Підбір теплообмінника

Навіщо необхідно узгоджувати теплообмінник із постачальником теплової енергії?

Останнім часом за програмами газифікації проводиться масове впровадження невеликих нових котелень та реконструкція старих. Практично у всіх котельнях застосовані бойлери або пластинчасті теплообмінники для роботи з системою опалення або отримання гарячої води. При цьому часто після монтажу та запуску котельні виникає питання про нестачу теплової енергії в системі опалення або нестачу гарячої води. Проект перед цим був виготовлений за всіма правилами та БНіП. Але вся річ у тому, що експлуатація котельні відбувається за режимів, відмінних від проектних, наприклад: при реконструкції районної котельні за запитом проектанта видавався паспортний режим котла 95/70 ºС. А якщо заглянути в журнал диспетчера, то виявиться, що котел протягом останніх 5 років не розвивав температури понад 80 ºС через старість або обмеження газу. Ті ж проблеми стосуються і котелень, що знову вводяться. А в системах централізованого теплопостачання ЦТП працюють за графіком, який знову ж таки накладає обмеження на роботу теплообмінних апаратів. І всі ці нюанси не враховані в БНіП. Тому в «правилах з експлуатації теплоспоживаючого обладнання» та в «правилах експлуатації теплових мереж» записано, що все теплове обладнання, що знову проектується, має бути узгоджено з енергопостачальною організацією. Як зміна теплового режиму відбивається на конструкції пластинчастого теплообмінника?

Пластинчастий теплообмінник є конструкцією з комплекту розділових пластин, через які відбувається процес передачі теплової енергії від теплоносія до середовища, що підігрівається. При доборі та випробуванні пластин встановлено, що процес теплопередачі представляє логарифмічну, тобто. нелінійнузалежність. Чим вище робоча температура, тим вище коефіцієнт теплопередачі – тим менше необхідно пластин для підігріву однієї й тієї ж кількості води. Приблизно через кожні 20–25 ºС коефіцієнт теплопередачі подвоюється. Тобто. теплообмінник, розрахований на 70 ºС, буде майже вдвічі більшим, ніж теплообмінник, розрахований на 95 ºС.

Формула розрахунку площі теплообмінника в загальному вигляді являє собою таку залежність:

де:F - площа теплообмінника, м2;К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2 * ºС);Tср – середня температура, ºС (Тср=(Т1-Т3)/(Т3-Тхв));Q – теплова енергія, що передається через теплообмінник, Гкал/год (кВт).

Нюанс полягає в тому, що при одних і тих же значеннях теплового потоку і температур теплоносіїв можуть бути підібрані теплообмінники різного типорозміру з різними розрахунковими коефіцієнтами теплопередачі, кількістю пластин і т.д. (Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі До, як правило, безпосередньо залежить від призначених величин допустимого перепаду тиску). Очевидно, наприклад, що теплообмінник з К = 4500 Вт/(м2 * ºС) матиме в 1,7 рази меншу поверхню, ніж теплообмінник з К = 7500 Вт/(м2 * ºС). При цьому другий ПТО приблизно в 1,5 раза дешевший. Також на роботу теплообмінника впливає величина забруднення, яку непогано відразу враховувати. Багато замовників, не спокушених у проблемах підбору теплообмінників і до того ж обмежених у фінансових засобах, підтверджують вибір теплообмінників з вищим коефіцієнтом теплопередачі. У цьому випадку вони прирікають себе на комплекс проблем, пов'язаних із втратою теплової ефективності теплообмінника. Тому, при замовленні теплообмінників необхідно знати, за яких температур передбачається йогоексплуатувати, якою є продуктивність циркуляційного насоса, яку потужність необхідно передати через теплообмінник, допустимі втрати тиску. За будь-яких ситуацій повинен дотримуватися баланс теплової енергії:

Мгреюча*(Т1-Т2) = Мподогрівана*(Т1-2-Т2-2)

Якщо балансу не дотримується, то можливі причини:

при заниженій площі теплообміну спостерігається підвищена температура обратки, т.к. тепло не встигає передаватися середовищу, що підігрівається, через малий час контактування, а в середовищі, що підігрівається, відповідно, не вистачає маси води, що підігрівається.
брак циркулюючого теплоносія через низьку продуктивність насосів або забруднення теплообмінника і, як наслідок, відхилення температур від розрахункових значень.
при надлишку циркулюючого теплоносія спостерігається підвищені втрати тиску на теплообміннику, невеликий перепад температур (оскільки теплоносій не встигає віддавати або отримувати тепло), як наслідок недобір тепла.

Можливі різні поєднання причин, що впливають роботу теплового вузла. У цих випадках необхідно застосовувати спеціальні прилади для оцінки та вирішення проблеми налагодження вузла теплопостачання та правильного підбору теплообмінника.