Қабық және құбырлы су жылу алмастырғыш: жылу беруді есептеу 

Құбырлы жылуалмастырғыштың жылу алмасуын есептеу: теориядан нақты сандарға дейін

Жылыту инженері ретіндегі тәжірибемізде біз теориялық есеп идеалды параметрлерді көрсететін жағдайды жиі кездестіреміз, бірақ зауытта жабдық шамадан тыс жүктеледі немесе қажетті қуатты шығармайды. Негізгі мәселе формулаларда емес, коэффициенттерді дұрыс таңдауда және нақты жұмыс жағдайларын есепке алуда.Қабық және құбырлы су жылу алмастырғыш: жылу беруді есептеубұл студенттерге арналған жай ғана академиялық жаттығу емес, бүкіл зауыттың энергия тиімділігіне және жабдықтың қызмет ету мерзіміне әсер ететін маңызды дизайн қадамы. Егер сіз ластану коэффициентін анықтауда қателессеңіз немесе орташа логарифмдік температура айырмашылығын дұрыс есептемесеңіз, сіз қосымша шаршы метр бетінің ауданы үшін артық төлеуге немесе ең нашар жүктеме кезінде тапсырманы орындай алмайтын бірлікке ие боласыз.

Біз бұл материалды Ресей мен ТМД елдерінің әртүрлі салаларында жүздеген жылу алмастырғыш қондырғыларды енгізу тәжірибесіне сүйене отырып дайындадық. Мұнда оқулықтардағы дерексіз анықтамаларды таба алмайсыз. Біз нақты алгоритмдерді талдаймыз, қателер қай жерде жиі болатынын көрсетеміз және жетекші конструкторлық бюролар қолданатын дәлелденген есептеу әдістерін береміз. Бұл мақаланың мақсаты - дайын құрылғыны таңдау немесе технологиялық процестің нақты талаптары үшін жеке жобаны әзірлеу болсын, сізге негізделген техникалық шешімдер қабылдау құралын беру.

Негізгі принциптер және негізгі жылуалмасу теңдеуі

Кез келген инженерлік есептің негізі жылу алмасудың негізгі теңдеуі болып табылады. Ол жылу беру бетінің ауданына берілетін жылу мөлшерін, жылу беру коэффициентін және процестің қозғаушы күшін байланыстырады. Инженерлік тәжірибеде біз келесі формуланы қолданамыз:

Q = k F Δt_Сәр

Қайда:
Q— Ваттпен (Вт) немесе киловаттпен (кВт) өлшенетін уақыт бірлігіне берілетін жылу ағыны (жылу мөлшері);
k— жылу беру коэффициенті, Вт/(м²·К);
F— жылу алмасу бетінің ауданы, м²;
Δt_Сәр— салқындату сұйықтарының орташа температура айырмашылығы, К (немесе °С).

Бір қарағанда, формула қарапайым мектеп алгебрасы сияқты көрінеді. Дегенмен, шайтан осы параметрлердің әрқайсысын анықтаудың егжей-тегжейінде. Шынайы өмірде олардың ешқайсысы тұрақты емес. Коэффицентkағын жылдамдығына, сұйықтықтың тұтқырлығына және құбыр бетінің жағдайына байланысты өзгереді. АуданFқұбырлардың геометриясын ғана емес, сондай-ақ қанаттардың тиімділігін (егер пайдаланылса) ескеруі керек. Ал орташа температура айырмашылығын есептеуΔt_Сәрсирек мінсіз қарсы ағын ағынының үлгісін түсінуді талап етеді.

Жаңадан бастаған дизайнерлер арасында жиі кездесетін қателердің бірі - логарифмдік орташа мәннің орнына температура айырмашылығы үшін орташа арифметикалық мәнді пайдалану. Кіріс пен шығыстағы үлкен температура айырмашылықтары кезінде қате 15-20% жетуі мүмкін, бұл қажетті жылу алмасу аймағын айтарлықтай бағаламауға әкеледі. Жағдайды елестетіп көріңіз: сіз оңайлатылған әдіспен есептелген жылу алмастырғышқа тапсырыс бердіңіз. Қағазда бәрі жақсы болды, бірақ желі іске қосылғанда шығыс ауа температурасы нормадан 5 градусқа төмен болып шықты. Қайта есептеу нақты жер беті қорының минус 12% құрағанын көрсетті. Жағдайды түзету үшін құбырлар бумасын ауыстыру немесе қосымша құрылғы орнату қажет болды, бұл өндірістің тоқтап қалуына және күтпеген шығындарға әкелді.

