Организация и техническое обеспечение тепловых пунктов

Допустим, что поверхность теплообмена с толщиной 1 мм выполнена из латуни. С учетом этих параметров ожидаемый коэффициент теплопередачи предварительно оценивается в диапазоне от 2000 до 4000 Вт/(м²•К). Следовательно, оценочное значение площади поверхности теплообмена будет равно:Средняя температура греющего теплоносителя:t2=0,5(90+78)=84 оСМассовый расход греющего теплоносителя определяем, исходя из уравнения:Определяем число трубок втрубном пучке теплообменника.Предварительно задаем скорость воды в трубках w2 = 1 м/с.Внутренний диаметр трубки:Соответственно, средний диаметр трубки равен:Тогда требуемое число трубок можно определить из уравнения неразрывности:где f2 – площадь проходного сечения для нагреваемого теплоносителя, м2; w2 – средняя по сечению трубки скорость нагреваемого теплоносителя, м/с.В свою очередь, площадь проходного сечения для нагреваемого теплоносителя складывается из проходных сечений трубок трубного пучка:В итоге, из совместного решения уравнений, можно оценить требуемое число трубок:Принимаем число трубок в пучке n = 12.Уточняем значение скорости нагреваемого теплоносителя в трубках(м/с)При расчете площади поверхности теплообмена в рекуператоре предпочтение отдается использованию среднего диаметра теплопередающих трубок. Это обусловлено тем, что ожидаемые значения коэффициента теплоотдачи с обеих сторон (греющего и нагреваемого теплоносителей) должны быть примерно одного порядка величины. Расчет проводится исходя из среднего диаметра теплопередающих трубок и длины трубного пучка. Полученная длина трубного пучка сравнивается с данными стандартных секционных теплообменников, и делается вывод о приемлемости полученной длины.Путем сравнения полученной длины трубного пучка с характеристиками стандартных секционных теплообменников, можно сделать вывод о приемлемости данной длины. Это означает, что выбранная конструкция рекуператора, основанная на среднем диаметре теплопередающих трубок, соответствует общепринятым нормам и стандартам в данной области инженерии. Такой подход обеспечивает оптимальное соотношение между эффективностью теплообмена и габаритными размерами устройства.2.3. Определение геометрии поперечного сечения теплообменникаВыбираем конструкцию поперечного сечения теплообменника, представленную на рисунке 2.2.Трубки размещены в корпусе с учетом одного из основных вариантов – по вершинам равносторонних треугольников. Оптимальный шаг между трубками устанавливается в пределах s = (1,25…1,5)d, где d - диаметр трубок. Уменьшение шага между трубками приводит к увеличению скорости движения теплоносителя в межтрубном пространстве, однако, с уменьшением шага возрастают технологические сложности крепления трубок в трубных решетках. Таким образом, выбор оптимального шага важен для обеспечения эффективного теплообмена и удобства конструкции.Принимаем шаг s = 1,25 · 16 = 20 мм.Рисунок 2.1 - Схематический чертеж поперечного разреза теплообменникаОпределяемплощадь сечениятеплообменникадлядвижениягреющеготеплоносителя,т.е.площадьпоперечногосечениямежтрубногопространства.Этаплощадь,соответственнорисунок2.1,равна:Скорость движения греющего теплоносителя в межтрубномпространствем/сВ результате проведенных расчетов можно сделать вывод, что скорости движения теплоносителей соответствуют рекомендуемому диапазону. Поперечное сечение и оценочная длина теплообменника близки к размерам стандартных секционных рекуператоров. Таким образом, полученные результаты представляются пригодными для использования в дальнейших этапах расчетов и проектирования теплообменника.2.4. Расчет коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообменаСледующий этап расчета включает определение коэффициента теплопередачи, площади поверхности теплообмена и длины трубного пучка, при условии сохранения неизменной геометрии поперечного сечения теплообменника. Расчет коэффициента теплопередачи требует определения коэффициентов теплоотдачи от греющего и нагреваемого теплоносителей. Используется метод последовательных приближений, где температура поверхности теплообмена находится итерационно. Расчет повторяется до достижения требуемой сходимости результатов.