Методика расчета водоподогревателей горячего водоснабжения

1. Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках равной W_ТР = 1 м/с, и исходя из двухпоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя , м², по формуле

(1)

В соответствии с полученной величиной f^усл_тр и по табл. 1 выбираем необходимый типоразмер водоподогревателя.

2. Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам:

(2)

(3)

3. Коэффициент теплоотдачи a₁ ,Вт/(м², °С), от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле

(4)

где (5)

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м, определяется по формуле

(6)

Для выбранного типоразмера водоподогревателя d_экв принимается по табл. 1.

4. Коэффициент теплоотдачи a₂, Вт/(м², °С) от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле

(7)

где (8)

5. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя k, Вт/(м²,°С), следует определять по формуле

(9)

где y — коэффициент эффективности теплообмена для гладкотрубных водоподогревателей с опорами в виде полок y = 0 95, для гладкотрубных с блоком опорных перегородок y = 1,2, для профилированных и с блоком опорных перегородок y = 1,65;

b — коэффициент учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается b = 0,8— 0,95.

6. При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и среднелогарифмической разности температур Dt_ср определяется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя F по формуле (1) прил. 5.

7. Число секций водоподогревателя в одном потоке N, шт., исходя из двухпоточной компоновки определяется по формуле

(10)

Если величина N полученная по формуле (10) имеет дробную часть, составляющую более 0,2, число секций следует округлять в большую сторону.

8. Потери давления DР, кПа, в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:

а) при длине секции 4 м

(11)

б) при длине секции 2 м

(12)

где j — коэффициент, учитывающий накипеобразование, принимается по опытным данным, при их отсутствии — следует принимать j = 2 ... 3.

для нагреваемой воды, проходящей в профилированных трубках, в формулах (11) и (12) вводится повышающий коэффициент 3;

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:

. (13)

Коэффициент В приведен в табл. 3

Таблица 3

Наружный диаметр	Значение коэффициента В
корпуса секции DН, мм	при длине секции, м

ПРИМЕР РАСЧЕТА

ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ОГРАНИЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ НА ВВОД И РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПОДАЧИ ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ

Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку для системы горячего водоснабжения центрального теплового пункта на 1516 условных квартир (заселенность — 3,5 чел на квартиру), оборудованную водоподогревателями, состоящими из секций кожухотрубного типа с трубной системой из прямых гладких трубок и блоками опорных перегородок по ГОСТ 27590.

Водоподогреватели присоединены к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды из тепловой сети на ввод.

Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с автоматическим регулированием подачи теплоты.

Баки-аккумуляторы нагреваемой воды как в ЦТП, так и у потребителей отсутствуют исходные данные:

1. Регулирование отпуска теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

2. Температура теплоносителя (греющей воды) в тепловой сети в соответствии с принятым для данной системы теплоснабжения графиком изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха принята:

при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления t₀ = -26 °С:

в подающем трубопроводе t₁ = 150 °С;

в обратном трубопроводе t₂ = 70 °С;

в точке излома графика температуры t¢_H = 23 °С:

в подающем трубопроводе t¢₁ = 80 °С;

в обратном трубопроводе t¢₂ = 42 °С.

3. Температура холодной водопроводной (нагреваемой) воды в отопительный период, поступающей в водоподогреватель I ступени, t_c = 2 °C (по данным эксплуатации).

4. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени водоподогревателя t_h = 60 °С.

5. Максимальный тепловой поток на отопление потребителей, присоединенных к ЦТП, Q_omax=5,82×10⁶ Вт.

6. Расчетная тепловая производительность водоподогревателей = 4,57× 10⁶ Вт.

7. Максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение g_h = 21,6 л/с.

Порядок расчета:

1. Максимальный расход сетевой воды на отопление

кг/ч.

2. Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение

кг/ч.

3. Для ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП в качестве расчетного принимается больший из двух расходов, полученных по пп 1,2

кг/ч.

4. Максимальный расход нагреваемой воды через I и II ступени водоподогревателя

кг/ч.

5. Температура нагреваемой воды за водоподогревателем I ступени

6. Расчетная производительность водоподогревателя I ступени

7. Расчетная производительность водоподогревателя II ступени

8. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени t^II₂ и на входе в водоподогреватель I ступени t^I₁

9. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя I ступени

10. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя

11. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени водоподогревателя

12. В соответствии с п. 1 настоящего приложения определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости воды в трубках W_тр= 1м/с и двухпоточной схеме включения

По табл. 1 настоящего приложения и полученной величине f^усл_тр подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:

f_тр = 0,0093 м²;

D_H = 219 мм;

f_мтр = 0,02139 м²;

d_экв= 0,0224 м;

f_сек= 11,51 м² (при длине секции 4 м);

мм.

13. Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке

м/с.

14. Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке

м/с.

15. Расчет водоподогревателя I ступени:

а) средняя температура греющей воды

°С.

б) средняя температура нагреваемой воды

°С.

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

Коэффициент y принят равным 1,2 для гладких трубок;

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени

м²

ж) число секций водоподогревателя I ступени при длине секции 4 м

секции.