Сондықтан, есептеулерді бастағанда, әрқашан температура графиктерін талдаудан бастаңыз. Екі контурдың кіріс және шығыс температураларын анықтаңыз: қыздыру ортасы (көбінесе бу немесе ыстық су) және қыздырылған орта (технологиялық су, ерітінділер, майлар). Осыдан кейін ғана ағын үлгісін таңдауға кірісіңіз. Су жүйелері үшін ең тиімдісі - салқындатқыштар бір-біріне қарай жылжитын қарсы ағын схемасы. Ол аппараттың бүкіл ұзындығы бойынша процеске максималды қозғаушы күш береді. Ағындар бір бағытта қозғалатын ко-ток конструкциясы, әдетте, суық ағынды кірістегі ыстық ағынның температурасына жақын температураға дейін жылдам қыздыру қажет болған жағдайда немесе материалдардағы жылу кернеулеріне шектеулер болған кезде сирек қолданылады.

Жылу алмасу теңдеуі тұрақты күйде жұмыс істейтінін есте ұстаған жөн. Нақты өндірістік ортада жүктемелер жиі өзгереді. Сондықтан құзыретті есептеу әрқашан өтпелі режимдерде құрылғының жұмысын талдауды және қажетті өнімділік маржасын анықтауды қамтиды. Әдетте, кіріс параметрлерінің тұрақтылығына және жүйе сенімділігіне қойылатын талаптарға байланысты 10%-дан 20%-ға дейінгі беттік аумақ маржасын ұсынамыз. Бұл резерв құбыр қабырғаларында шөгінділердің пайда болуына байланысты уақыт өте келе тиімділіктің сөзсіз төмендеуін өтейді.

Орташа логарифмдік температура айырмашылығын есептеу (LMTD)

Процестің қозғаушы күшін дұрыс анықтау үшін температураның орташа логарифмдік айырмашылығы формуласын қолдану қажет. Бұл бүкіл әлемде қабылданған және тиісті ГОСТ және TEMA (құбырлы алмастырғыштарды өндірушілер қауымдастығы) ұсыныстарында бекітілген стандарт.

Формула келесідей көрінеді:

Δt_Сәр= (Δt_б– Δt_м) / ln(Δt_б/Δt_м)

Қайда:
Δt_б— жылу алмастырғыштың бір шетіндегі салқындатқыштар арасындағы үлкен температура айырмашылығы;
Δt_м- екінші жағындағы азырақ температура айырмашылығы.

Тәжірибемізден мысал қарастырайық. Құрылғыға 95 ° C температурада кіріп, 70 ° C температурада шығатын ыстық суды пайдаланып суды 20 ° C-тан 80 ° C-қа дейін қыздыру міндеті тұр делік. Қарсы ағымдық қозғалыс үлгісімен:

• Бір жағында: Ыстық су 95°C, Суық су 80°C. Айырмашылық Δt₁= 15°C.
• Екінші жағында: ыстық су 70°C, суық су 20°C. Айырмашылық Δt₂= 50°C.

Мұнда Δt_б= 50°C және Δt_м= 15°C. Формулаға ауыстырыңыз:
Δt_Сәр= (50 – 15) / ln(50/15) ≈ 35 / 1,204 ≈ 29,1°C.

Егер біз қарапайым арифметикалық орташа мәнді қолдансақ ((50+15)/2 = 32,5°С), қозғаушы күшті 10%-дан артық бағалаған болар едік. Ірі өнеркәсіптік нысанның ауқымында бұл күн сайын мыңдаған текше метр судың қызып кетуін білдіреді. Назар аударыңыз, егер Δt қатынасы_б/Δt_м2-ден аз болса, онда логарифмдік және арифметикалық орташа шама арасындағы айырмашылық елеусіз болады (4%-дан аз), ал алдын ала бағалау үшін оңайлатылған әдісті қолдануға болады. Дегенмен, түпкілікті дизайн мен жабдықты сатып алу үшін әрқашан нақты LMTD формуласын пайдаланыңыз.

Көп өтпелі жылу алмастырғыштар жағдайында (құбырлардағы немесе құбыр аралық кеңістіктегі ағын бірнеше ретті өтулерге бөлінгенде) таза қарсы ток тізбегі бұзылады. Ағынның бір бөлігі қарсы токпен, бір бөлігі алға ағынмен қозғалады. Осы әсерді ескеру үшін түзету коэффициенті енгізіледіF_t. Соңғы есептелген температура айырмашылығы тең боладыΔt_{есептеу}= Δt_СәрФ_t. МағынасыF_tәрқашан бірліктен аз және жылу берудің тиімділігін және жылу сыйымдылық ағынының жылдамдығының қатынасын сипаттайтын өлшемсіз P және R параметрлеріне байланысты арнайы графиктер немесе номограммалар арқылы анықталады. Бас тартуF_t0,75-0,8-ден төмен әдетте қалаусыз болып саналады, өйткені бұл жылу тасымалдағыш бетінің тиімсіз пайдаланылуын көрсетеді. Мұндай жағдайларда инженерлер жиі конструкцияны қайта қарайды, соққылар санын көбейтеді немесе түтік пен сақина арасындағы ағынның таралуын өзгертеді.

