Як розрахувати пластинчастий теплообмінник

Для пошуку необхідного рішення для теплопостачання важливо провести технічні розрахунки. Завдяки цьому вибір пластинчастого теплообмінника не займе багато часу.

Що необхідно для розрахунку вартості?

Для розрахунку ціни пластинчастого теплообмінника потрібно така інформації:

• вид середовища (вода може поєднуватися з водою, парою або маслом);
• передбачувана потужність або навантаження;
• температура для гарячої і холодної сторони на вході і виході;
• масова витрата (при невідомої навантаженні).

Виникає питання про те, звідки брати інформацію. Для цього можна використовувати:

• договір з компанією, яка займається теплопостачанням;
• технічні умови або завдання.

Ціна пластинчастого теплообмінника розраховується за допомогою спеціального програмного забезпечення. Висновок надається на основі вхідної інформації. Результати можна отримати протягом 2 годин.

Важливо розуміти, що для розрахунку потрібно не тільки розуміння процесу, а й специфічні знання. Краще цим не займатися самостійно, а довірити незалежним експертам.

Характеристики різних моделей теплообмінників

Конструкція буває трьох типів. Перший вид – «труба в трубі». Дуже часто в системах теплопостачання з енергоносіями, у яких невелика витрата, застосовується двухтрубная конструкція. «Труба в трубі» – це, по суті, калорифер з певною довжиною. Площа – максимум 2 квадратних метрів. Перетин забезпечує нормальне проходження теплоносія, що сприяє ефективній віддачі енергії.

Конструкція може бути розбірний або цілісною. Особливості другого варіанту в тому, що у нього висока герметичність і він жорсткий. Але такі моделі не рекомендується використовувати, якщо температура енергоносія більше 70 градусів. В іншому випадку труби деформуються.

Переваги розбірних моделей в тому, що вони зберігають характеристики в різних умовах. Конструкції просто наростити або демонтувати. Ще один плюс в тому, що опір потоку мінімальне.

Розбірні моделі підходять для систем, головне завдання яких – забезпечення нагріву або охолодження теплообмінника, який не змінює агрегатного стану. Такими є рідина і газ, за ​​умови, що контур буде закритий.

Пластинчасті теплообмінники користуються великою популярністю. Вони дуже ефективні, так як в них використовуються металеві пластини, облягаючі водопровід. Загальний обсяг робочої поверхні – до 800 кв. м.

Конструкція складається з каркаса, що є основою для кріплення пластин. Одна сторона фіксується на нерухомій плиті, інша – на рухомий. Для зміни потужності між пластинками змінюють відстань.

Пластинчасті теплообмінники бувають декількох типів:

• розбірні. Найпростіші в експлуатації і дешеві в обслуговуванні;
• паяні. Мають високий ККД і прості в монтажі;
• полусварние і зварні. Дозволяють регулювати передачу тепла і підходять для агресивного середовища.

Останній вид теплообмінників – спіральні. Поверхня являє собою скорочення сталеві стрічки. Площа – максимум 100 метрів квадратних. Головна перевага агрегату в тому, що він витримує температуру до -200 градусів.

Теплове обладнання представлено в декількох варіаціях, але не можна сказати, яке саме краще для оснащення житлових або виробничих приміщень, оскільки необхідно враховувати безліч вимог. Але все ж оптимальним варіантом є пластинчасті теплообмінники, так як вони дуже ефективні і не вимагають особливого обслуговування.

Як розраховується і вибирається обладнання?

Пластинчасті теплообмінники використовуються для вирішення багатьох завдань, наприклад:

• нагрівання води або повітря;
• зниження температури рідини для охолодження;
• освіта / охолодження конденсату.

Виходячи з цілей, для яких потрібен пластинчастий теплообмінник, враховуються такі чинники:

• корисна площа робочої поверхні;
• діапазон температур, при якому забезпечується стабільна робота устаткування;
• допустимий тиск.

Головна мета розрахунку пластинчастого теплообмінника полягає в моделюванні конструкції, що відповідає всім вимогам місця, де вона буде встановлена.

Інженеру потрібно визначити:

• режим руху;
• співвідношення між ефективністю і ціною;
• температуру.

Зазвичай всі розрахунки зводяться до співставлення різних моделей теплообмінників під задані умови. Найчастіше використовується пластинчатое обладнання, так воно по більшості характеристик перевершує інші види.

Розрахунок на увазі, що обчислюються три складові, а саме: теплова, гідравлічна і економічна.

Отримані результати аналізуються, і конструкція доступна до модифікації.

Вихідна інформація для розрахунку – витрата пластинчастого теплообмінника, початкова і кінцева температура середовища. Якщо певних значень не вистачає, то їх можна взяти з теплового балансу.

Для розрахунку також потрібна інформація про розмір практично всіх деталей, з яких складається теплообмінник.

Орієнтовний підрахунок

Попередній розрахунок – це можливість отримати інформацію про витрату теплоносія і потрібної площі робочої поверхні. Для цього необхідні нормативні дані. Їх можна знайти в спеціальних довідниках.

