Как рассчитать пластинчатый теплообменник

Для поиска необходимого решения для теплоснабжения важно провести технические расчёты. Благодаря этому выбор пластинчатого теплообменника не займёт много времени.

Что необходимо для расчёта стоимости?

Для расчёта цены пластинчатого теплообменника требуется такая информации:

• вид среды (вода может совмещаться с водой, паром или маслом);
• предполагаемая мощность или нагрузка;
• температура для горячей и холодной стороны на входе и выходе;
• массовый расход (при неизвестной нагрузке).

Возникает вопрос о том, откуда брать информацию. Для этого можно использовать:

• договор с компанией, которая занимается теплоснабжением;
• технические условия или задание.

Цена пластинчатого теплообменника рассчитывается с помощью специального программного обеспечения. Вывод предоставляется на основе входной информации. Результаты можно получить на протяжении 2 часов.

• Важно понимать, что для расчёта требуется не только понимание процесса, но и специфические знания. Лучше этим не заниматься самостоятельно, а доверить независимым экспертам.

Характеристики разных моделей теплообменников

Конструкция бывает трёх типов. Первый вид – «труба в трубе». Очень часто в системах теплоснабжения с энергоносителями, у которых небольшой расход, применяется двухтрубная конструкция. «Труба в трубе» – это, по сути, калорифер с определённой протяжённостью. Площадь – максимум 2 квадратных метров. Сечение обеспечивает нормальное прохождение теплоносителя, что способствует эффективной отдаче энергии.

Конструкция может быть разборной или цельной. Особенности второго варианта в том, что у него высокая герметичность и он жёсткий. Но такие модели не рекомендуется использовать, если температура энергоносителя более 70 градусов. В противном случае трубы деформируются.

Преимущества разборных моделей в том, что они сохраняют характеристики в разных условиях. Конструкции просто нарастить или демонтировать. Ещё один плюс в том, что сопротивление потоку минимальное.

Разборные модели подходят для систем, главное задание которых – обеспечение нагрева или охлаждения теплообменника, который не изменяет агрегатного состояния. Такими являются жидкость и газ, при условии, что контур будет закрытый.

Пластинчатые теплообменники пользуются большой популярностью. Они очень эффективны, так как в них используются металлические пластины, облегающие водопровод. Общий объём рабочей поверхности – до 800 кв. м.

Конструкция состоит из каркаса, являющимся основой для крепления пластин. Одна сторона фиксируется на неподвижной плите, другая – на подвижной. Для изменения мощности между пластинками меняют расстояние.

Пластинчатые теплообменники бывают нескольких типов:

Последний вид теплообменников – спиральные. Поверхность представляет собой скрученные стальные ленты. Площадь – максимум 100 метров квадратных. Главное преимущество агрегата в том, что он выдерживает температуру до -200 градусов.

Тепловое оборудование представлено в нескольких вариациях, но нельзя сказать, какое именно лучше для оснащения жилых или производственных помещений, поскольку необходимо учитывать множество требований. Но всё же оптимальным вариантом являются пластинчатые теплообменники, так как они очень эффективные и не требуют особого обслуживания.

Как рассчитывается и выбирается оборудование?

Пластинчатые теплообменники используются для решения многих задач, например:

• разборные. Самые простые в эксплуатации и дешёвые в обслуживании;
• паяные. Имеют высокий КПД и простые в монтаже;
• полусварные и сварные. Позволяют регулировать передачу тепла и подходят для агрессивной среды.

Исходя из целей, для которых нужен пластинчатый теплообменник, учитываются такие факторы:

Главная цель расчёта пластинчатого теплообменника заключается в моделировании конструкции, отвечающей всем требованиям места, где она будет установлена.

Инженеру нужно определить:

Обычно все расчёты сводятся к сопоставлению разных моделей теплообменников под заданные условия. Чаще всего используется пластинчатое оборудование, так оно по большинству характеристик превосходит другие виды.

Расчет подразумевает, что вычисляются три составляющие, а именно: тепловая, гидравлическая и экономическая.

Полученные результаты анализируются, и конструкция доступна к модификации.

Исходная информация для расчёта – расход пластинчатого теплообменника, начальная и конечная температура среды. Если определённых значений не хватает, то их можно взять из теплового баланса.

Для расчёта также нужна информация о размере практически всех деталей, из которых состоит теплообменник.

Ориентировочный подсчёт

Предварительный расчёт – это возможность получить информацию о расходе теплоносителя и нужной площади рабочей поверхности. Для этого необходимы нормативные данные. Их можно найти в специальных справочниках.

