Тепловой расчет пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменники бывают различных конструкции, применяются в основном, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны.

В настоящее время эти теплообменники очень компактны и по технико-экономическим и по эксплуатационным показателям превосходят большинство кожухотрубных теплообменников.

Однако эксплуатировать эти аппараты при сверх высоких давлениях и температурах значительно сложнее (а многие из них и вовсе невозможно) по сравнению с кожухотрубными.

Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата — теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение — тип пластины; цифры после тире — толщина пластины, далее — площадь поверхности теплообмена аппарата (кв.м), затем — конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 2 в прил.8 СП 41−101−95), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 в прил.8 СП 41−101−95).

В прил. 8 СП 41−101−95 рассматриваются теплообменники с тремя типами пластин — 0,3р, 0,6р и 0,5Пр. При высоких давлениях целесообразнее применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/кв.см).

Я же для своего расчета выбираю теплообменник с пластинами типа 0,6р, так как эти пластины большей площади (0,6 кв. м) и сам теплообменный аппарат получается меньше по габаритам.

1). Соотношение числа ходов для греющей и нагреваемой воды находится по формуле:

Для пластинчатого теплообменника в большинстве случаев принимается и. Подставив числовые данные, получаем:

Полученное соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка (см. рис 4).

2). При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость воды в каналах принимается по ГОСТ 15 515 равной = 0,4 м/с. Основные технические параметры пластины 0,6р занесем в таблицу 3.

Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде :

где — живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника, тогда.

Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

3). Компоновка водоподогревателя симметричная, т. е. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды:

Таблица 3.

Показатель.	Числовое значение.
Габариты (длина х ширина х толщина), мм.	1375×600×1.
Поверхность теплообмена, кв.м.	0,6.
Вес (масса), кг.	5,8.
Эквивалентный диаметр канала, м.	0,0083.
Площадь поперечного сечения канала, кв.м.	0,245.
Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м.	1,188.
Ширина канала, мм.
Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм.	4,5.
Приведенная длина канала, м.	1,01.
Площадь поперечного сечения коллектора.	0,0243.
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм.
Коэффициент общего гидравлического сопротивления.
Коэффициент гидр. сопротивления штуцера.	1,5.
Коэффициенты: А Б.	0,492 3,0

Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде :

где — живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника, тогда Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

4). Находим фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с.

5). Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле.

где, А — коэффициент, зависящий от типа пластин, для типа выбранных пластин А=0,492 (см. табл. 3).

6). Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле.

7). Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

где — коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7−0,85. Толщина пластины и коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников по ГОСТ 15 518 равны соответственно.

и.

8). Теперь определим необходимую поверхность нагрева по формуле:

9). Количество ходов в теплообменнике:

где — поверхность нагрева одной пластины, кв.м.

Число ходов округляется до целой величины, в нашем случае до 1.

В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите.

10). Действительная поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле.

11). Потери давления в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды.

для греющей воды.

где — коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать .

Б — коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 3.

В результате расчета по табл.2 из прил.8 СП 41−101−95 в качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем теплообменник разборной конструкции (Р) с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины ИРП 1225 (исполнение 4). Поверхность нагрева — 55,8 кв.м. Условное обозначение такого аппарата будет выглядеть Р 0,6р-0,8−55,8−2К-01−4, его габариты .