Расчет теплообменного оборудования

Теплообменник — это индивидуальное инженерное оборудование. Ограничения, которые накладывает стандартизация, неизбежно приводят к потерям тепла и энергии. Поэтому пластинчатые теплообменники всегда подбираются под конкретную теплотехническую задачу. Сначала выполняется расчет теплообменного оборудования — определяется количество, компоновка, материал и толщина пластин, материал уплотнений, — затем рассчитывается его цена.

Документы, которые станут основой для расчета

• Технические условия (ТУ), выданные вашей теплоснабжающей организацией, в которых прописана выделенная мощность и приведены температурные графики (t° теплоносителя на входе и выходе из системы для обоих контуров — горячего и холодного).
• Договор на подключение к теплосети.
• Проект ИТП, техническое задание инженера или технолога (на этом этапе мы можем помочь с формализацией требований к техническим параметрам теплообменника для условий на вашем объекте).

Исходные данные для подбора оборудования

• Тип теплоносителя и его физико-химические свойства.
• Тепловая нагрузка / мощность (в документации значения могут быть приведены в гигакалориях в час, килокалориях в час или киловаттах в час) — сколько тепловой энергии необходимо для отопления, ГВС, ОВиК или технологических процессов, в которых задействован теплообменник.
• Расход массы теплоносителя в обоих контурах, то есть пропускная способность оборудования (измеряется в килограммах в секунду или килограммах в час). В некоторых случаях за основу можно взять документацию гидравлического насоса: объем расхода воды, указанный в м3/час или л/мин, следует умножить на плотность рабочей среды — 0.99913 для холодной воды — получим общий массовый расход теплоносителя.
• Максимально допустимая рабочая температура;
• Давление теплоносителя в системе;
• Температура греющего носителя на входе / выходе;
• Температура нагреваемого носителя на входе / выходе;
• LMTD (Logarithmical. Mean. Temperature. Difference), средний логарифмический температурный напор, — показатель, важный для подбора материала пластин. Рассчитывается по формуле ΔT1 - ΔT2 / (In ΔT1 / ΔT2), где ΔT1 —разность температур на входе и выходе по горячей стороне, а ΔT2 — разность температур на входе и выходе по холодной стороне.

Если у вас нет всей информации для расчета теплообменника, напишите нам на info@teploobmennic.ru.

Большинство необходимых показателей можно получить из имеющейся документации без математических вычислений.

Виды расчетов теплообменных аппаратов

Пластинчатые теплообменники применяются в системах и технологических процессах с широчайшим диапазоном вариаций по расходам сред, температурным режимам, их колебаниям и отклонениям. Для достижения лучшего баланса эффективности и стоимости владения оборудованием выполняется комплексный технический расчет теплообменного аппарата — тепловой, конструктивный и гидравлический.

Тепловой расчет теплообменника

Если часть данных по теплоносителям, необходимых для технического расчета, остается неизвестной, их можно вычислить посредством теплового расчета. Основой для вычислений являются уравнения теплопередачи и теплового баланса.

Уравнение теплопередачи

Q = K * F * Δt_cр

Q — тепловая мощность, Вт

F — площадь рабочей поверхности, м²

K — коэффициент передачи тепла

Δt_cр — средняя разность температур рабочих сред на входе в аппарат и на выходе из него

Уравнение теплового баланса

Q = G₁c₁ (t₁^вх-t₁^вых) = G₂c₂ (t₂^вых-t₂^вх)

G₁ и G₂ — расходы масс греющего и нагреваемого носителей соответственно, кг/ч

c₁ и c₂ — удельные теплоемкости сред по нормативам, кДж/кг • ºС

t₁ и t₂ — температура горячего (1) и холодного (2) теплоносителя на входе (вх) и на выходе (вых)

Тепловой расчет позволяет определить расход теплоносителя, тепловую нагрузку и основные показатели качества работы теплообменника — рабочую площадь и температуру рабочей среды в обоих контурах на входе и выходе. Это база, необходимая инженеру для проектирования теплообменников и эксплуатационного контроля.

