Поиск

Поиск:

Последние записи

• Расширение ассортимента: 6 новых наименований водяных насосов Dolz Truck. 24 ноября 2022 г.
• Важность рабочего колеса водяного насоса 21 ноября 2022 г.
• Натяжитель цепи: ключевой компонент системы цепи привода ГРМ 16 ноября 2022 г.
• Эволюция производственных затрат 10 ноября 2022 г.
• Диагностика ремня привода вспомогательных агрегатов: симптомы износа 9 ноября 2022 г.

Архив по дате

Архив по датеВыберите месяц (5) март 2022 г. (5) февраль 2022 г. (7) январь 2022 г. (4) декабрь 2021 г. (5) ноябрь 2021 г. (7) октябрь 2021 г. (4) сентябрь 2021 г. (6) август 2021 г. (5) июль 2021 г. (6) июнь 2021 г. (4) май 2021 г. (8) апрель 2021 г. (4) март 2021 г. (6) февраль 2021 г. (1) декабрь 2020 г. (1) июнь 2020 г. (1) март 2020 г. (1) апрель 2019 г.(1) февраль 2019 г. (1) декабрь 2018 г. (1) август 2018 г. (1) июль 2018 г. (1) декабрь 2017 г. (1) сентябрь 2017 г. (1) июль 2017 г. (1) ноябрь 2016 г. (1) август 2016 г. (2) март 2016 г. (1) Сентябрь 2015 г. (2)

Категории

Перейти к началу

Потребление пара теплообменниками

Дом / Узнать о паре /

Потребление пара теплообменниками

Содержимое

• Инженерные единицы
• Что такое пар?
• Перегретый пар
• Качество пара
• Теплопередача
• Методы оценки расхода пара
• Измерение потребления пара
• Тепловой рейтинг
• Энергопотребление резервуаров и чанов
• Отопление с помощью змеевиков и кожухов
• Обогрев чанов и резервуаров с помощью впрыска пара
• Потребление пара трубами и воздухонагревателями
• Потребление пара теплообменниками
• Потребление пара растительными предметами
• Энтропия – основное понимание
• Энтропия – ее практическое применение

Назад, чтобы узнать о Steam

Потребление пара теплообменниками

В этом учебном пособии объясняются и сравниваются различные типы теплообменников, а также расчеты потребления пара и другие вопросы, такие как релевантность начальной нагрузки.

Термин «теплообменник» применяется строго ко всем типам оборудования, в котором осуществляется передача тепла от одной среды к другой. Бытовой радиатор, в котором горячая вода отдает свое тепло окружающему воздуху, можно назвать теплообменником. Точно так же паровой котел, в котором продукты сгорания отдают свое тепло воде для достижения испарения, может быть описан как теплообменник с огнем.

Однако этот термин часто более конкретно применяется к кожухотрубным теплообменникам или пластинчатым теплообменникам, в которых первичная жидкость, такая как пар, используется для нагрева технологической жидкости. Кожухотрубный теплообменник, используемый для нагрева воды для отопления помещений (с использованием пара или воды), часто называют калорифером без аккумулирования. (Накопительный калорифер, как показано на рис. 2.13.1, устроен иначе, обычно он состоит из резервуара для хранения горячей воды со змеевиком первичного нагрева внутри).

Производители часто указывают тепловую мощность своих теплообменников в кВт, и исходя из этого можно определить расход пара, как для батарей воздухонагревателей. Однако теплообменники (особенно кожухотрубные) часто слишком велики для систем, которые они должны обслуживать.

Водонагреватель без аккумулирования (как показано на рис. 2.13.2) обычно выбирается из стандартного диапазона размеров и часто может иметь гораздо большую производительность, чем проектная цифра. Для водяного отопления зданий также могут быть определенные коэффициенты безопасности, включенные в расчеты тепловой нагрузки.

Пластинчатые теплообменники также могут быть выбраны из стандартного диапазона размеров, если блоки паяные или сварные. Однако размеры разборных пластинчатых теплообменников более гибки, поскольку пластины часто можно добавлять или снимать для достижения желаемой площади теплопередачи. Во многих случаях пластинчатые теплообменники имеют увеличенный размер просто для того, чтобы уменьшить падение давления вторичной жидкости.

