Курсовая работа:
Пластинчатые теплообменники
Содержание
Введение………………………………………………………………………….
.. 3
ГЛАВА
1. Общая схема пастеризационно–охладительной
установки и особенности конструирования
пластинчатых теплообменников…………
4
1.1.Принцип конструирования,
особенности и классификация пластинчатых
теплообменников…………………………………………………………………..
4
ГЛАВА 2. Влияние загрязнений
и конструктивных особенностей пластинчатых
теплообменников на коэффициент теплопередачи………..
8
2.1 Влияние конструкции
теплообменников на коэффициент
теплопередачи…9
2.2 Проблемы борьбы с загрязнениями…………………………………………...9
2.3 Опыт борьбы с загрязнениями
пластинчатых теплообменников…………..11
2.4 Опыт проведения химических
промывок ПТО…………………………..…13
ГЛАВА 3. Современные
методы очистки сетевой воды от механических
примесей…………………………………………………………………………..
15
3.1 Установка осветлительного
фильтра ФОВ-1,0-06………………………..…15
3.2 Установка инерционно-гравитационного
грязевика ГИГ-300………...……15
3.3 Применение акустических
противонакипных устройств…………………..
16
Рекомендации по подбору ПТО
при проектировании объектов теплоснабжения……………………………………………………………………16
Выводы…………………………………………………………………………..…20
Список использованной литературы………………………………………..……22
Введение
В моей работе затронута тема
накипеобразования в теплообменных аппаратах
(ТА), выявлены основные параметры, влияющие
на интенсивность этого процесса.
Для определения интенсивности
карбонатного накипеобразования на поверхности
нагрева ТА может быть использована формула:
m=35,5•К1•К2•Кз•К4•lk,
где m – интенсивность карбонатного
накипеобразования на поверхности нагрева
паро-водяных и водо-водяных подогревателей,
мг/(м2•ч);
K1-4 – коэффициенты, полученные
опытным путем;
К1 – коэффициент, учитывающий
температуру нагрева;
К2 – коэффициент, учитывающий
скорость потока нагреваемой воды;
К3 – коэффициент, учитывающий
степень рециркуляции нагреваемой воды;
К4 – коэффициент, учитывающий
водородный показатель нагреваемой воды;
lk – карбонатный индекс (мг•экв/л)2.
Влияние скорости движения
воды и доли рециркуляции на интенсивность
накипеобразования подтверждается опытом
эксплуатации пластинчатых теплообменников
марки ТИЖ. Эти теплообменники были установлены
для нагревания воды в системах ГВС г.Магнитогорска.
При эксплуатации подогревателей ТИЖ,
не наблюдалось возрастание потери напора,
связанное с накипеобразованием.
Для сравнения, пластинчатые
теплообменники других производителей,
работающие в аналогичных условиях г.Магнитогорска,
требуют профилактики и очистки от образовавшейся
накипи не реже, чем 1 раз за отопительный
сезон. Проведение очистки осложнено большим
количеством накипи, которая приводит
к «склеиванию» пластин и затрудняет разборку
теплообменника.
После сезона работы один из
теплообменников ТИЖ был остановлен для
осмотра. На поверхности пластин следов
накипи не обнаружено.
Особый тип гофрирования пластин
этих теплообменников включает в себя
2 типа участков – с высокой скоростью
движения и с рециркуляцией. Это позволяет
решить ряд задач:
1.Увеличение пульсирующей
турбулентности приводит к увеличению
коэффициента теплопередачи теплообменника.
2. Специальная конструкция
гофры обеспечивает изменение
скорости с локальной обратной
рециркуляцией.
Практика применения данных
подогревателей позволяет сделать вывод
об эффективности их использования и подтверждает
актуальность данного направления исследований.
