубной системой из прямых гладких трубок; 2) водоподогревательная установка пластинчатого теплообменника, собранного из пластин 0,5 Пр для системы горячего водоснабжения того же ЦТП.
Исходные данные температуры теплоносителей и величины расходов принимаются одинаковыми. По результатам расчетов водоподогревательных установок по двухпоточной схеме компоновки ступеней для систем горячего водоснабжения центрального теплового пункта приведены графические зависимости гидравлических потерь в трубном пространстве (для нагреваемого теплоносителя) и межтрубном пространстве (для греющего теплоносителя) от толщины слоя накипи [3].
Для кожухотрубчатого теплообменного аппарата графические зависимости гидравлических потерь в трубном пространстве (для нагреваемого теплоносителя) от толщины слоя накипи, соответственно для I и II ступеней, представлены на рисунке 1. Потери давления в трубном пространстве, что в I, что во II ступенях равны, поскольку равно количество секций в ступенях теплообменника (зависит от гидравлического расчета).
Графические зависимости гидравлических потерь в межтрубном пространстве (для греющего теплоносителя) от толщины слоя накипи, соответственно для I и II ступеней, пред-
ставлены на рисунке 2.
58,0 - йр, 1 И II Потери давлен ия в трубнолл пространстве
йр, 1 и II супени,
супени. I к Па, нет слоя
кПа 56,0 55,0 54,0 53,0 52,0 - 9 накипи
Др, | и II супени, к Па, при наличии слоя накипи 1
_I__ _ _ _
51,0 ~ О 1 О 2 О.З 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 5н, лллл 1
Рисунок 1 - Графическая зависимость Др= Зн в трубном пространстве
Рисунок 2 - Графическая зависимость в межтрубном пространстве
Такие же результаты и графики зависимости гидравлических потерь можно привести для пластинчатого теплообменника. По полученным результатам вычислений построены и представлены графические зависимости потерь давления от толщины слоя накипи для греющей и нагреваемой воды на рисунках 3 и 4.
Потери давления для греющей воды
йРгр, 350
кПа 320
290 260 230 200 170 140 110 80
ТТ
и
-9-< -< >-< ►-<
О ОД 0,2 0,3 0,4
0,5 0,6 6н, ллм
0,7 0,8 0,9
1,1
- АРгр.П супени, кПа, нет слоя накнпи
- йРгр II супени, кПа, при наличии слоя накипи
- йРгр,1 супенн, кПа, нет слоя накнпп
-ДРгр,1сулени, кПа. при наличии слоя накипи
Рисунок 3 - Потери давления от толщины слоя накипи для греющей воды, от толщины слоя накипи для I и II ступеней
Потери давления для нагреваемой воды
240 220 200 ЛРн, 180 кПа 1б0
140
120 100 80 60
I
II
х —ж 1 г—1 I—1 I—1 К-1 Р-н к-1 Р-1 г-а к—1 I-1 1
О ОД 0,2 0,3 0,4
0,5 0,6 0,7 бн, мм
0,8 0,9
1Д
- ДРн, I супенн, к Па, нет слоя накнпп
- ДРн I супенн, к Па, при наличии слоя накипи
йРн, II супени, нет слоя
Н ,№111111
-ДРн, II (упенп, кПапрн наличии слоя накипи
Рисунок 4 - Потери давления от толщины слоя накипи для нагреваемой воды, толщины слоя накипи для I и II ступеней
По рисунку 1 для кожухотрубчатого водонагревателя можно отметить, что слой накипи толщиной всего в 1 мм приводит к увеличению потерь давления в трубном пространстве в обеих ступенях в среднем на 6 кПа. Что касаемо потерь давления в межтрубном пространстве (рис. 2), то в I ступени происходит повышение давления на 4^5 кПа, во II ступени изменение давления незначительно - на 0,6 кПа.
В пластинчатом водонагревателе нет трубного и межтрубного пространства, есть ряд пластин, омываемых с одной стороны греющей водой, с другой - нагреваемой. Потери давления для греющей воды в I ступени при толщине слоя накипи в 1 мм возросли почти на 220 кПа, во II ступени - на 150 кПа. Потери же для нагреваемой воды I ступени возросли на 140 кПа, а для II ступени - на 80-90 кПа.
Как видно из представленных величин, пластинчатый теплообменник по конструкции должен выдерживать в десятки раз большее давление, чем кожухотрубчатый теплообменник. Из-за обрастания внутренней поверхности пластинчатого теплообменника слоем накипи, роста давления в системе происходит также и изменение скорости теплоносителя.
Рост давления и изменение скорости теплоносителя в системах теплоснабжения ведет к преждевременному износу всего оборудования ЦТП (запорной арматуры, насосов, труб и т.д.) и тепловых сетей в целом, приводит к выбору теплоснабжающих организаций более дорого и надежного оборудования с повышенной износостойкостью. Все это ведет к удорожанию самого проекта застройки объекта теплоснабжения. Гидравлический расчет дает возможность оценить и подобрать необходимое оборудование для ЦТП и тепловых сетей.
Список литературы:
1. СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». Дата введения: 01.07.1996. Дата актуализации текста: 01.10.2008. Москва,1997.
2. Стрелюхина Т.А. Проектирование централизованного горячего водоснабжения жилого дома и микрорайона: учеб. пособие / Т.А. Стрелюхина; под общ. ред. Ю.П. Скачкова. - 3-е изд., перераб. и доп. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 120 с.
3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник / под общ. ред.В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