На существующей установке показания фактической нагрузки могут быть получены, если известны температуры подачи и обратки, а также скорость откачки. Однако важно отметить, что пропускная способность, указанная на табличке производителя насоса, вероятно, будет относиться к напору, который может присутствовать или отсутствовать на практике.

Расчет расхода пара для теплообменников

Кожухотрубные и пластинчатые теплообменники являются типичными примерами применения проточного типа. Следовательно, при определении расхода пара для этих применений следует использовать уравнение 2.6.5.

Нагрузку при запуске можно игнорировать, если она возникает редко или если время, необходимое для достижения полной нагрузки, не слишком важно. Теплообменники чаще рассчитываются на полную рабочую нагрузку с возможным добавлением коэффициентов безопасности.

Тепловые потери редко учитываются для этих применений проточного типа, поскольку они значительно меньше полной рабочей нагрузки. Кожухотрубчатые теплообменники обычно имеют футеровку для предотвращения потери тепла и предотвращения возможного травмирования персонала. Пластинчатые теплообменники, как правило, более компактны и имеют гораздо меньшую площадь поверхности, контактирующую с окружающим воздухом, по сравнению с размером устройства.

Пример 2.13.1

Определите тепловую и паровую нагрузку следующего калорифера 9 без аккумулирующего нагрева0003

Нагревательный калорифер предназначен для работы при полной нагрузке с паром под давлением 2,8 бари в первичном паровом пространстве.

Температуры подающей и обратной воды вторичного контура составляют 82 °C и 71 °C соответственно при расходе перекачиваемой воды 7,2 кг/с.

сП для воды = 4,19 кДж/кг °C

Таблица 2.13.1 Выдержка из паровых таблиц

Часть 1 Определение тепловой нагрузки

Полная нагрузка может быть рассчитана с помощью уравнения 2. 6.5:

Часть 2 Определение паровой нагрузки

Скорость конденсации при полной нагрузке можно определить, используя левую часть уравнения теплового баланса 2.6.6:

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатый теплообменник состоит из набора тонких гофрированных металлических пластин, между которыми образован ряд каналов, по которым проходят первичные и вторичные жидкости по чередующимся каналам. Теплопередача происходит от пара первичной жидкости к вторичной технологической жидкости в соседних каналах поперек пластины. На рис. 2.13.3 показано схематическое изображение пластинчатого теплообменника.

Гофрированный рисунок гребней увеличивает жесткость пластин и обеспечивает большую устойчивость к перепадам давления. Эта схема также создает турбулентный поток в каналах, повышая эффективность теплопередачи, что делает пластинчатый теплообменник более компактным, чем традиционный кожухотрубный теплообменник. Стимулирование турбулентного потока также устраняет наличие застойных зон и, таким образом, уменьшает засорение. Пластины обычно покрывают первичную сторону, чтобы способствовать капельной конденсации пара.

В прошлом на рынке паровых теплообменников доминировали кожухотрубные теплообменники, в то время как пластинчатые теплообменники часто отдавали предпочтение в пищевой промышленности и при нагревании воды. Однако последние достижения в области дизайна означают, что теперь пластинчатые теплообменники в равной степени подходят для систем парового отопления.

Пластинчатый теплообменник может обеспечивать как конденсацию, так и переохлаждение конденсата в одном устройстве. Если конденсат сбрасывается в атмосферный ресивер, за счет снижения температуры конденсата количество выпарного пара, теряемого в атмосферу через выпуск ресивера, также уменьшается. Это может устранить необходимость в отдельном переохладителе или системе регенерации вторичного пара.

Хотя номинальную площадь теплопередачи теоретически можно рассчитать по уравнению 2. 5.3, пластинчатые теплообменники являются патентованными конструкциями и обычно определяются по согласованию с производителями.

Разборные пластинчатые теплообменники (пластинчатые и рамные теплообменники)

В разборных пластинчатых теплообменниках пластины скреплены вместе в раме, а тонкая прокладка (обычно из синтетического полимера) герметизирует каждую пластину по краю. Стяжные болты, установленные между пластинами, используются для сжатия пакета пластин между пластиной рамы и прижимной пластиной. Эта конструкция позволяет легко демонтировать устройство для очистки и позволяет изменять производительность устройства путем простого добавления или удаления пластин.