После предварительного расчёта делаются подробные вычисления. Для этого применяются термодинамические формулы. Нюанс заключается в том, что конкретные значения сразу получить невозможно.

Суть метода вычисления в том, что рассчитываются приближённые значения к результату, при котором разница между начальной температурой и внутри оборудования минимальная при нагреве и максимальная на входе или выходе.

Тепловой расчёт

Он используется, чтобы определились основные характеристики пластинчатого теплообменника:

Тепловой расчёт подразумевает вычисление количества теплоты, которая передаётся или принимается пластинчатым теплообменником.

Для проведения подсчётов понадобится такая информация о холодном или горячем теплообменнике:

Количество теплоты (Q) рассчитывается по такой формуле: Q = GC·(tк – tн).

Нужно учитывать, что оно зависит от того, каково состояние пластинчатого теплообменника. Если работа стабильная, то расчёт проводится по формуле, указанной выше.

При изменении агрегатного состояния подсчёт выполняется по-другому. Для этого необходимо иметь такие данные:

Формула для вычисления: Q = Gc·(tп – tн)+ Gr + Gcк·(tн – t).

Расход теплоносителя рассчитывается так: G = Q/c(tн – tк) (данные берутся для холодного или горячего теплоносителя).

При нагреве паром: G = Q/ Gr.

Сила теплообмена – это разница составляющих.

Формула такова: ∆tср = (∆tб – ∆tм) / ln (∆tб/∆tм).

∆tб и ∆tм – это большая и меньшая разница температур на входе и выходе.

Для коэффициента отдачи нужно знать толщину стенок в миллиметрах (δс), ещё необходимы такие коэффициенты:

Для вычисления используется такая формула: 1/k = 1/α1 + δст/λс + 1/α2 + Rз.

Конструктивный расчёт

Бывает двух видов – ориентировочный и подробный. Первый используется для определения поверхности, размеров сечения и приблизительных коэффициентов теплового обмена.

Поверхность рассчитывается так: F = Q/ k·∆tср.

Для проходного сечения используется формула: S = G/(w·ρ).

Значения определяются в квадратных метрах.

Для вычисления понадобятся такие данные:

Для расчёта последнего параметра используются значения в зависимости от типа теплоносителя. Вариантов несколько.

Если в теплоносителе используется жидкость, то значения таковы:

При применении газов:

Если пар, то значение – от 30 до 50.

После проведения расчёта выбираются пластинчатые теплообменники, подходящие под поверхность. Количество аппаратов может быть разным.

Необходимо рассчитать значение нагревающей среды и греющих ходов.

Формула такова: Xг/Xнаг = (Gг/Gнаг)0,636 · (∆Pг/∆Pнаг)0,364 · (1000 – tнаг/ 1000 – tгр).

Для вычисления используются такие значения для пластинчатого теплообменника:

Если соотношение Xг к Xнаг больше двух, выбирается несимметрическая компоновка, в другом случае – симметрическая.

Для расчёта количества каналов нужно знать:

Формула для вычисления: m= Gнаг / wо·f·ρ·3600.

Гидравлический расчёт

Каждый теплообменник имеет гидравлическое сопротивление. Именно поэтому потоки, которые проходят через прибор, могут потерять давление или напор.

Для того чтобы найти сопротивление, необходимы такие данные, как:

Формула расчёта: ∆Р = (λ·(l/d) + ∑ζ) · (ρw2/2).

Проверка правильности вычислений

При проведении расчётов важно указать:

• нагревание воды или воздуха;
• снижение температуры жидкости для охлаждения;
• образование/охлаждение конденсата.
• нужная площадь рабочей поверхности;
• диапазон температур, при котором обеспечивается стабильная работа оборудования;
• допустимое давление.
• режим движения;
• соотношение между эффективностью и ценой;
• температуру.
• расход;
• разница температур;
• коэффициент тепловой отдачи;
• нагрузка.
• расход (G);
• начальная температура (tн);
• теплоёмкость (C);
• конечная температура (tк).
• теплоту конденсата (r);
• максимальную теплоёмкость конденсата и пара (спк);
• конечную температуру конденсата (t).
• теплопроводности (λс);
• теплопередачи (внутренней стороны – α1,  внешней – α2);
• загрязнения (Rз).
• расход теплообменника (G);
• массовая скорость потока (w·ρ).
• вязкие – меньше единицы;
• маловязкие – от 1 до 3.
• запылённых – от 5 до 10;
• чистых – 10-15.
• расход (Gг,наг);
• перепад давления (∆Pг, наг);
• средняя температура (tнаг, гр).
• расход (Gнаг);
• скорость потока (wо);
• сечение (f).