ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛИ

В тепловых пунктах устанавливают водоподогреватели различных типов и конструкций. В зависимости от вида греющей среды их де­лят на пароводяные и водоводяные. В первом случае греющей сре­дой является водяной пар, во втором — высокотемпературная вода. Нагреваемой средой в обоих случаях является вода.

По конструктивным признакам водоподогреватели подразделяют на кожухотрубные и пластинчатые. В кожухотрубных водоподогрева - телях основными конструктивными элементами являются цилиндри­ческий корпус и пучок гладких трубок, размещаемый внутри корпуса Один из теплоносителей протекает внутри трубок, другой — в меж­трубном пространстве корпуса. Как внутри трубок, так и в меж­трубном пространстве теплоносители движутся с определенными ско­ростями, обеспечивая активный теплообмен. Такие водоподогреватели получили название скоростных.

Скоростные водоводяные подогреватели, у которых греющая и нагреваемая вода движется навстречу, называют противоточными. Они эффективнее прямоточных, так как обеспечивают большую сред­нюю разность температур и позволяют нагревать воду до более вы­сокой температуры. Для пароводяных скоростных подогревателей направление движения теплоносителей не имеет значения. Водово­дяные и пароводяные скоростные подгреватели предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения.

По ориентации оси корпуса скоростные пароводяные водоподо­греватели могут быть горизонтальными и вертикальными. В тепловых пунктах жилых, общественных и промышленных зданий устанавли­вают горизонтальные водоподогреватели.

Иногда в тепловых пунктах устанавливают трубчатые тепло­обменники, в которых пучок трубок погружен в емкость, заполнен­ную нагреваемой водой. Такие водоподогреватели, в отличие от ско­ростных, называют емкостными и используют в системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды.

Основным конструктивным элементом пластинчатых водоподогре - вателей является гофрированная пластина. Пластины располагают параллельно друг другу, между поверхностями двух смежных пла­стин создаются небольшие зазоры щелевидной формы, по которым движутся потоки греющей и нагреваемой сред.

Водоводяные скоростные подогреватели выпускают в настоящее время разъемными. Разъемное исполнение секций позволяет соби­рать на месте подогреватели с различным числом однотипных секций.

На рис. 3.2 изображен секционный скоростной водоводяной по­догреватель. Основным элементом подогревателя является корпус из стальной бесшовной трубы. Внутри корпуса расположены трубки из латуни диаметром 16X1 мм, ввальцованные двумя концами в глухие фланцы. Латунь имеет высокую теплопроводность — около 135 Вт/(м-°С) [90 ккал/(м-ч-°С)]^ следовательно, термическое со­противление стенки латунной трубки, имеющей толщину 1 мм, нич­тожно.

Корпусы теплообменников длиной 2 и 4 м имеют наружные диа­метры от 57 до 530 мм, число трубой от 4 до 450 Подогреватели рассчитаны на рабочее давление 1 МПа (10 кгс/см2). В подогрева­телях, предназначенных для горячего водоснабжения, греющую воду направляют в межтрубное пространство, нагреваемую — в трубки. Этим достигается, во-первых, выравнивание скоростей движения се­тевой и водопроводной воды, так как расход сетевой воды обычно больше, чем водопроводной. Во-вторых, осуждающуюся накипь легче удалить с внутренней поверхности трубок, чем с наружной. При та­ком порядке движения воды стальной корпус имеет более высокую температуру, чем латунные трубки, следовательно, нет необходимо­сти в установке линзового компенсатора на корпусе подогревателя. В подогревателях, предназначенных для систем отопления, для вы­равнивания скоростей греющая вода направляется по трубкам, на­греваемая вода — по межтрубному пространству. На корпусах этих подогревателей устанавливаются линзовые компенсаторы. В комплект поставки подогревателя входят кроме корпуса входной и выходной патрубки, а также калачи для соединения трубного пучка. Патрубок для выхода нагретой воды имеет штуцер для установки термореле.

