В процессе строительства, ремонта или модернизации системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения многим приходится сталкиваться с таким видом оборудования как теплообменные аппараты. Чтобы правильно подобрать устройство и купить пластинчатый теплообменник в СПб с оптимальными характеристиками, необходимо иметь базовые представления о принципах функционирования и основных параметрах данного оборудования.
Теплообменник представляет собой установку, в рабочем блоке которого осуществляется теплообмен между средами различной температуры. Среды (теплоноситель и теплопотребитель) разделены тонкими стенами труб или пластинами, если речь идет о пластинчатом теплообменнике (ПТ). За счет изменения площади теплообмена меняется количество тепловой энергии, которую нагревающая среда передает нагреваемой.
Сфера применения теплообменников чрезвычайно обширна: они используются в системах отопления, горячего водоснабжения, при монтаже систем охлаждения и подогрева бассейнов. С помощью данных установок инженерам удается реализовать эффективные современные решения не только на крупных предприятиях, но и в многоэтажных жилых домах, частных коттеджах и в квартирах. В промышленности это оборудование широко применяется в машиностроении, при производстве пищевых продуктов, в фармацевтической отрасли.
Зная базовые характеристики и принципы подбора теплообменных установок, можно обеспечить высокую эффективность работы данного оборудования и избежать излишних расходов. Если есть сомнения в выборе, то правильным решением будет получение консультации у специалистов компании, занимающейся поставками данного оборудования, к примеру – менеджеров ООО «Сервис-ПТО». Они не только выполнят необходимые расчеты и подберут подходящее оборудование, но и предоставят информационную и сервисную поддержку в процессе эксплуатации.
Определение задачи
Первый этап при подборе теплообменника – определение задач, которые с его помощью предстоит решить. Так как главная функция теплообменника – передача тепла от одной среды к другой, нужно определиться, что требуется сделать – нагреть или охладить рабочую среду. Также важно знать, где будет устанавливаться теплообменник – к примеру, требуется теплообменник для бассейна, монтажа системы ГВС в коттедже, системы отопления, вентиляции или для других технологических процессов. Определившись с назначением и местом расположения, можно приступать к подбору основных характеристик данного оборудования.
Если подбирается теплообменник для системы ГВС, нужно определиться с количеством смесителей и необходимой температурой подачи (включая возможность перехода на «летний» режим работы) и расходы жидкостей, которые необходимо нагреть или охладить. При использовании теплообменника для холодоснабжения потребуется знать рабочие температуры, чтобы заранее правильно рассчитать мощность оборудования. При монтаже вентиляционной системы и системы отопления также потребуется знать мощность системы и температуру подачи теплоносителя.
Способы подбора теплообменника
Существует несколько вариантов подбора теплообменника:
- Самостоятельный расчет необходимых параметров по формулам. Имея профильное образование, справиться с этой задачей возможно, однако затем придется делать выбор одной из нескольких подходящих типомоделей от разных производителей и с разной ценой. Не зная досконально рынок данного оборудования, можно легко ошибиться, приобрести недорогое, но низкокачественное оборудование либо же переплатить за ненужные опции.
- Подбор профессиональными инженерами с помощью специального программного обеспечения. Данный подход позволяет избежать ошибок, так как специалист учитывает и пожелания по бюджету, и все вводные данные: габариты места монтажа, необходимую мощность, температурный режим и пр. Инженеры подбирают не только теплообменник, но и полный набор расходных материалов для установки. Большинство специализированных компаний, к примеру, «Сервис-ПТО», осуществляют расчет и подбор теплообменников бесплатно.
Необходимые характеристики
Параметры и необходимые характеристики зависят от типа теплообменника. Чаще всего используются поверхностные теплообменники: в них не происходит смешения сред. Среди них выделяют регенеративные и рекуперативные установки (в зависимости от направления потока теплоносителя).
Также в зависимости от конструктивных особенностей выделяют теплообменники с плоской поверхностью (пластинчатые теплообменники, спиральные) и трубчатые (кожухотрубные, змеевиковые, «труба в трубе»).
Ключевыми характеристиками теплообменника, независимо от его типа, считаются:
- Рабочее давление и температура теплоносителя. Чем выше данные параметры, тем выше цена оборудования.
- Площадь поверхности теплообмена.
- Требуемая мощность теплообменника. Если речь идет о пластинчатом теплообменнике, то в зависимости от мощности подбирается необходимое количество пластин.
- Расход теплоносителя, рабочей среды.
Данные для расчета
Для выбора теплообменника необходимо знать:
- Мощность процесса теплообмена. Если она неизвестна, то для системы ГВС нужно определить количество точек водозабора (смесителей), для отопительной системы – площадь отапливаемых помещений.
- Источник тепла. Это может быть ТЭЦ, котельная, центральный тепловой пункт.
- Максимальная рабочая t, температурные графики источника тепла и системы-потребителя.
- Схема присоединения ГВС.
- Тип среды: сведения о греющей и нагреваемой среде (t на входе и выходе, потери давления и расход среды). Для нагреваемой среды также нужно знать процентное отношение запаса мощности.
- Расход рабочей среды. Нужно знать, какая масса рабочей среды проходит через теплообменную установку за определенный интервал времени. Для вычисления данного параметра плотность среды умножается на ее объем.