Жылу беру коэффициентін анықтау әдісі (к)

Жылу беру коэффициентіkбір салқындатқыштан екіншісіне жылу берудің барлық кедергісін біріктіретін интегралды сипаттама болып табылады. Оны есептеу дизайнның ең қиын және маңызды бөлігі болып табылады. Анықтамадағы қатеkқұрылғының өлшемдері мен құнына тікелей әсер етеді. Жалпы коэффициентті есептеу формуласы келесідей:

1/k = 1/α₁+ δ_ст/λ_ст+ 1/α₂+ Р_zag1+ Р_zag2

Қайда:
α₁, α₂— салқындатқыштан қабырғаға және қабырғадан салқындатқышқа жылу беру коэффициенттері, Вт/(м²·К);
δ_ст— құбыр қабырғасының қалыңдығы, м;
λ_ст— қабырға материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/(м К);
R_zag1, Р_zag2— қабырғаның екі жағындағы ластаушы заттардың (шкала, биологиялық шөгінділер, коррозия өнімдері) термиялық тұрақтылығы, (м² К)/Вт.

60-шы жылдардағы анықтамалықтардағы кестелік мәндерге емес, нақты деректерге негізделген әрбір компонентті егжей-тегжейлі қарастырайық.

Жылу беру коэффициенттері (α)

Жылу беру коэффициенті сұйықтық ағынының режиміне (ламинарлық немесе турбулентті), оның физикалық қасиеттеріне (тұтқырлық, жылу өткізгіштік, меншікті жылу сыйымдылығы) және арна геометриясына байланысты. Турбулентті жағдайларда (Рейнольдс саны Re > 10 000) дөңгелек құбырлардағы су үшін біз жиі Диттус-Больтер критерий теңдеуін немесе құбырлардың кедір-бұдырлығын ескеретін заманауи модификацияларды қолданамыз.

Nu = 0,023 Re^0,8· Прⁿ

Мұндағы Nu - Нуссельт саны, Re - Рейнольдс саны, Pr - Прандтль саны. Көрсеткішnсұйықты қыздырғанда 0,4, салқындаған кезде 0,3 тең.

Көптеген адамдар жібермейтін маңызды нюанс: ағынның жылдамдығы шешуші рөл атқарады. Құбырлардағы су жылдамдығын 1 м/с-тан 2 м/с-қа дейін арттыру жылу беру коэффициентін екі есе дерлік арттыруы мүмкін (себебі тәуелділік қуат заңы, 2^0,8≈ 1,74). Бірақ жылдамдықтың жоғарылауы гидравликалық кедергінің (қысымның төмендеуі) өсуіне әкеледі, ол жылдамдықтың квадратына пропорционалды түрде артады. Бұл сорғы жабдықтары электр энергиясын айтарлықтай көп тұтынатынын білдіреді. Біздің жобаларда біз әрқашан тепе-теңдікті іздейміз: су құбырларындағы жылдамдық әдетте 1,0-2,5 м/с диапазонында сақталады. 1,0 м/с төмен шөгу және жылу берудің төмендеуі қаупі бар; 2,5–3,0 м/с жоғары құбырлардың эрозиялық тозуы және шамадан тыс сорғы шығындары қаупі бар.

Түтік аралық кеңістік үшін ағынды түтік шоғыры бойымен иректелген түрде бағыттайтын қалқалардың болуына байланысты жағдай күрделірек. Мұнда құбырлар аралықтары мен бөлімдердің түрін (сегменттік, сақина) ескере отырып, құбыр байламдары үшін арнайы тәуелділіктер қолданылады. Бөлімдердің болуы ағынды ұйымдастырып қана қоймайды, сонымен қатар жылу алмасуға пайдалы әсер ететін қосымша турбуленттілік тудырады, сонымен қатар қысымның жоғалуын арттырады.

Қабырғаның жылу кедергісі

Металл қабырғасының өзі жылу беру және ластану қарсылығымен салыстырғанда әдетте аз болады, әсіресе жоғары жылу өткізгіштігі бар мыс немесе тот баспайтын болаттан жасалған құбырлар пайдаланылса. Дегенмен, титаннан немесе төмен жылу өткізгіштігі бар арнайы қорытпалардан немесе қабырғасының айтарлықтай қалыңдығымен (жоғары қысым үшін қажет) құбырларды пайдаланған кезде бұл факторды елемеуге болмайды.