Після попереднього розрахунку робляться докладні обчислення. Для цього застосовуються термодинамічні формули. Нюанс полягає в тому, що конкретні значення відразу отримати неможливо.

Суть методу обчислення в тому, що розраховуються наближені значення до результату, при якому різниця між початковою температурою і всередині обладнання мінімальна при нагріванні і максимальна на вході або виході.

Тепловий розрахунок

Він використовується, щоб визначилися основні характеристики пластинчастого теплообмінника:

• витрата;
• різниця температур;
• коефіцієнт теплової віддачі;
• навантаження.

Тепловий розрахунок на увазі обчислення кількості теплоти, яка передається або приймається пластинчастим теплообмінником.

Для проведення підрахунків знадобиться така інформація про холодному або гарячому теплообміннику:

• витрата (G);
• початкова температура (tн);
• теплоємність (C);
• кінцева температура (tк).

Кількість теплоти (Q) розраховується за такою формулою: Q = GC · (tк – tн).

Потрібно враховувати, що воно залежить від того, який стан пластинчастого теплообмінника. Якщо робота стабільна, то розрахунок проводиться за формулою, зазначеною вище.

При зміні агрегатного стану підрахунок виконується по-іншому. Для цього необхідно мати такі дані:

• теплоту конденсату (r);
• максимальну теплоємність конденсату і пара (спк);
• кінцеву температуру конденсату (t).

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

Витрата теплоносія розраховується так: G = Q / c (tн – tк) (дані беруться для холодного або гарячого теплоносія).

При нагріванні паром: G = Q / Gr.

Сила теплообміну – це різниця складових.

Формула така: Δtср = (Δtб – Δtм) / ln (Δtб / Δtм).

Δtб і Δtм – це велика і менша різниця температур на вході і виході.

Для коефіцієнта віддачі потрібно знати товщину стінок в міліметрах (δс), ще необхідні такі коефіцієнти:

• теплопровідності (λс);
• теплопередачі (внутрішньої сторони – α1, зовнішньої – α2);
• забруднення (Rз).

Для обчислення використовується така формула: 1 / k = 1 / α1 + δст / λс + 1 / α2 + Rз.

Конструктивний розрахунок

Буває двох видів – орієнтовний і детальний. Перший використовується для визначення поверхні, розмірів перетину і приблизних коефіцієнтів теплового обміну.

Поверхня розраховується так: F = Q / k · Δtср.

Для прохідного перетину використовується формула: S = G / (w · ρ).

Значення визначаються в квадратних метрах.

Для обчислення знадобляться такі дані:

• витрата теплообмінника (G);
• масова швидкість потоку (w · ρ).

Для розрахунку останнього параметра використовуються значення в залежності від типу теплоносія. Варіантів кілька.

Якщо в теплоносії використовується рідина, то значення такі:

• в’язкі – менше одиниці;
• маловязкие – від 1 до 3.

При застосуванні газів:

• запилених – від 5 до 10;
• чистих – 10-15.

Якщо пар, то значення – від 30 до 50.

Після проведення розрахунку вибираються пластинчасті теплообмінники, які підходять під поверхню. Кількість апаратів може бути різним.

Необхідно розрахувати значення нагревающей середовища і гріють ходів.

Формула така: Xг / Xнаг = (Gг / Gнаг) 0,636 · (ΔPг / ΔPнаг) 0,364 · (1000 – tнаг / 1000 – tгр).

Для обчислення використовуються такі значення для пластинчастого теплообмінника:

• витрата (Gг, нагий);
• перепад тиску (ΔPг, нагий);
• середня температура (tнаг, гр).

Якщо співвідношення Xг до Xнаг більше двох, вибирається несиметричного компоновка, в іншому випадку – симетрична.

Для розрахунку кількості каналів потрібно знати:

• витрата (Gнаг);
• швидкість потоку (Wо);
• перетин (f).

Формула для обчислення: m = Gнаг / Wо · f · ρ · 3600.

гідравлічний розрахунок

Кожен теплообмінник має гідравлічний опір. Саме тому потоки, які проходять через прилад, можуть втратити тиск або натиск.

Для того щоб знайти опір, необхідні такі дані, як:

• втрата тиску (? Р);
• щільність (ρ);
• коефіцієнт тертя (λ);
• швидкість потоку (w);
• довжина (l) і діаметр труби (d);
• сума коефіцієнтів опору (Σζ).

Формула розрахунку:? Р = (λ · (l / d) + Σζ) · (ρw2 / 2).

Перевірка правильності обчислень

При проведенні розрахунків важливо вказати:

• умови, для яких буде використовуватися обладнання;
• значення, потрібні при видачі;
• компоновку пластин і їх кількість;
• використовуваний матеріал;
• розміри рамки;
• вид приєднань;
• тиск;
• вага;
• розміри;
• обсяг.

Розрахункові дані повинні відповідати всім умови, при яких буде працювати пластинчастий теплообмінник.

Важливо вибирати матеріали, експлуатація яких дозволяється при заданих умовах. Наприклад, для звичайної системи опалення немає сенсу брати титанові пластини, а якщо середовище агресивна, то нержавіюча сталь – не найкращий варіант.