На рис. 3.3 показан пароводяной двухходовой * подогреватель с отбортованными днищами. Подогреватель состоит из стального кор­пуса, внутри которого расположен трубный пучок. Один конец труб­ного пучка ввальцован в трубную доску, неподвижно закрепленную относительно корпуса. Другой конец трубного пучка ввальцован в подвижную трубную доску, которая несет плавающую относительно корпуса подогревателя водяную камеру. На корпусе подогревателя установлены патрубки для входа пара, выхода конденсата, входа и выхода нагреваемой воды. Для установки термометров и манометров

Рис З 3 Пароводяной скоростной двухходовой водоподогреватель по ОСТ 34 576-68 1 — вход пара, 2 — выход конденсата, 3 — выход воды; 4 — вход воды

Предусмотрены гильза и штуцер. Контроль аа уровнем конденсата осуществляется с помощью водомерного стекла. При установке по­догревателя на конструкции, сваренной из сортовой стали, необходи­мо предусмотреть крепление подогревателя двумя хомутами. Один - хомут затягивают намертво, другой — с прокладкой из асбеста для возможности перемещения, вызванного температурным удлинением.

В настоящее время промышленность выпускает пароводяные по­догреватели двух - и четырехходовые с длиной трубок 2 и З м. Пло­щадь поверхности нагрева таких подогревателей изменяется от 6,3 до 224 м2, теплопроизводительность — от 0,67 до 32 МВт (0,58— 27,5 Гкал/ч). Трубная система подогревателей выполнена из латун­ных трубок диаметром 16X1 мм. Ив условия прочности предельное давление воды 1,6 МПа, пара 1 МПа. Давление пара в подогревате­ле должно быть на 0,1—0,2 МПа меньше» давления воды во избежа­ние попадания пара в трубки подогревателя при их повреждении и вскипания воды.

Пар из парового коллектора поступает в межтрубное пространст­во подогревателя и конденсируется на поверхности трубок, имеющих более низкую температуру. Конденсат под действием силы тяжести стекает вниз.

В системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды (например, душевые установки промышленных предприятий) ус­танавливают емкостные пароводяные горизонтальные водоподогрева­тели. Подогреватель состоит из стального корпуса и змеевика, распо­ложенного внутри корпуса. Пар подается в змеевик, холодная вода поступает в нижнюю часть корпуса подогревателя и вытесняет нагре тую воду через патрубок, расположенный в верхней части корпуса. При этом не происходит перемешивания холодной и нагретой воды, так как холодная вода, имеющая большую плотность, остается внизу, а по мере нагревания она поднимается вверх. Теплопроводность в массе воды затруднена. Рабочая емкость водоподогревателя опреде­ляется объемом воды, находящейся выше змеевика Выпускаемые промышленностью емкостные водоподогреватели имеют вместимость от 400 до 4000 л и площадь поверхности нагрева от 0,5 до 4,7 м2. Площадь поверхности змеевика обеспечивает нагрев рабочего объема воды от 5 до 75°С в течение 1 ч при рабочем давлении пара в зме­евике 0,485 МПа. Наличие значительного объема воды в подогрева­теле позволяет использовать его как бак-аккумулятор. Отсутствие ес­тественной и вынужденной конвекции в массе воды затрудняет тепло­обмен между паром и водой. Коэффициент теплопередачи в емкост­ных пароводяных подогревателях значительно ниже, чем в скорост­ных.

В скоростных и емкостных пароводяных подогревателях происхо­дит процесс конденсации водяного пара. Тепло, выделяющееся при конденсации, идет на нагрев воды. Использование тепла будет непол­ным, если из подогревателя выйдет пар, не успевший сконденсировать­ся. Во избежание потерь тепла на выходе из пароводяных подог­ревателей устанавливают конденсатоотводчики, используемые также для дренажа паропроводов и паровых коллекторов. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на термостатические, термоди­намические и поплавковые. Принцип действия термостатических кон - денсатоотводчиков следующий. Сильфон (термостат) термостатичес­кого конденсатоотводчика частично заполнен 'леґкоиспаряющейся жидкостью. При попадании в конденсат насыщенного пара, темпера­тура которого выше температуры испарения жидкости, жидкость в силь - фоне мгновенно вскипает и давление в нем становится выше давления пара. Сильфон удлиняется и с помощью прикрепленного к нему золот­ника закрывает проход, предотвращая утечку пара. При попадании в конденсатоотводчик конденсата, температура которого на 10—20° С ниже температуры насыщенного пара вследствие некоторых потерь тепла в окружающую среду, давление паров жидкости в сильфоне снижается, сильфон сжимается, открывается проход и конденсат от­водится в дренаж или в сборный бак.