Использование прокладок придает пакету пластин определенную степень гибкости, обеспечивая некоторую устойчивость к термической усталости и внезапным изменениям давления. Это делает некоторые типы разборных пластинчатых теплообменников идеальным выбором в качестве парового нагревателя для мгновенного горячего водоснабжения, где пластины будут подвергаться определенному термоциклированию.

Ограничение использования разборных пластинчатых теплообменников заключается в диапазоне рабочих температур прокладок, что налагает ограничение на давление пара, которое может использоваться в этих устройствах.

Паяные пластинчатые теплообменники

В паяных пластинчатых теплообменниках все пластины спаиваются вместе (обычно с использованием меди или никеля) в вакуумной печи. Это усовершенствование разборного пластинчатого теплообменника, которое было разработано для обеспечения большей устойчивости к более высоким давлениям и температурам при относительно низкой стоимости.

Однако, в отличие от разборного блока, паяный пластинчатый теплообменник не подлежит демонтажу. Если требуется очистка, она должна быть либо промыта обратной промывкой, либо подвергнута химической очистке. Это также означает, что эти единицы имеют стандартный диапазон размеров, следовательно, слишком большой размер является обычным явлением.

Хотя паяный теплообменник имеет более прочную конструкцию, чем разборный, он также более подвержен термической усталости из-за своей более жесткой конструкции. Поэтому следует избегать внезапных или частых изменений температуры и нагрузки и уделять больше внимания контролю на стороне пара, чтобы избежать термического стресса.

Паяные теплообменники больше подходят (и в основном используются) для применений, где изменения температуры медленны, например, для отопления помещений. Их также можно успешно использовать с вторичными жидкостями, которые постепенно расширяются, например, с термальным маслом.

Сварные пластинчатые теплообменники

В сварных пластинчатых теплообменниках пакет пластин скрепляется сварными швами между пластинами. Использование методов лазерной сварки позволяет сделать пакет пластин более гибким, чем пакет паяных пластин, что позволяет сварному блоку быть более устойчивым к пульсациям давления и температурным циклам. Рабочие пределы сварного блока при высоких температурах и давлении означают, что эти теплообменники обычно имеют более высокие технические характеристики и больше подходят для тяжелых условий эксплуатации в обрабатывающей промышленности. Они часто используются там, где требуется высокое давление или температура, или когда необходимо нагреть вязкие среды, такие как нефть и другие углеводороды.

Кожухотрубчатые теплообменники

Кожухотрубчатые теплообменники, вероятно, являются наиболее распространенным методом обеспечения непрямого теплообмена в промышленных процессах. Кожухотрубный теплообменник состоит из пучка труб, заключенных в цилиндрическую оболочку. Концы труб вставлены в трубные решетки, которые разделяют первичную и вторичную жидкости.

В тех случаях, когда в качестве теплоносителя используется конденсирующийся пар, теплообменник обычно является горизонтальным, а конденсация происходит внутри труб. Переохлаждение также можно использовать как средство рекуперации дополнительного тепла из конденсата в теплообменнике. Однако, если требуемая степень переохлаждения относительно велика, зачастую удобнее использовать отдельный охладитель конденсата.

Неаккумулирующие калориферы с паровым нагревом

Общая конструкция пароводяного калорифера без аккумулирования показана на рис. 2.13.4. Он известен как кожухотрубный теплообменник с одним кожухом и двумя проходами и состоит из пучка U-образных труб, вставленного в неподвижную трубную решетку.

Говорят, что он имеет «один проход через кожух», потому что соединения для входа и выхода вторичной жидкости находятся на разных концах теплообменника, следовательно, жидкость со стороны кожуха проходит по всей длине устройства только один раз. Говорят, что он имеет два трубных прохода, потому что соединения для входа и выхода пара находятся на одном конце теплообменника, так что жидкость со стороны труб проходит через устройство дважды.

Проходная перегородка (также называемая разделительной пластиной или перьевой пластиной) разделяет коллектор теплообменника, так что жидкость со стороны труб отводится вниз по пучку U-образных труб, а не прямо через коллектор.