- Допустимые потери по напору. При прохождении через теплообменник теплоносителя и теплопотребителя происходит падение давления рабочей среды. Если снижение давления слишком велико, нарушится процесс теплопередачи, например, теплоноситель не будет достигать верхних этажей здания.
- Дополнительно, при использовании нестандартных сред, могут понадобиться значения теплоемкости, вязкости теплоносителя, теплопроводимость.
Остановимся подробнее на наиболее важных данных.
Тип среды
В теплообменниках могут использоваться следующие виды промышленных теплоносителей:
- водяной пар;
- теплоносители с высокой температурой кипения (органические, жидкометаллические, ионные и пр.);
- топочные газы;
- неорганические теплоносители.
Выбор рабочей среды зависит от ряда факторов:
- необходимой рабочей температуры;
- необходимых показателей плотности;
- расчетных показателей вязкости;
- удельной теплоемкости;
- расчетного коэффициента теплопроводности.
Максимальная рабочая температура
Теплоноситель поступает в теплообменник, отдает часть своего тепла среде-потребителю, после чего выходит из теплообменного аппарата с уже изменившейся температурой. Важно знать и температуру подаваемого теплоносителя, и необходимую температуру нагрева/охлаждения среды-потребителя.
Важно понимать, что чем выше рабочая температура внутри теплообменного аппарата, тем более жесткими должны быть требования к материалам, используемым для его изготовления, и к конструкции теплообменника.
Максимальное рабочее давление
Как и в случае с рабочей температурой, чем выше внутри теплообменника давление, тем жестче требования к его конструкционным особенностям и используемым при проектировании материалам. Теплообменники, рассчитанные на работу под высоким давлением, обычно стоят дороже.
Помимо максимально допустимого рабочего давления важна и максимальная тепловая нагрузка - способность аппарата передавать от теплоносителя к теплопотребителю нужное количество тепла. Оборудование с высокими нормами тепловой нагрузки обычно имеет большие габариты и работает под большим давлением.
Расчет
Опираясь на данные, полученные при определении технических условий эксплуатации, производится расчет теплообменника. Существует несколько вариантов данного расчета, каждый из которых подходит для конкретных целей и задач:
- Тепловой расчет применяется при проектировании теплообменников заданной мощности и при монтаже готовых установок в заданных условиях. Главная задача этого вида расчета – определение оптимального типа теплообменника и формы теплообменной поверхности. Кроме того он позволяет определить эффективность теплопередачи, площадь теплообменной поверхности, массовый расход теплоносителя и его t на выходе.
- Гидравлический расчет. Позволяет подобрать оптимальные гидравлические параметры теплоносителя, в частности, скорость движения теплоносителя, с учетом гидравлического сопротивления контура, по которому движется теплоноситель, затрат энергии на перекачивание теплоносителя внутри контура и площади поверхности теплообмена.
- Конструктивный расчет. Выполняется на стадии проектирования теплообменной установки на основании данных, полученных при тепловом и гидравлическом расчете. К примеру, с его помощью можно рассчитать необходимое кол-во пластин пластинчатого теплообменника, количество труб и их длину в кожухотрубном теплообменнике и пр.
- Механический расчет. Необходим для оценки способности теплообменника выдерживать факторы внутренней и внешней механической нагрузки (изгиб, сжатие, растяжение и пр.).
- Расчет температурных напряжений. Используется для определения изменения геометрической формы теплообменника и отдельных его элементов вследствие теплового воздействия и выявления мест напряжения, возникающих вследствие температурного расширения. Данный расчет позволяет правильно подбирать материалы, из которых изготавливаются элементы теплообменного аппарата.
- Прочностной расчет. Более расширенный по сравнению с механическим, так как дает возможность проверять, как установка выдерживает все виды нагрузки, а не только механическую. По сути, прочностной расчет объединяет 3 перечисленные выше вида – механический, гидравлический и расчет температурных напряжений.
- Компоновочный расчет. Связан с тепловым расчетом и позволяет определить оптимальное взаимное расположение каналов теплообменника для разных теплоносителей. С его помощью можно рассчитать размеры отдельных пластин пластинчатого аппарата, кол-во пластин и каналов в пакете, габаритные размеры теплообменника и общее необходимое кол-во пластин.
- Поверочный расчет. Осуществляется на основе теплового расчета и предназначен для проверки возможности установки справляться с поставленной задачей в конкретных условиях. Для его выполнения нужно знать тепловую производительность и параметры тепловой среды.
Подбор теплообменника
Правильный подбор теплообменника возможен только после получения всей необходимой вводной информации, определения характеристик тепловой среды и системы, к которой будет подключаться оборудование, включая скорость движения теплоносителя, диаметр труб в системе, площадь теплообмена и пр. Используя указанные сведения, следует произвести расчеты, которые и позволят подобрать оптимальную модель теплообменного аппарата и производителя. Это может быть оборудование таких известных марок как «Ридан», «Этра», «Alfa-Laval», «Tranter», «GEA» и пр.
Выводы
Для того чтобы не ошибиться с выбором теплообменника, подбор данного оборудования целесообразно доверять специалистам, которые используют современные версии ПО и имеют представление об эксплуатационных характеристиках каждой модели. Это позволит обеспечить длительную и безаварийную работу теплообменника при минимальных затратах на его обслуживание. Установку теплообменных установок также следует доверять профессионалам: в противном случае при нарушении технологий даже правильно подобранное и высококачественное оборудование не будет работать корректно.