В связи с тем, что действие этих конденсатоотводчиков связано с изменением температуры конденсата, не допускается применение их в случаях, когда отвод тепла затруднен из-за наличия изоляции, а также расположение их в зоне высокой температуры. Термостатичес­кие конденсатоотводчики работают при начальном давлении до 0,6 МПа, противодавлении до 50% начального давления и при перепаде давления 0,01 МПа и более.

На рис. 3.4 приведена конструкция термодинамического конденса­тоотводчика типа 45с 13нж. Основными элементами конденсатоотвод­чика являются стальной корпус и тарелка, прижимаемая к седлу пружиной. Сверху тарелка закрыта крышкой. Принцип действия тер­модинамических конденсатоотводчиков основан на аэродинамическом эффекте. При поступлении в конденсатоотводчик смеси пара с кон­денсатом или чистого конденсата тарелка под действием рабочего давления отжимается от седла и через образовавшуюся щель кон­денсат отводится в дренаж или сборный конденсатный бак. При пос­туплении в конденсатосборник пара скорость прохождения его в ще­ли между тарелкой и седлом значительно повышается, статическое давление под тарелкой падает и тарелка прижимается к седлу. Кро­ме того, пар, проникая в камеру над тарелкой, также прижимает ее к седлу. При понижении температуры в камере над тарелкой давле­ние в ней падает, тарелка под давлением конденсата снова поднима­ется и конденсат свободно вытекает до тех пор, пока не начнет по­ступать пар, который запирает кон­денсатоотводчик.

Термодинамические конденсато­отводчики устойчиво работают при начальном давлении свыше 0,1 МПа и противодавлении до 50%, при по­стоянном и переменном режимах расходования пара теплоиспользую - щими аппаратами.

Рис. 3 4 Конденсатоотводчик термодинами­ческий

1 — вход конденсата; 2 — корпус; 3 — крышка;

4 — тарелка, 5 — прокладка, 6 — выход конденсата

' При установке термодинамических конденсатоотводчиков следует обращать особое внимание на удаление воздуха из системы, так как при попадании воздуха под тарелку конденсатоотводчика надежность

Его работы снижается.

При начальном давлении менее 0,1 МПа рекомендуется устанав­ливать конденсатоотводчики с опрокинутым поплавком, которые на­дежно работают при перепаде давления 0,05 МПа.

Термодинамические и термостатические конденсатоотводчики, а также конденсатоотводчики с опрокинутым поплавком подбираются по коэффициенту пропускной способности. Коэффициент пропускной способности определяется по формулам:

При *к/*н=0,8...1

К ________ 9— .

0,5 VbTp '

При 4//н<0,8, т. е. при значительном переохлаждении конденсата в іеплоиспользующем аппарате

К Q

VblTp '

Где ік — температура конденсата, °С; — температура насыщения, °С; Q —расчетное количество конденсата, кг/с; Ар — перепад давления на конденсатоотводчике, МПа; р — плотность конденсата при параметрах пара перед конденсатоотводчиком, кг/м3.

Расчетное количество конденсата принимается равным максималь­ному расчетному расходу пара, кг/с, который зависит от режима ра­боты теплоиспользующих аппаратов или систем.

Давление пара перед конденсатоотводчиком р следует принимать равным 95% давления пара р перед теплоиспользующим аппаратом, за которым устанавливается конденсатоотводчик, т. е. pi == 0,95 р.

Давление конденсата р2 после конденсатоотводчика следует при­нимать:

А) при выдавливании конденсата—не более 0,5 давления ри т. е. р2-^0,5 р;

Б) при свободном сливе конденсата — равным атмосферному дав­лению, Т. е. Р2=0.