Это сравнительно простая и недорогая конструкция, поскольку требуется только одна трубная решетка, но ее использование ограничено относительно чистыми жидкостями, поскольку трубы труднее чистить. Примечание; заменить трубу в этих типах теплообменников сложнее.

В кожухе обычно предусмотрены перегородки для направления потока жидкости со стороны кожуха через трубки, улучшения скорости теплопередачи и поддержки трубок.

Запуск из холодного состояния

Как упоминалось в Модуле 2.7, пусковую нагрузку часто можно игнорировать, если она возникает редко или если время, необходимое для достижения полной нагрузки, не является критическим. По этой причине часто оказывается, что регулирующие клапаны и теплообменники рассчитаны на полную нагрузку плюс обычные коэффициенты безопасности.

В системах, которые отключаются на ночь и в выходные дни, температура вторичной воды может быть низкой при запуске холодным зимним утром, а скорость конденсации в нагревательных калориферах будет выше, чем при полной нагрузке. Следовательно, давление в паровом пространстве может быть значительно ниже давления, при котором теплообменник нормально работает, пока температура вторичного входа не поднимется до расчетного значения.

С точки зрения теплового режима это может не представлять проблемы – просто система нагревается дольше. Однако, если проектировщик не учел эту ситуацию, неадекватная система улавливания пара и удаления конденсата может привести к накоплению конденсата в паровом пространстве.

Это может вызвать:

• Внутренняя коррозия.
• Механическое напряжение из-за деформации.
• Шум из-за гидравлического удара.

Это вызовет проблемы с теплообменниками, не предназначенными для таких условий.

Оценка отопительных нагрузок

Здания. Практический субъективный метод оценки отопительных нагрузок заключается в осмотре самого здания. Расчеты могут быть сложными, включая такие факторы, как количество воздухообменов и скорость теплопередачи через полые стены, окна и крыши. Однако разумную оценку обычно можно получить, взяв общий объем здания и просто допустив 30–40 Вт/м³ площади до 3 000 м³ и 15–30 Вт/м³, если площадь превышает 3 000 м³. Это даст разумную оценку отопительной нагрузки, когда температура наружного воздуха близка к расчетным условиям -1°C.

Практичным способом определения потребления пара для существующей установки является использование точного надежного расходомера пара.

Пример 2.13.2

Определите расчетную мощность нагревательного калорифера на основе фактических измеренных условий Расчетная мощность нагревательного калорифера неизвестна, но паровая нагрузка измерена при 227 кг/ч при температуре наружного воздуха 7 °C и температура внутри 19°С, разница 12°С.

Калорифер также предназначен для обеспечения 19°C внутренней температуры, когда наружная температура составляет -1 °C, разница 20 °C.

Паровая нагрузка при расчетных условиях может быть оценена просто по соотношению разностей температур:

Водонагреватели

Водонагреватели предназначены для повышения температуры всего содержимого от холодной до температуры хранения в течение определенного периода времени.

Средняя скорость конденсации пара в течение периода нагрева или рекуперации может быть рассчитана с использованием уравнения 2.13.1

Пример 2.13.2 Рассчитайте среднюю паровую нагрузку накопительного калорифера

Накопительный калорифер имеет вместимость 2 272 л (2 272 кг) и предназначен для повышения температуры этой воды с 10°C до 60°C. °C за ½ часа с паром при 2 бар изб.

сП для воды = 4,19 кДж/кг °C

Это среднее значение можно использовать для определения размера регулирующего клапана. Однако, когда температура воды может быть самой низкой, например 10 °C, высокая скорость конденсации пара может быть больше, чем может пройти полностью открытый регулирующий клапан, и змеевик будет испытывать недостаток пара. Давление в змеевике значительно упадет, в результате чего уменьшится производительность пароулавливающего устройства. Если улавливающее устройство имеет неправильный размер или выбрано неправильно, конденсат может скапливаться в змеевике, снижая его способность передавать тепло и обеспечивать требуемое время нагрева. Это может привести к гидравлическому удару, вызывающему сильный шум и механические нагрузки на катушку. Однако, если конденсату не позволено скапливаться в змеевике, система все равно должна поддерживать правильное время нагрева.