ГЛАВА 1. Общая схема пастеризационно–охладительной
установки и особенности конструирования
пластинчатых теплообменников
Современные пластинчатые пастеризационно
– охладительные установки представляют
собой сложные в техническом отношении
комплексы, включающие пластинчатый аппарат,
необходимое вспомогательное оборудование
и средства автоматизации, обеспечивающие
контроль и регулирование работы установки
в целом. Серийно выпускаемые охладительные
пастеризационные установки различных
типов отличаются в основном различной
производительностью. В отношении же сочетания
отдельных частей установок , состава
вспомогательного оборудования и его
взаимодействия с пластинчатым аппаратом
эти установки имеют много общего, если
они имеют одинаковое технологическое
назначение
1.1. Принцип конструирования,
особенности и классификация пластинчатых
теплообменников
Принцип построения разборного
пластинчатого теплообменника состоит
в том, что пластины одинакового размера
располагаются в пространстве параллельно
друг другу, причем между рабочими поверхностями
двух смежных пластин образуется небольшой
зазор, который выполняет функции канала
для жидкости, подвергаемой нагреванию
или охлаждению. В простейшем случае пластина
может быть плоской и прямоугольной, а
теплообменник может состоять из трёх
пластин, а по-другому рабочая среда, играющая
роль тепло – или хладоносителя.
Рис. Схема
пластинчатого аппарата.
Рама теплообменника (Рис. )
состоит из неподвижной плиты (1), стойки
(4), верхней (2) и нижней (7) направляющих,
подвижной плиты (3) и комплекта стяжных
болтов (8).
Верхняя и нижняя направляющие
крепятся к неподвижной плите и к стойке.
На направляющие навешивается подвижная
плита (3) и пакет пластин (5,6). Неподвижная
и подвижная плиты стягиваются болтами.
У одноходовых теплообменников все присоединительные
штуцера расположены на неподвижной плите.
Контурная резиновая прокладка
охватывает два угловых отверстия, через
которые проходит поток рабочей среды
в межпластинный канал и выходит из него,
а через два других отверстия, изолированных
дополнительно кольцевыми уплотнениями,
встречный поток проходит транзитом.
Система уплотнительных прокладок
пластинчатого аппарата построена так,
что после сборки и сжатия пластин в аппарате
образуются две системы каналов:
Одна для нагреваемой жидкости,
другая для теплоносителя. Одна из этих
систем состоит из нечётных каналов, а
другая – из чётных, благодаря чему потоки
греющей и обогреваемой жидкостей чередуются.
Обе системы каналов соединяются со своими
штуцерами для входа и выхода
Преимущества пластинчатых
теплообменников:
Параллельная расстановка плоских
в целом пластин с малыми промежутками
между ними позволяет разместить в пространстве
рабочую поверхность теплообменника наиболее
компактно, что приводит к значительному
уменьшению габаритов пластинчатого аппарата
по сравнению с другими типами жидкостных
теплообменников.
Кроме того, пластинчатый теплообменник
может быть легко разобран. Для этого отвинчивают
зажимной винт, отодвигают нажимную плиту
и перемещают, если требуется, пластины
по штангам в пределах образовавшегося
свободного пространства, осматривают,
чистят и моют.
Следует отметить, что
пластинчатый теплообменник может
быть охарактеризован не только
как разборный, но и как наборный.
Он построен на принципе, который
позволяет осуществлять различные
компоновочные варианты схем
аппарата, допускает лёгкое увеличение
рабочей поверхности не только
проектируемого, но и уже используемого
теплообменника. В таких теплообменниках
на одной станине располагают секции различного
назначения для выполнения в одном аппарате
всего комплекса операций тепловой обработки
жидкого пищевого продукта.
Пластины современных
пластинчатых теплообменников снабжены
на поверхности различными элементами,
вызывающими искусственную турбулизацию
потока. Благодаря этому коэффициенты
теплопередачи в таких аппаратах значительно
превосходят аналогичные коэффициенты
в трубчатых и змеевиковых аппаратах.