Мысалы, қалыңдығы 2 мм тот баспайтын болаттан жасалған құбыр қабырғасы бірдей қалыңдықтағы мыс құбыр қабырғасына қарағанда, шамамен 15-20 есе (λ айырмашылығына байланысты) қарсылық жасайды. Бірақ бұл жағдайда да, егер жылу беру коэффициенттері аз болса (мысалы, тұтқыр сұйықтықтармен немесе табиғи конвекциямен), қабырға кедергісі екінші фактор болып қалады. Тиімді жылу берудің негізгі жауы металл емес, бетіндегі сұйық қабықшалар мен шөгінділер.

Ластану факторы

Бұл теориялық есептерді практикалық есептеулерден ерекшелендіретін дәл осы параметр. Идеал әлемде құбырлар әрқашан таза. Шындығында судың құрамында қаттылық тұздары, суспензия бөлшектері және микроорганизмдер бар. Уақыт өте келе құбырлардың ішкі бетінде масштаб немесе биофильм пайда болады. Бұл шөгінділердің жылу өткізгіштігі өте төмен (кальций шкаласы λ ≈ 1-2 Вт/(м К) болады, ол болаттан ондаған есе аз).

Біздің тәжірибемізде жылу электр орталығындағы жылу алмастырғыш алты айдың ішінде өз қуатының 40 пайызын жоғалтқан жағдай болды. Ашылған кезде құбырлардың ішіндегі шөгінді қабаты 3-4 мм-ге жеткені белгілі болды. Ластану коэффициентінің есептік мәні «таза суға» арналған анықтамалықтан алынды, бірақ нақты судың карбонатты кермектігі жоғары болды және суды жеткілікті тазартудан өтпеді. Бұл жұқа қабаттың жылу кедергісі құрылымның қалған бөлігінің қарсылығымен салыстыруға болатын болды.

Сондықтан есептеу кезіндеқұбырлы су жылу алмастырғыш: жылу беруді есептеуластаушы факторлардың шынайы мәндерін міндетті түрде қамтуы керек. Біз TEMA стандартын немесе ресейлік стандарттарды басшылыққа аламыз, бірақ судың сапасы күмән тудыратын болса, оларды жиі жоғары қарай реттейміз. Өзен суы үшін типтік мәндер 0,0003–0,0005 (м² К)/Вт, теңіз суы үшін 0,0001–0,0002 дейін (титан құбырларын және жақсы тазалауды пайдалану) және салқындату жүйелеріндегі айналым суы үшін 0,0006 (м² К)/Вт және одан жоғары болуы мүмкін.

Ластану факторын елемеу жылу беру коэффициентінің «таза» болуына әкеледіk_тазажұмысшыдан айтарлықтай жоғарыk_лас. Жоба жөндеу кезеңінің соңына дейін тапсырманың «лас» күйде орындалуын қамтамасыз етуі керек. Ластануға рұқсат етілген жер үсті резерві құрылғыға құбырларды біртіндеп ластау кезінде де тиімді жұмыс істеуге мүмкіндік береді, химиялық жуу немесе механикалық тазалау қажеттілігін кейінге қалдырады.

Гидравликалық есептеу және дизайнды оңтайландыру

Жылулық есептеу гидравликалық есептеумен ажырамас байланыста. Салқындатқышты сору үшін қандай қысым қажет екенін білмей, тиімді жылу алмастырғышты құрастыра алмайсыз. Ағынның кедергісі жабдықтың қызмет ету мерзімі ішінде сорғыны таңдауды және энергия шығындарын анықтайды (ол 20 жыл немесе одан да көп болуы мүмкін). Көбінесе жылу алмастырғыштың бастапқы құнын үнемдеу (ауданды азайту арқылы) қысымның жоғары төмендеуіне байланысты операциялық шығындар бойынша үлкен артық төлемдерге әкеледі.

Құбыр кеңістігіндегі қысымның жоғалуы құбырлардың түзу учаскелерінің ұзындығы бойынша үйкеліс жоғалтуларынан және тарату камераларындағы және ағынның бұрылуы кезіндегі жергілікті жоғалтулардан (көп өтпелі құрылғыларда) тұрады. Үйкеліс шығындарын есептеу формуласы Рейнольдс санына және гидравликалық үйкеліс коэффициентіне λ негізделген.

ΔP_tr= λ · (L/d) · (ρw²/2)

Мұндағы L - құбырлардың ұзындығы, d - ішкі диаметр, ρ - сұйықтықтың тығыздығы, w - ағынның жылдамдығы.

