Правильный выбор и расчет пластинчатого теплообменника для ГВС (ПТО для системы горячего водоснабжения) – комплекс последовательных действий:
- расчет LMTD (среднелогарифмического температурного напора),
- площади теплообмена,
- определение теплового баланса,
- гидравлическая проверка и компоновка пластин.
Последствия допущения ошибки в предварительных расчетах: перерасход тепловой энергии, недогрев теплоносителя, преждевременная поломка оборудования.
Пластинчатый теплообменник: что собой представляет, предназначение
Пластинчатый теплообменник – устройство, передаваемое энергию между теплоносителями, не смешивая их. Внутри корпуса ПТО размещены тонкие рифленые пластины. Между ними проходит холодная и нагретая жидкости. Эффективный теплообмен обеспечивает значительная площадь пластины.
Где применяют пластинчатые теплообменники:
- нагревание воды в ГВС;
- передача энергии радиаторам системы отопления от нагревательного котла;
- передача тепла между технологическими средами на промышленных предприятиях.
Преимущества ПТО:
- простота конструкции;
- компактные размеры;
- энергоэффективность;
- простота техобслуживания.
Разновидность ПТО
Пластинчатые теплообменники подразделяют на отдельные виды в зависимости от варианта соединения пластин.
Сварные
Сварные ПТО предназначены для промышленных процессов. В их конструкции не предусмотрены уплотнители. Они устойчивы к агрессивным средам, повышенным температурам.
Паяные
Конструкция устойчива к давлению, герметичная. Для спайки пластин используют никель или медь. Паяные ПТО применяют в системах, не требующих частого обслуживания, ГВС и отопления.
Разборные
Пластины соединяются болтами. Устройство легко разбирается и очищается от грязи. Разборные ПТО применяют в системах с загрязненными теплоносителями.
Внимание: Для многих коммерческих, бытовых систем ГВС применяют паянные ПТО. Они компактны, надежны, недорогие в техобслуживании, характеризуются продолжительным эксплуатационным периодом.
Когда требуется подбор ПТО
Подбор ПТО – инженерная процедура, направленная на определение подходящего оборудования для обеспечения конкретных техусловий. От правильного выбора теплообменника будет зависеть в дальнейшем эффективность теплообмена рабочими средами с учетом максимального периода эксплуатации оборудования и минимальных энергетических затрат.
Когда подбирают ПТО:
- прокладка с нуля вентиляционных систем, отопления, монтаж ГВС, выполнение технологических процессов;
- при изменении рабочих режимов оборудования (графика температур, мощности);
- модернизация старых коммуникаций после длительной эксплуатации (замена устаревшего оборудования на современное, более производительное);
- в аварийных ситуациях (замена вышедшего из строя оборудования).
Внимание: Последствия неправильного подбора ПТО: КПД снижается на 15–30%, увеличиваются затраты на обслуживание оборудования, системы выходят из строя из-за преждевременного изнашивания.
Ключевые критерии подбора пластинчатого теплообменника
Чтобы правильно выбрать теплообменник, рекомендуется предварительно рассчитать следующие показатели:
- тепловую нагрузку (в кВт);
- рабочее давление (в барах);
- температуру рабочей среды на входе и выходе (в °C);
- расход рабочих сред, используемых в системе: нагреваемая (в м3/ч);
- потери давления, допустимые для системы (в кПа);
- материал, совместимый с используемой средой (например, титан, AISI 316);
- уплотнительный материал с учетом используемой среды, рабочих температурных режимов (например, NBR, EPDM, FKM).
Расчетные формулы
Тепловая мощность:
- m – расход массовый;
- c – теплоемкость удельная;
- ΔT – температурная разность.
Площадь теплообменной поверхности:
- k – коэффициент теплопередачи;
- ΔTcp – температурная разность логарифмическая средняя.
Пример подбора ПТО для ГВС
Эксплуатационные показатели ГВС:
- расход – 10 м3/ч;
- температурный режим работы – нагревание вод с 10°C до 55°C.
Оптимальный теплообменник (параметры):
- мощность – ≈523 кВт;
- площадь теплообменной поверхности – 15 м2 … 20 м2.
Внимание: При расчете ПТО для ГВС в жилых домах нужно учитывать пиковые нагрузки на систему утром и вечером. При t = 60°C, мощность = 10(кВт)/150(л/ч). Рекомендуемый запас – 15–20%.
Выбор пластин и уплотнителей
При выборе ПТО обязательно учитывается материал изготовления пластин и уплотнителей с учетом эксплуатационных условий.
Материалы пластин:
- титан – рабочая t = до 150°C, подходит для хлоридов, агрессивных жидкостей, морской воды;
- нержавейка AISI 316 – рабочая t = до 180°C, оптимальный вариант для воды, в т.ч. подходит для гликолей и слабых кислот;
- хастеллой – рабочая t = до 200°C, подходит для сильно агрессивных жидкостей;
- никель – подходит для высококонцентрированных щелочных растворов.
Уплотнительный материал:
- NBR – температурный диапазон Т = от -30 до 120°C, подходит для нефтепродуктов;
- EPDM – температурный диапазон Т = от -40 до 150°C, подходит для воды, гликолей;
- HNBR – Т = до 150°C, материал характеризуется устойчивостью к озону;
- FKM(Viton) – Т = до 200°C, подходит для агрессивных жидкостей.
Особенности выбора ПТО для ГВС
Целевое предназначение пластинчатого теплообменника в системе горячего водоснабжения – нагревание (подогрев) холодной воды для бытового применения (не для обогрева жилых помещений).
Ключевые критерии выбора теплообменника:
- материал пластин – рекомендуется отдавать предпочтение изделиям из нержавеющей стали (AISI 316), они устойчивы к хлору и солям;
- быстродействие – вода должна быстро нагреваться;
- стабильность температуры горячей воды – не должно быть резких температурных скачков из-за изменения давления.
Рассчитывать оптимальные параметры ПТО рекомендуется для самого неблагоприятного режима работы системы ГВС, плюс с запасом 15–20%.
Ошибки при выборе теплообменников, последствия:
- Неправильный выбор материалов. Последствия: разрушение уплотнительного материала, коррозия металла. Рекомендации: анализ материала пластин на совместимость с рабочей средой.
- Занижение тепловой нагрузки. Последствия: недогрев рабочей среды. Рекомендации: после расчета мощности добавлять к полученному значению 10–15%.
- Игнорирование пиковых нагрузок. Последствия: в пиковые часы работы не хватает мощности. Решение: использовать для расчета максимальные нагрузки.
- Не учтены гидравлические потери. Последствия: недостаточный напор. Рекомендации: потери давления нужно рассчитывать при создании проекта ГВС.
- Не учтены возможности обслуживания. Последствия: трудности во время ремонта оборудования. Решение: заранее предусмотреть место для выполнения разборки/сборки оборудования.
Вывод
Расчет ПТО для ГВС – ключевой этап при выборе теплообменника, от которого зависит надежность, эффективность работы и период службы системы горячего водоснабжения. Чтобы подобрать оптимальную модель ПТО, предварительно рассчитывают тепловую нагрузку, LMTD, определяют коэффициент теплопередачи, выполняют гидравлическую проверку, подбирают пластины по материалу изготовления с учетом рабочей среды, их количество с учетом площади.
Реклама
0