Принимаем 5 секций в одном потоке; действительная поверхность нагрева будет м².

16. Расчет водоподогревателя II ступени:

а) средняя температура греющей воды

°С.

б) средняя температура нагреваемой воды

°С.

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени

м²

ж) число секций водоподогревателя II ступени

секции.

Принимаем 2 секции в одном потоке, действительная поверхность нагрева будет

F^II = 11,51 ·2 · 2 = 46 м².

В результате расчета получилось по 2 секции в каждом водоподогревателе II ступени и 5 — в каждом водоподогревателе I ступени суммарной поверхностью нагрева 161 м².

17. Потери давления в водоподогревателях (7 последовательных секций в каждом потоке):

для воды, проходящей в трубках (с учетом j = 2)

кПа;

для воды, проходящей в межтрубном пространстве

кПа.

Коэффициент В принимается по табл. 3 настоящего приложения.

При применении водоподогревателя с профилированными трубками необходимое число секций в I ступени составит 3 секции, а во II — 2 секции в одном потоке. Потери давления по нагреваемой воде с коэффициентом j = 2 составляют 300 кПа.

В 1994 г. на московском заводе «Сатэкс» освоен выпуск кожухотрубных многоходовых водоподогревателей с I и II ступенями нагрева в одном корпусе (рис. 5), технические характеристики которых приведены в табл. 4 настоящего приложения. Тепловая производительность определена для условий, близких к реальным в системе теплоснабжения:

для водоподогревателей горячего водоснабжения: температурный перепад по греющей воде 70 — 30 °С, по нагреваемой — 5—60 °С, максимальные потери давления по нагреваемой воде, направляемой по трубкам, — 27—36 кПа (ИТП - ЦТП);

для водоподогревателей отопления: температурный перепад по греющей воде — 150—76 °С, по нагреваемой, направляемой по межтрубному пространству, при применении в ИТП — 105 — 70 °С и максимальной потере давления — 30 кПа; при применении в ЦТП —120—70 °С и максимальной потере давления — 60 кПа (потери давления приняты везде для нового, чистого теплообменника).

Запас в поверхности нагрева принят 20 %.

В пересчете на расчетный режим работы по ГОСТ 27950—88Е (скорость воды в трубках 2 м/с) эти же установки ТМПО и ТМПГ, применяемые а ИТП, будут иметь характеристики, приведенные в табл. 5. При этом достигаются такие же коэффициенты теплопередачи, как и в пластинчатых водоподогревателях на максимальных скоростях теплоносителей.

С 1996 г. на том же заводе «Сатэкс» начат выпуск водоподогревателей установки полуразборной конструкции облегченного типа (рис. 6) для тепловых пунктов, размещаемых в подвале здания.

Рис. 5 Общий вид горизонтального многоходового кожухотрубного водоподогревателя

а - общий вид; б - разрез по секциям; 1 - вход холодной воды - I ступень; 2 - выход теплоносителя - I ступень; 3 - выход горячей воды - I ступень; 4 — выход горячей воды - II ступень; 5 - вход теплоносителя - I ступень, 6 - выход теплоносителя - II ступень; 7 - выход теплоносителя - II ступень; 8 - вход холодной воды - II ступень, в, г - конструктивные размеры:

1 - секции; 2 - соединительная камера межтрубного пространства; 3 - то же, трубного:

4 - трубная доска; 5 - шарнир;

Рис. 6. Водоподогреватель блочного типа по ТУ 400-28-132-90

В₁ — холодная вода; В₂ — горячая вода; В₃ — циркуляционная линия горячего водоснабжения; Т₁ — подающая теплосети; Т₂ — выход греющей воды из II ступени; Т₃ — вход греющей воды в I ступень; Т₄ — обратная теплосети

Основные технические характеристики водоподогревателей блочного типа для ИТП (установка из 3 блоков)

Условное обозначение

Диаметр секции D,

Размеры, мм

Масса, кг, одного блока

Поверхность нагрева, м2

Расчетный тепловой поток, кВт, при

при заказе

мм´кол.секц.

d1

d2

H

H1

h

h1

h2

I

I1

I2

I3

I4

b

b1

всего подогревателя

WТР= 1м/с, DtСР= 10 °С

ПВ 57х2-1,0-БП-6-УЗ

57х6

60 × 3

0,74 × 3 = 2,22

90,0

ПВ 76х2-1,0-БП-6-УЗ

76х6

80 × 3

1,3 × 3=3,9

156,0

ПВ 89х2-1,0-БП-6-УЗ

89х6

100 × 3

1,86 × 3 = 5,58

223,0

ПВ 114х2-1,0-БП-6-УЗ

114х6

140 × 3

3,58 × 3 = 10,74

430,0

ПВ 168х2-1,0-БП-6-УЗ

168х6

З80

250 × 3

6,98 × 3 = 20,94

840,0

Примечание — Гидравлическое сопротивление установки при WТР - 1 м/с, WМТР = 0,5 м/с составляет: DРТР = 40 кПа, DРМТР = 25 кПа.

Таблица 4