Құбыраралық кеңістікте сурет одан да күрделі. Ағын бағытын бірнеше рет өзгертеді, құбырларды айналып өтіп, сегменттік бөлімдердің терезелері арқылы өтеді. Мұнда құйынды аймақтар мен ағынның бөлінуі пайда болады. Сақинадағы шығындарды есептеуге арналған эмпирикалық формулалар бөлімдердің санын, оларды орнату қадамын және буманың геометриясын ескереді. Әдетте, сақиналы кеңістіктегі қысымның жоғалуы құбыр кеңістігіне қарағанда жоғары, басқалардың бәрі бірдей, қозғалыстың күрделі траекториясына байланысты.

Дизайнды оңтайландыру - бұл ымыраға келу. Ағын жылдамдығын сақтай отырып, құбырлардың диаметрін азайту жылдамдықты арттырады, бұл жылу беруді жақсартады (α жоғарылайды), бірақ гидравликалық кедергіні күрт арттырады (ΔP ~ w² өседі). Соққылар санын көбейту сонымен қатар жылдамдық пен жылу беруді арттырады, бірақ бұрылыстар кезінде қысымның жоғалуын айтарлықтай арттырады.

Біз келесі оңтайландыру әдісін қолданамыз:

1. Біз рұқсат етілген қысымның төмендеуін қолданыстағы сорғылардың мүмкіндіктеріне немесе экономикалық шектеулерге (әдетте су жүйелері үшін 0,3-0,8 бар) негіздейміз.
2. Біз осы шекті қанағаттандыру үшін геометрияны таңдаймыз (құбыр диаметрі, құбырлар саны, соққылар саны, бөлу қадамы).
3. Алынған жылу беру коэффициентін және қажетті аумақты тексереміз.
4. Егер аумақ тым үлкен болып шықса, сорғыларға арналған бюджет рұқсат етсе, жылдамдықты (және тиісінше ΔP) арттыруға тырысамыз.

«Оңтайлы жылдамдық» деген ұғым бар. Су үшін ол жиі 1,5-2,0 м/с дәлізде болады. Мұндай жылдамдықтарда жақсы өзін-өзі тазарту әсері қамтамасыз етіледі (бөлшектер тұнбады), жоғары жылу беру коэффициенті және қолайлы сорғы шығындары. 0,5 м/с төмен жылдамдықтар лайланудан қауіпті; 3,0 м/с жоғары жылдамдықтар, әсіресе құбыр кіреберісінде және күрт бұрылыстарда кавитация мен эрозияны тудыруы мүмкін.

Тағы бір маңызды аспект - жіптің таралуы. Қандай салқындатқышты құбырлар арқылы және қайсысын құбыраралық кеңістікке құю керектігін қалай шешуге болады? Жалпы ереже:

• Көбірек ластанған ортабіз оны құбыр кеңістігіне бағыттаймыз, өйткені құбырларды механикалық тазалау оңайырақ (щеткамен немесе химиялық заттарды қолдану арқылы).
• Агрессивті (коррозиялық) ортабіз құбырларды тек құбырлар үшін коррозияға төзімді қымбат материалдарды пайдалану үшін пайдаланамыз, ал корпусты қарапайым көміртекті болаттан жасаймыз.
• Жоғары қысымды ортабіз оны құбырларға бағыттаймыз, өйткені жоғары қысымға арналған шағын диаметрлі құбырларды жасау үлкен диаметрлі корпусты жасаудан гөрі арзанырақ және оңай.
• Буәдетте біркелкі конденсацияны және конденсаттың ыңғайлы дренажын қамтамасыз ету үшін сақинаға жеткізіледі.

Осы ережелерді бұзу жабдықтың мерзімінен бұрын істен шығуына немесе оған қызмет көрсету мүмкін еместігіне әкелуі мүмкін. Мысалы, егер сіз лас өзен суын көптеген қалқалары бар тар құбыр аралық кеңістікке жіберсеңіз, құрылғыны толығымен бөлшектемей-ақ тазалау мүмкін болмайды, бұл бірнеше күн бойы өндірісті тоқтатуды талап етеді.

Жабдықты есептеу мен таңдаудың практикалық мысалы

Теорияны бекіту үшін жеңілдетілген, бірақ шындыққа жақын, есептің мысалын қарастырайық. Таңдау керек делікқабықшалы және құбырлы су жылу алмастырғышцехтың жылыту жүйесі үшін.

Бастапқы деректер:
Жылыту ортасы: қазандықтағы ыстық су.
Кіру температурасы (Т_g1): 95°C
Шығу температурасы (Т_r2): 70°C
Ағын (Г_g): 20 м³/сағ

Қыздырылатын орта: Жылыту жүйесі қайтарылатын су.
Кіру температурасы (Т_x1): 50°C
Шығу температурасы (Т_x2): 80°C
Ағын (Г_x): баланстан анықталуы қажет.