При установке конденсатоотводчиков должна быть предусмотре­на обводная линия для возможности их ремонта и осмотра, для спу­ска конденсата при прогреве паропроводов и для продувки конден - сатопроводов.

Диаметры вентилей, устанавливаемых у конденсатоотводчиков и на обводной линии, следует принимать равными диаметру входного отверстия конденсатоотводчика.

Пластинчатые водоподогреватели. Основным элементом пластин­чатого подогревателя является пластина. На рис. 3.5, а показана пластина типа 0,5 Е с гофрами «в елку» (конструкция УКРНИИхим - маша). Габаритные размеры пластины 1370X500X1 мм (длина Хши - ринуХтолщину), площадь поверхности теплообмена одной, пластины 0,5 м2; масса пластины 5,4 кг. Пластины штампуются из листового металла, гофры пластин имеют в сечении профиль равнобедренного треугольника с основанием 14 мм и высотой 4 мм.

Поверхность нагрева образуется из параллельно расположенных гофрированных пластин. По зазорам между пластинами направляют­ся потоки греющей и нагреваемой сред. Простейший подогреватель должен иметь не менее трех пластин, образующих два канала (зазо­ра), по одному из которых течет греющая среда, по другому—на­греваемая.

Пластины устанавливаются на раму подогревателя, которая состо­ит из верхней и нижней несущих штанг, подвижной и неподвижной

3 Зак 435

Плит с зажимным устройством. Неподвижная плита обычно прикреп­лена к полу, подвижная подвешена на екобе к верхней штанге и мо­жет перемещаться по ней. На плитах имеются, штуцера для присое­динения трубопроводов.

Разборная конструкция подогревателей позволяет достаточно лег­ко и быстро производить чистку поверхностей пластин от слоя наки пи, отлагающейся на них в процессе эксплуатации

Группа пластин, образующая систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет. Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и подвижном плитами, называют секцией (рис. 3.5, б).

Пластины можно компоновать в симметричные пакеты для грею­щей и нагреваемой сред, т. е. с одинаковым числом каналов в каж­дом пакете для каждой среды (рис. 3.5, в). Если расход одной сре­ды значительно отличается от расхода другой среды, то для получе­ния оптимальных скоростей по ходу каждой среды применяют несим­метричные схемы компоновок пластин. В этом случае число каналоз в пакетах для греющей и нагреваемой сред неодинаково (рис.3.5, г).

Схему простейшею иодоподогревателя, состоящего из пяти плас­тин, образующих по два параллельных канала для каждого потока,

2

Условно обозначают дробью Сх — .

»

В общем случае схема компоновки пластин обозначается: т[ + tn[ - f - т" + ... + т*

Т'2 - J - т2 + - j - ... - f - *

Где т, — число каналов в пакете для греющей среды; k — число последовательно включенных пакетов для греющей среды; пц — число каналов в пакете для нагревае­мой среды; р — число последовательно включенных пакетов для нагреваемой среды.

Пластинчатые подогреватели разборной конструкции предназначе­ны для работы при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочей среды до 180°С.

Пластинчатые подогреватели имеют более высокие технико-эконо - мические показатели по сравнению с кожухотрубными. Процесс изго­товления поверхности теплообмена из тонких штампованных пластин более индустриален и менее трудоемок, чем производство бесшовных труб малого диаметра для той же цели. Малая толщина и паралле­льная установка пластин с малыми промежутками между ними поз­воляют разместить в минимальном пространстве максимальную по­верхность теплообмена, что недостижимо в других типах поверх - костных теплообменников. В пластинчатых подогревателях исполь­зованы сложные формы поверхностей теплообмена и образуемых ими каналов, в которых поток воды искусственно турбулизируется. Это значительно повышает эффективность теплообмена, в то же время гидравлические потери в каналах и, следовательно, затраты энергии на перекачку воды остаются небольшими.

В Советском Союзе пластинчатые подогреватели впервые были изготовлены в 1940 г. для нужд пищевой промышленности. В послед­ние годы они начали находить применение в системах теплоснабже­ния для нагрева воды паром или высокотемпературной водой.

Ц