Типы водоподогревателей

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.

В настоящее время наиболее распространены кожухотрубные и пластинчатые водоподогреватели. 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. Водово-дяные и пароводяные скоростные подогреватели 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. Конструкция кожухотрубных скоростных подогревателей была разработана в первые годы развития теплофикации и централизованного теплоснабжения.

Однако кожухотруб­ные подогреватели обладают рядом недостатков, которые присущи самой конструкции:

сравнительно низкое значение коэффициента теплопередачи, не превышающее в реальных эксплуатационных условиях 1160-1400 Вт/м²°С (1000-1200 ккал/м²ч°С);

небольшая поверхность нагрева одной секции при значитель­ных ее габаритах, особенно для подогревателей с диаметром кор­пуса 150-300 мм;

большая трудоемкость изготовления, ремонтов и разборки;

трудоемкость очистки внутренних поверхностей трубок и трубных досок и практически полное отсутствие возможности очистки межтрубного пространства;

значительные изменения теплоотдачи и гидравлического со­противления подогревателей при их загрязнении и закипании, что приводит к необходимости завышения поверхности нагрева уже в процессе проектирования;

значительный расход цветного металла - латуни марки Л-68, -составляющий 8,0 кг/м² поверхности нагрева.

Общий вид подогревателя показан на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Водо-водяной скоростной секционный подогреватель

Подогре­ватели, изготовливаются по ГОСТ 27590-88 и по ОСТ 34-588-68. Корпуса этих подогревателей выполняются из стальных бесшовных труб с наружным диаметром от 57 до 530 мм, а поверхность нагрева из латунных трубок Л-68 диаметром 16/14 мм и числом от 4 до 450, ввальцованных в трубные решетки. Трубные решетки приварены к корпусу подогревате­ля.

При использова­нии этих секционных подогревателей для горячего водоснабжения, когда нагреваемая вода проходит внутри латунных трубок, а греющая — в межтрубном пространстве и температура греющей среды не превыша­ет 150 °С, нет необходимости в установке на корпусе подогревателя линзовых ком­пенсаторов, так как и без них напряжения в стенках трубок и корпусе не выходят за допустимые пределы.

При использовании подогревателей для отопления греющая во­да, как правило, пропускается внутри тру­бок, а нагреваемая — в межтрубном про­странстве. В этом случае для компенсации температур­ных деформаций на корпусе подогревателя должен быть установлен линзовый компен­сатор. Допускаемое рабочее давление: внутри трубок подогревателя 1 МПа, в меж­трубном пространстве без линзового ком­пенсатора 0,7 МПа.

Подогреватели собирают обычно из секций длиной 2 и 4м, соединенных после­довательно между собой как по первичному (греющему), так и по вторичному (нагревае­мому) теплоносителю. В таких теплообмен­никах обычно организован теплообмен по схеме противотока при сравнительно близких скоростях воды в трубках и меж­трубном пространстве, что создает условия для получения довольно высоких коэффи­циентов теплопередачи порядка 1000—1500 Вт/(м² • К). Для реализации этих усло­вий необходимо выдержать зазоры между трубками подогревателя по всей их длине в межтрубном пространстве с тем, чтобы наружная поверхность всех трубок равно­мерно омывалась теплоносителем. Для этой цели в межтрубном пространстве под труб­ками устанавливаются опорные перегород­ки. Без опорных перегородок трубки проги­баются, зазоры между ними нарушаются, что приводит к существенному снижению тепловой производительности трубчатых секционных подогревателей.

В настоящее время все шире применяют­ся пластинчатые теплообменники, изготов­ляемые как российскими, так и зарубежны­ми фирмами (например, «Альфа-Лаваль», APV и др.), и обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными скоростными кожухотрубными.

В России стальные пластинчатые тепло­обменники выпускаются Павлодарским и Уральским заводами химического машино­строения с площадью поверхности нагрева от 10 до 160 м² на рабочее давление 1 МПа и для рабочей среды с температурой до .

Общий вид пластинчатого теплообменника приведен на рис. 4.2, а основные технические характеристики – в прил.6.

Пластинчатые теплообменники выпус­каются в трех модификациях: разборные, полуразборные (со сдвоенными пластина­ми), сварные.

У разборных теплообменников пласти­ны разделены резиновыми прокладками, у полуразборных они сварены попарно (сдвоены), у сварных соединения всех пла­стин сварные.

Наиболее широко в системах теплоснаб­жения используются разборные теплооб­менники с пластинами поверхностью 0,3 и 0,6 м² , а также со сдвоенными пластинами поверхностью 0,5 м² .

Основным элементом пластин­чатого подогревателя является пластина. На рис. 4.2, апоказана пластина типа 0,5 Е с гофрами «в елку» (конструкция УКРНИИхиммаша). Габаритные размеры пластины 1370 500 1мм (длина ширину толщину), 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 (рис. 4.3). 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 плит с зажимным устройством. Неподвижная плита обычно прикреп­лена к полу, подвижная подвешена на скобе 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 наки­пи, 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 подвижной плитами, называют секцией.

Пластины можно компоновать в симметричные пакеты для грею­щей и нагреваемой сред, т.е. с одинаковым числом каналов в каж­дом пакете для каждой среды.

Рис. 4.2. Пластинчатый подогреватель

а — пластина с гофрами в «елку»; 1 — отверстие для входа и выхода воды: 2 — резиновая про­кладка; б — подогреватель в сборе: 1 — штанга; 2— передняя и задняя стойки; 3 — штуцера; 4 - пластины

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 каналов в пакетах для греющей и нагреваемой сред неодинаково.

Пластинчатые подогреватели имеют более высокие технико-эконо­мические 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)

Рис. 4.3. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом теплообменнике

На рис. 4.4. 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 предусмотрены гильза и штуцер.

Контроль за 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.

Рис. 4.4. Пароводяной скоростной двухходовой водоподогреватель по ОСТ 34-576-68; 1 — вход пара; 2 — выход конденсата; 3 — выход воды; 4 — вход воды

В настоящее время промышленность выпускает пароводяные по­догреватели двух- и четырехходовые с длиной трубок 2 и 3 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 16 1 мм. Из 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 нагретую 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.