1-қадам. Жылу балансы.
Ыстық су бөлетін жылу мөлшері:
Q = G_g· ρ · c_p· (Т_g1– Т_r2)
Біз ρ ≈ 1000 кг/м³ қабылдаймыз, с_p≈ 4,18 кДж/(кг К).
G_g= 20 м³/сағ = 5,56 кг/с.
Q = 5,56 · 4180 · (95 – 25) = 581,020 Вт ≈ 581 кВт.

Енді қыздырылған судың шығынын табайық:
Q = G_x· ρ · c_p· (Т_x2– Т_x1)
581 020 = G_x· 4180 · (80 – 50)
G_x= 581,020 / (4180 · 30) ≈ 4,63 кг/с ≈ 16,7 м³/сағ.
Баланс жинақталады (дөңгелектеуді ескере отырып).

2-қадам. Температура қысымы.
Қарсы ағын тізбегі.
Δt_б= 95 – 80 = 15°C
Δt_м= 70 – 50 = 20°C
(Мұнда ыстық судың шығуында үлкен айырмашылық бар, кірісте азырақ).
Δt_Сәр= (20 – 15) / ln(20/15) = 5 / 0,287 ≈ 17,4°C.

Қадам 3. Жылу беру коэффициентін бағалау.
Шамамен 1,5 м/с жылдамдықпен және орташа ластану кезінде болат жылу алмастырғыштағы су-су жүйесі үшін шамамен алынған мәнk800–1200 Вт/(м²·К). Консервативті мәнді алайықk= 900 Вт/(м²·К) ластану қорын ескере отырып.

4-қадам. Ауданды есептеңіз.
F = Q / (k Δt_Сәр)
F = 581 020 / (900 · 17,4) ≈ 37,2 м².

5-қадам. Геометрияны таңдаңыз.
Біз корпусқа 37,2 м² бетінің ауданын сыйғызуымыз керек. Біз диаметрі 20×2 мм (ішкі 16 мм, сыртқы 20 мм) құбырларды қолданамыз. Стандартты құбыр ұзындығы 3000 мм (3 м).
Бір құбырдың бетінің ауданы: f₁= π d_нар· L = 3,14 · 0,02 · 3 ≈ 0,188 м².
Құбырлардың қажетті саны: N = F / f₁= 37,2 / 0,188 ≈ 198 дана.

Біз түтік бумасын бөлудің стандартты қадамына дейін дөңгелектейміз. 200 құбыр болсын. Жылдамдықты тексеру.
Құбыр кеңістігінің тірі бөлігі (бір инсульт үшін):
f_тірі= N (π d_vn² / 4) = 200 · (3,14 · 0,016² / 4) ≈ 0,04 м².
Ыстық судың көлемдік шығыны V_g= 20 м³/сағ = 0,00556 м³/с.
Жылдамдық w = V_g/ф_тірі= 0,00556 / 0,04 ≈ 0,14 м/с.

Тоқта! Бұл маңызды қате.0,14 м/с жылдамдығы шамалы. Жылудың таралуы қорқынышты болады, коэффициентk300-400 Вт/(м²·К) дейін төмендейді және құрылғы тапсырманы орындай алмайды. Сонымен қатар, тез лайлану басталады.
Шешуі: Көп жолақты құрылғы жасаңыз. Жылдамдықты қолайлы 1,4 м/с (10 есе) дейін арттыру үшін ашық көлденең қиманы 10 есе азайту керек. Сонда біз 10 қимыл жасаймыз ба? Бұл құрылымдық жағынан тым күрделі және қысымның үлкен төмендеуіне әкеледі. Оңтайлы - 4 немесе 6 қозғалыс.
4 қимыл жасап көрейік. Содан кейін бір қозғалыста 200/4 = 50 құбыр болады.
Жаңа жылдамдық: w = 0,14 · 4 = 0,56 м/с. Белсенді турбулизация үшін әлі де жеткіліксіз, бірақ жақсырақ. Құбырлардың диаметрін азайтуға немесе соққылардың санын 6-ға дейін көбейтуге тырысайық.
6 соққымен: w = 0,14 · 6 = 0,84 м/с. Төмен жылдамдықтар рұқсат етілген жылыту жүйелеріне қолайлы.
Немесе құбырлардың диаметрін 16x1,5 мм-ге дейін азайтуға болады, бұл да жылдамдықты арттырады.

Бұл мысал есептеудің қайталанатын процесс екенін көрсетеді. Біз формулаға сандарды енгізіп қана қоймаймыз, біз бір-бірімен байланысты параметрлерді үнемі тексере отырып, құрылғыны құрастырамыз: аудан, жылдамдық, қысым, соққылар саны. Сондықтан дайын каталог шешімдері нақты тапсырмалар үшін әрқашан қолайлы бола бермейді және жиі жеке есептеулер қажет.