Наличие узких каналов между пластинами
позволяет обработать продукт в тонком
слое при малых температурных напорах
(до 1,5 ÷ 2 0С), предотвращая его пригорание.
Недостатки пластинчатых
теплообменников:
Пластинчатых теплообменники
имеют большое число и большую протяжённость
уплотнительных прокладок, замена которых
представляет собой довольно трудоёмкий
процесс. Кроме того, прокладки из пищевой
резины не обладают высокой термической
стойкостью и используются при температурах
теплоносителей не выше 140 0С. Принятая
система уплотнения в пластинчатых аппаратах
ограничивает и величину приемлемых давлений,
которые не могут превышать 2,2 МПа.
Классификация пластинчатых
теплообменников:
- По назначению: нагреватели,
охладители, регенераторы, аппараты
комплексной тепловой обработки;
- по виду теплоносителя:
водообогреваемые, парообогреваемые;
- по виду хладоносителя:
охлаждаемые водой, охлаждаемые рассолом,
охлаждаемые водой и рассолом;
- по числу секций: односекционные,
двухсекционные, многосекционные или
комбинированные;
- по взаимному направлению
движения жидкостей: прямоточные, противоточные;
- по конструкции пластин:
с узкими зигзагообразными каналами,
с сетчатыми каналами;
- по виду зажимного механизма:
с одновинтовым механизмом, с двухвинтовым
механизмом, с гидравлическим зажимом;
- типу выдерживателя: с выносным
выдерживателем, с встроенным выдерживателем.
ГЛАВА 2. Влияние загрязнений
и конструктивных особенностей пластинчатых
теплообменников на коэффициент теплопередачи
Накипь на поверхности нагрева
теплообменника увеличивает термическое
сопротивление теплопередающей стенки
и, следовательно, снижает коэффициент
теплопередачи аппарата. Так как коэффициент
теплопроводности накипи имеет весьма
низкое значение, то даже незначительный
слой отложений создает большое термическое
сопротивление (слой котельной накипи
толщиной 1 мм по термическому сопротивлению
примерно эквивалентен 40 мм стальной стенки)[1].Однако
один и тот же по толщине и химическому
составу слой накипи оказывает существенно
разное влияние на тепловую эффективность
теплообменных аппаратов, различных по
конструкции и режимам работы. На практике
обнаруживается неравномерное загрязнение
пластин и отдельных каналов по ширине,
длине и высоте подогревателя, что связано,
очевидно, с неравномерностью полей температур
и скоростей теплоносителя. Значительную
сложность представляет также корректное
определение коэффициента теплопроводности
накипи, который согласно [1] в зависимости
от плотности и химического состава отложений
изменяется в широких пределах 0,13-3,14 Вт/(м2•°С).
На рис. 1 из зависимостей можно извлечь
важное следствие, а именно: теплообменник
с высоким расчетным (конструктивным)
значением коэффициента теплопередачи
(к0) значительно более чувствителен к
загрязнению, чем теплообменник с низким
расчетным коэффициентом теплопередачи
(т.е. его коэффициент теплопередачи при
одном и том же загрязнении уменьшается
на большую долю). Традиционно применявшиеся
в отечественной теплоэнергетике кожухотрубные
водоподогреватели (с гладкими трубками),
как известно, выбирались с невысоким
коэффициентом теплопередачи в расчетном
режиме - на уровне 800-1200 Вт/(м2•°С). При
толщине слоя накипи δнакип=0,3 мм такой
теплообменник имеет относительную тепловую
эффективность (k/ko) = O,8, что вполне приемлемо.
Иначе обстоит дело с пластинчатыми аппаратами,
которые, как правило, из соображений экономии
выбираются с высоким расчетным коэффициентом
теплопередачи - 5000-7000 Вт/(м2•°С). При той
же толщине слоя накипи δнакип=0,3 мм этот
теплообменник уже будет иметь отношение
(k/ko)=O,4, т.е. коэффициент теплопередачи,
заявленный изготовителем, снизится в
2,5 раза! Учитывая повсеместно низкое качество
водопроводной воды в городах России (по
сравнению с Европой) и безалаберное отношению
к водоподготовке (особенно в коммунальном
секторе), становится понятно, к каким
негативным последствиям может привести
непрофессиональный подход к проектированию
и применению «экономически выгодных»
теплообменных аппаратов.