Конструктивный расчет теплообменника

Может выполняться по упрощенной методике (ориентировочный) или с учетом условий эксплуатации на конкретном объекте (подробный). Задача ориентировочного расчета — подобрать приближенные значения коэффициента теплообмена (по справочным материалам), вычислить рабочую площадь теплообменника (F) и размер проходного сечения.

Ориентировочный конструктивный расчет позволяет очертить круг оборудования, удовлетворяющего требованиям к поверхности теплообмена, для которого в дальнейшем будут индивидуально рассчитываться дополнительные показатели.

Например, соотношение количества ходов греющей и нагреваемой среды в конструкции пластинчатого теплообменника может быть определено по формуле:

X_гр/X_нагр = (G_гр/G_нагр)^0,636 • (∆P_гр/∆P_нагр)^0,364 • (1000 – t_{нагр ср}/ 1000 – t_{гр ср})

Х_гр — количество ходов греющей среды

Х_нагр — количество ходов нагреваемой среды

G_{гр, нагр} — расход теплоносителей в горячем и холодном контуре, кг/ч

∆P_{гр, нагр} — перепад давления теплоносителей в горячем и холодном контуре, кПа

t_{гр, нагр ср} — средняя температура теплоносителей в горячем и холодном контуре, C°

Методы конструктивного расчета позволяют с высокой точностью определить оптимальные параметры теплообменного оборудования: количество, компоновку и материал пластин, типоразмер рамы, тип присоединений и др.

Гидравлический расчет теплообменника

Основная задача гидравлического расчета — определить величину гидравлического сопротивления, которое теплообенник вносит в систему теплотехнических трубопроводов, и рассчитать мощность, необходимую для перемещения теплоносителя.

Проще говоря, рабочая среда должна подаваться в теплообменник под достаточным давлением, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление и компенсировать потери напора при прохождении теплоносителя по каналам. Расчет отвечает на вопрос, какое давление будет достаточным.

Второй важный аспект гидравлического расчета: зная перепады давления при прохождении рабочей среды через теплообменник, можно подобрать оптимальные переходные сечения элементов.

Насколько точным будет расчет в онлайн-калькуляторе?

В онлайн-калькуляторах используются стандартные формулы расчета, часть из них мы привели выше. Если задача не имеет выраженной отраслевой специфики (например, нужен подбор теплообменника для отопления и ГВС) и у вас есть все вводные данные из ТУ теплоснабжающей организации, результат может быть достаточно точным и реалистичным — но это не отменяет необходимости сверить его со специалистом.

Скорее всего потребуются корректировки. В стандартном функционале невозможно учесть все факторы, влияющие на процесс теплообмена: потери энергии, коэффициенты теплоотдачи, особенности конструкции и многое другое.

Профессиональный расчет теплообменника сэкономит ваше время и сведет к минимуму погрешность при определении технических параметров и итоговой стоимости оборудования.

Расчёт теплообменного оборудования — инженеры ТПЛ-Сервис

Инженеры ТПЛ-Сервис выполнят тепловой и гидравлический расчёт теплообменного оборудования в сертифицированных программах производителей: определят площадь теплообмена, число и тип пластин, запас поверхности. Предложим варианты Alfa Laval, Funke, Kelvion, РИДАН, ЭТРА и собственного производства КС под отопление, ГВС, вентиляцию и технологические задачи. Отправьте опросный лист на info@teploobmennic.ru — расчёт бесплатный, срок 1-3 рабочих дня.

Полезные материалы по теме: Тепловой расчёт теплообменника, Расчёт пластинчатого теплообменника, Данные для расчёта, Инженерный подбор за 30 минут, Расчёт ИТП по СП, Как выбрать теплообменник.

Смотрите также: теплообменник ЭТРА ЭТ-100.