Решение состоит в том, чтобы обеспечить надлежащий отвод конденсата. Это может быть достигнуто либо с помощью конденсатоотводчика, либо с помощью автоматического конденсатоотводчика, в зависимости от потребностей системы. (См. Модуль 13.1 – Теплообменники и стойло).

Прочие кожухотрубные паровые нагреватели

В других теплообменниках, использующих пар, может использоваться внутренняя плавающая головка, которая обычно более универсальна, чем неподвижная головка U-образных теплообменников. Они больше подходят для использования в приложениях с более высокой разницей температур между паром и вторичной жидкостью. Поскольку трубный пучок можно снять, его легче чистить. Жидкость со стороны трубы часто направляют для протекания через несколько проходов, чтобы увеличить длину пути потока.

Теплообменники обычно имеют от одного до шестнадцати проходов трубы, и количество проходов выбирается для достижения расчетной скорости со стороны трубы. Трубы располагаются по количеству проходов, требуемому путем разделения коллектора с помощью нескольких разделительных пластин. Два прохода кожуха иногда создаются путем установки продольной перегородки со стороны кожуха по центру теплообменника, где разница температур не подходит для одного прохода. Системы с разделенным потоком и разделенным потоком также используются там, где перепад давления, а не скорость теплопередачи, является определяющим фактором в конструкции, чтобы уменьшить перепад давления на межтрубном пространстве.

Пар также может использоваться для испарения (или парообразования) жидкости в кожухотрубном теплообменнике, известном как ребойлер. Они используются в нефтяной промышленности для испарения фракции кубового продукта из дистилляционной колонны. Они имеют тенденцию быть горизонтальными, с испарением в оболочке и конденсацией в трубках (см. рис. 2.13.5).

В ребойлерах с принудительной циркуляцией вторичная жидкость прокачивается через теплообменник, в то время как в термосифонных ребойлерах естественная циркуляция поддерживается за счет разницы в плотности. В котловых ребойлерах циркуляция вторичной жидкости отсутствует, и трубы погружены в бассейн с жидкостью.

Таблица 2.13.3 Типовые коэффициенты теплопередачи для некоторых кожухотрубных теплообменников

Хотя желательно добиться капельной конденсации во всех этих применениях, ее часто трудно поддерживать и она непредсказуема. Чтобы оставаться практичными, проектные расчеты обычно основаны на предположении о пленочной конденсации.

Площадь теплопередачи кожухотрубного теплообменника можно оценить с помощью уравнения 2.5.3. Хотя эти единицы также обычно указываются по согласованию с производителями, некоторые типичные общие коэффициенты теплопередачи, когда пар используется в качестве теплоносителя (и которые включают допуск на загрязнение), приведены в таблице 2.13.3 в качестве ориентира.

Теплообменники с гофрированной трубой

Одним из достижений в конструкции традиционных кожухотрубных теплообменников является недавняя разработка теплообменника с гофрированной трубой. Это однопроходной неподвижный пластинчатый теплообменник со сварным кожухом и прямолинейными гофрированными трубками, пригодными для жидкостей с низкой вязкостью. Подобно пластинчатым теплообменникам, гофрированные трубы создают турбулентные рабочие условия, которые максимизируют теплопередачу и уменьшают загрязнение. Как и традиционные кожухотрубные теплообменники, эти устройства обычно устанавливаются горизонтально. Однако в гофрированном трубчатом теплообменнике пар всегда должен находиться на межтрубном пространстве.

Спиральные теплообменники

Спиральные теплообменники во многом схожи с кожухотрубными и пластинчатыми теплообменниками и используются во многих из них. Они состоят из готовых металлических листов, подвергнутых холодной обработке и сваренных с образованием пары концентрических спиральных каналов, закрытых концевыми пластинами с прокладками, прикрепленными болтами к внешнему корпусу.

Турбулентность в каналах, как правило, высокая, при этом для обеих жидкостей получаются одинаковые характеристики потока. Их также относительно легко чистить, и они могут использоваться для очень тяжелых загрязняющих жидкостей и шламов. Использование только одного прохода для обеих жидкостей в сочетании с компактностью устройства означает, что потери давления на соединениях обычно довольно низкие.