Ресей Федерациясы мен ЕАЭО-дағы сапа стандарттары және сертификаттау

Жылу алмасу жабдығына тапсырыс беру немесе өндіру кезінде жай ғана есептеуді орындау жеткіліксіз. Жобаның қолданыстағы қауіпсіздік және сапа стандарттарына сәйкестігін қамтамасыз ету қажет. Ресей нарығында және Еуразиялық экономикалық одақ (ЕАЭО) елдерінің негізгі құжаттары Кеден одағының (ТР КО) МЕМСТ және Техникалық регламенті болып табылады.

Құбырлы жылу алмастырғыштардың конструкциясын реттейтін негізгі стандарт болып табыладыГОСТ Р 53677-2009(Мұнай және газ өнеркәсібі. Қабық және құбырлы жылу алмастырғыштар. Жалпы талаптар) немесе ескірген, бірақ әлі де қолданыстаГОСТ 14202-69(таңбалар бойынша) және салалық стандарттар MN 2381-62. Қысыммен жұмыс істейтін ыдыстар үшін өте маңыздыFNP «Артық қысыммен жұмыс істейтін жабдықты пайдаланатын қауіпті өндірістік объектілерге арналған өнеркәсіптік қауіпсіздік ережелері»(Ростехнадзор бұйрығы).

Көптеген өнеркәсіптік жылу алмастырғыштар үшін TR TS 032/2013 «Артық қысыммен жұмыс істейтін жабдықтың қауіпсіздігі туралы» сертификаттау міндетті болып табылады. Сәйкестік сертификатының немесе декларацияның болуы беріктік есептеулерінің дұрыс орындалғанын, материалдардың дұрыс таңдалғанын, дәнекерленген жіктердің тексерілгенін және құрылғының пайдалануға қауіпсіз екенін растайды.

Сондай-ақ, егер жабдық халықаралық жобалар немесе мұнай-газ секторы үшін жеткізілсе, TEMA (АҚШ) немесе API 660 стандарттарына сәйкестігіне назар аударған жөн. Бұл стандарттар өндірістің төзімділігіне, бетінің сапасына және тексеру әдістеріне өте қатаң талаптар қояды. Мысалы, TEMA жылу алмастырғыштарды беріктік кластарына (R, C, B) жіктейді, мұнда R класы мұнай өңдеудің ең ауыр жағдайларына арналған.

Материалдарды таңдау және стандарттарға сәйкестік өндірушінің тәжірибесі шешуші рөл атқаратын сала болып табылады. КомпанияWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equiment Co., Ltd.қиын жұмыс жағдайлары үшін жоғары сапалы жылу алмасу жабдықтарын әзірлеуге және өндіруге маманданған. Біздің ассортиментте теңіз суын және агрессивті ортаны тұщыландыруға қажетті титан құбырлы жылу алмастырғыштар, сондай-ақ ASME және PED стандарттарына сәйкес сертификатталған жоғары қысымды қондырғылар бар. Біз әртүрлі материалдардан түтік байламдарын шығарамыз: 316 тот баспайтын болаттан жасалған гофрленген, C46400 теңіз жезі, мыс-никель қорытпалары және N06625 никель қорытпалары, жоғары коррозияға төзімділік пен термиялық тиімділікті қамтамасыз етеді. Біздің өнімдер, соның ішінде ауа салқындатқыштары мен қалдық жылу қазандықтары бүкіл әлем бойынша мұнай өңдеу, химия, кеме жасау және электр энергиясын өндіру салаларында кеңінен қолданылады. Қысым мен температурада жұмыс істейтін жабдыққа қатысты металды үнемдеу немесе бағаны төмендету үшін дәнекерлеу технологиясын жеңілдету мүмкін емес екенін түсінеміз, сондықтан біздің әрбір жобамыз қатаң сапа бақылауынан өтеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Қабық пен құбырлы жылу алмастырғышты қаншалықты жиі тазалау керек?

Тазалау жиілігі тек салқындатқыш сұйықтықтардың сапасына және кіріктірілген ластану қорына байланысты. Тазартылған суы бар жүйелер үшін (жұмсартылған, ауасыздандырылған) жөндеу аралығы 2-3 жылға жетуі мүмкін. Өзен немесе қайта өңделген суы бар жүйелер үшін тазалау 6-12 ай сайын қажет болуы мүмкін. Тазалау қажеттілігінің көрсеткіші тұрақты ағындар кезінде қыздырылған ортаның шығысындағы температураның жоғарылауы немесе қысымның төмендеуінің жоғарылауы болып табылады. Жылу алмасуының нашарлау үрдістерін бақылау үшін температура журналын жүргізуді ұсынамыз.