2.1 Влияние конструкции
теплообменников на коэффициент
теплопередачи
Даже для новых ПТО, работающих
на достаточно мягкой и чистой воде, относительный
коэффициент теплопередачи (k/k0) не превышал
0,9. При этом была отмечена интересная
особенность ПТО - при значительной разнице
давлений между полостями греющего и нагреваемого
теплоносителей (2-3 кгс/см2) относительный
коэффициент теплопередачи существенно
ухудшался и составлял всего лишь 0,7-0,8.
Как оказалось, данный эффект объясняется
«распуханием» полости с большим давлением,
и, соответственно, сжатием полости с меньшим
давлением вследствие прогиба пластин.
В «распухшей» полости, по-видимому, возникает
зазор между ребрами рифления соседних
пластин, который приводит к нарушению
равномерности распределения теплоносителя
по ширине пластин. На одном теплообменнике
марки «APV» даже проводился опыт по определению
относительного изменения внутреннего
объема сжатой полости - оно составило
около 10%.
Возможность некоторого прогиба
пластин с образованием зазора следует
также из того общеизвестного факта, что
производители ПТО в технической документации
всегда указывают некоторый диапазон
размера затяжки пакета пластин, например
345-350 мм, т.е. новый ПТО обтягивается до
350 мм, с течением времени (из-за старения
прокладок) требуемый размер затяжки уменьшается
до минимума – 345мм. Во всяком случае, вышеуказанные
особенности ПТО требуют дополнительного
исследования.
2.2 Проблемы борьбы
с загрязнениями
Многие специалисты отмечают
потерю тепловой эффективности ПТО в процессе
эксплуатации вследствие загрязнения
поверхности нагрева.
Например, коллеги из г.Санкт-Петербурга
в статье приводят следующую статистику
потери тепловой эффективности теплообменника
Альфа-Лаваль, установленного на ЦТП:
- после 1 –ого года эксплуатации
- 5%;
- после 2-ого - 15%;
- после 3-его - более 25%.
Были случаи, когда теплообменник
терял до 50-70% тепловой эффективности за
3-6 недель. На этом предприятии эксплуатируется
достаточно большой парк – более 50 единиц
– водо-водяных ПТО различных фирм производителей
(«Альфа-Лаваль Поток», «РИДАН», «Машим-пекс»,
«Funke») единичной тепловой мощностью 0,3-8,0
МВт. Водоподогреватели установлены в
отопительных котельных, расположенных
в двух городах Нижегородской области:
г. Дзержинск и г. Сергач.
В 2001-2002 гг. в указанных городах
с привлечением инвестиций ОАО «ГАЗПРОМ»
была проведена масштабная реконструкция
систем теплоснабжения, в результате которой
взамен старых отопительных котельных
с чугунно-секционными котлами («Энергия,
«Тула» и др.) были построены и реконструированы:
в г. Дзержинск – 18 котельных общей установленной
мощностью 158,5 МВт, в г. Сергач – 8 котельных
общей установленной мощностью 32,5 МВт.
В г. Дзержинске, кроме того, произведена
замена 100% тепловых сетей от реконструированных
котельных суммарной протяженностью 36
км. Все котельные в настоящее время работают
в автоматическом режиме (без постоянного
присутствия обслуживающего персонала).
Котельные выполнены по единой двухконтурной
технологической схеме. Пластинчатые
теплообменники отопления (2 шт. по 50% производительности
каждый) выполняют функцию разделения
контуров. Расчетный температурный график:
95/70 °С – по сетевому контуру, 110/80 °С –
по котловому контуру.