Қолданыстағы жылу алмастырғышты ауыстырмай-ақ оның қуатын арттыруға болады ма?

Иә, кейбір жағдайларда бұл мүмкін. Негізгі әдістер: ағын жылдамдығын арттыру (егер сорғы қысымының резерві мүмкіндік берсе), судың сапасын жақсарту (ластануды азайту), түтік бумасын тиімдірекімен ауыстыру (мысалы, диаметрі кішірек немесе қанатты құбырлармен) немесе қозғалыс үлгісін өзгерту (соққылар санын көбейту). Дегенмен, әдетте корпусты ауыстырмай қуатты түбегейлі арттыру (20-30% -дан астам) мүмкін емес. Біріншіге параллель екінші жылу алмастырғышты орнату жиі оңай және арзанырақ.

Теңіз суы үшін қандай құбыр материалы жақсы?

Қарапайым көміртекті болат жоғары коррозияға байланысты теңіз суына жарамсыз. Бұл мақсаттар үшін мыс-никель қорытпалары (мысалы, мельхиор) дәстүрлі түрде қолданылған, бірақ олар қымбат. Заманауи және ең сенімді шешім - титан. Титан құбырлары теңіз суына мүлдем төзімді, жоғары жылу беру коэффициентіне және ұзақ қызмет мерзіміне ие. Бастапқы құнының жоғары болуына қарамастан, титан жылу алмастырғыштары жөндеу және ауыстыру үшін тоқтап қалудың болмауына байланысты ұзақ мерзімді перспективада жақсы құндылықты қамтамасыз етеді. Дәл осы шешімдерді біз тұщыландыру және теңіз энергетикасы жобаларында белсенді түрде жүзеге асырып жатырмыз.

d дегеніміз не бір өтпелі және көп өтпелі жылу алмастырғыш арасындағы айырмашылық?

Бір өтпелі аппаратта салқындатқыш бір уақытта бір қақпақтан екіншісіне барлық құбырлар арқылы өтеді. Бұл ең аз гидравликалық қарсылықты қамтамасыз етеді, бірақ құбырлардың үлкен санымен ағынның төмен жылдамдығы. Көп өтпелі аппаратта ағын құбырлардың бір бөлігінен өтіп, камерада айналып, басқа бөліктен өтетін бірнеше дәйекті бөліктерге бөлінеді. Бұл ағынның жылдамдығын 2, 4, 6 немесе одан да көп есе арттыруға мүмкіндік береді, жылу беру коэффициентін айтарлықтай арттырады, бірақ қысымның төмендеуін арттыру және дизайнды қиындату есебінен (камералардағы бойлық бөлімдердің болуы).

Қорытынды және әрекет бойынша ұсыныстар

Құбырлы жылу алмастырғыштың жылу беруін есептеу көптеген өзара тәуелді факторларды есепке алуды талап ететін күрделі инженерлік процесс болып табылады: ортаның физикалық және химиялық қасиеттерінен сорғылардың гидравликалық сипаттамаларына және қауіпсіздік стандарттарының талаптарына дейін. Жобалау кезеңіндегі қателіктер қымбатқа түседі: жүйенің тиімсіз жұмысы және энергияны шамадан тыс тұтыну түрінде немесе төтенше жағдайлар және жоспардан тыс өшіру түрінде.

Әмбебап шешімдер жоқ екенін өз тәжірибемізден көрдік. Әрбір технологиялық процесс бірегей. Жергілікті жағдайларға бейімделместен төте жолдарды пайдалану немесе дизайнды көшіру - проблемалардың рецепті. Құзыретті есептеу кәсібилікті, өзекті деректерді және нормативтік базаға сәйкестікті талап етеді.

Егер сіз жылу жүйесін жаңартуды, жаңа процесті енгізуді немесе ескірген жабдықты ауыстыруды жоспарласаңыз, өрескел бағалауларға сүйеніп, тәуекелге бармаңыз. Жабдықты есептеу мен таңдауды нәтижеге жауапты мамандарға тапсырыңыз.

Бүгін бізге хабарласыңызжобаңыз бойынша кеңес алу үшін. Wuxi Kaisheng LLC инженерлері егжей-тегжейлі орындауға дайынқабықшалы және құбырлы жылу алмастырғышты есептеубарлық талаптарыңызды ескере отырып, техникалық және коммерциялық ұсыныс дайындаңыз және ең ауыр жұмыс жағдайында ондаған жылдар бойы жұмыс істейтін сертификатталған жабдықты (ASME, PED) жеткізуді қамтамасыз етіңіз.