Для средней температуры нагреваемого теплоносителя:t=0,5(20+37)=28,5 оСПоскольку предполагается изготовление теплопередающих трубок из латуни, изменение температуры по толщине поверхности теплообмена ожидается небольшим. Также ожидаемые значения коэффициентов теплоотдачи имеют схожий порядок. Поэтому на первом этапе расчета мы предполагаем:Определяется коэффициент теплоотдачи к нагреваемому теплоносителю, движущемуся в трубках, используя формулу, основанную на числе Рейнольдса. В данной задаче число Рейнольдса определяется как:Подставляя в формулу численные значения, находим число Нуссельта:В результате из формулы получаем численное значение среднего по поверхности теплообмена коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости:Вт/(м2·К)Далее рассчитываем средний по поверхности теплообмена коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве. Для средней температуры греющего теплоносителя:Применительно к решаемой задаче, в соответствии с рис. 2, эквивалентный диаметр канала, по которому движется греющий теплоноситель:мЧисло Рейнольдса для потока греющего теплоносителя:Аналогично уравнению, рассчитываем число Нуссельта для греющего теплоносителя:ТогдаКоэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя:Рассчитываем коэффициент теплопередачи:Средняя плотность передаваемого теплового потока:Температура наружной поверхности теплопередающей трубки:Температура внутренней поверхности теплопередающей трубки:В результате численных расчетов отмечается незначительное различие между температурами наружной и внутренней поверхностей теплопередающих трубок. Таким образом, приравнивание температуры жидкости к температуре стенки, а следовательно, использование значения числа Прандтля при температуре жидкости из таблиц теплофизических свойств воды, является обоснованным.Теперь можно рассчитать уточненное соотношение:Расхождение составляет:Точно так же рассчитываем уточненное соотношение:Расхождение составляет:Коэффициент теплопередачи k = 1357 Вт/(м2·К).Средняя плотность передаваемого теплового потока q = 77341 Вт/м2.После уточнения коэффициента теплоотдачи к нагреваемому теплоносителю и принятия незначительного различия между температурами наружной и внутренней поверхностей теплопередающих трубок, остальные параметры, полученные в ходе расчетов, остаются неизменными. Таким образом, мы переходим к заключительному этапу конструктивного расчета, который включает окончательное определение поверхности теплообмена и длины трубного пучка.Результаты поверочного расчета подтверждают соответствие конструктивного расчета исходным требованиям на проектирование рекуператора. Уточненные значения коэффициентов теплоотдачи, поверхности теплообмена, и длины трубного пучка находятся в пределах, приемлемых для стандартных секционных рекуператоров. Таким образом, предложенная конструкция рекуператора обеспечивает эффективный теплообмен при заданных параметрах теплоносителей и соответствует требованиям проектирования.ГЛАВА 3. РЕКОМЕНДАЦИИ3.1. Рекомендации по конструкции и эксплуатации рекуператораВыбор материалов для рекуператора играет ключевую роль в обеспечении его долговечности, эффективности и устойчивости к воздействию различных факторов. В данном случае, рекомендуется использование латуни для изготовления теплопередающих трубок по следующим причинам:Эффективность теплопередачи: Латунь обладает хорошей теплопроводностью, что обеспечивает эффективный теплообмен между греющим и нагреваемым теплоносителями. Это особенно важно для повышения коэффициента теплопередачи в рекуператоре.Устойчивость к коррозии: Латунь является устойчивым к коррозии материалом, что важно для обеспечения долговечности теплопередающих элементов рекуператора при контакте с водой или другими жидкостями.Механическая прочность: Латунные трубы обладают достаточной механической прочностью, что позволяет им выдерживать давление и температурные воздействия, характерные для работы в системе отопления.Что касается корпуса рекуператора, его материал также должен обеспечивать хорошую теплопроводность для эффективного распределения тепла. Рекомендуется использование материала с высокой теплопроводностью, такого как алюминий или сталь, для обеспечения эффективной передачи тепла от теплопередающих трубок к окружающей среде.Выбор материалов должен быть согласован с требованиями конкретного проекта, учитывая условия эксплуатации, бюджетные ограничения и другие факторы, которые могут влиять на производительность и долговечность рекуператора.3.2. Оптимизация схемы теплообменаОптимизация схемы теплообмена в рекуператоре включает в себя рассмотрение различных параметров и элементов конструкции с целью максимизации эффективности теплообмена и оптимизации работы устройства в целом. Вот несколько шагов, которые могут быть предприняты для достижения этой цели:Выбор оптимальной схемы движения теплоносителей:Рассмотрение противоточной и прямоточной схем теплообмена. Противоточная схема может обеспечить более высокий средний температурный напор между теплоносителями, что способствует улучшению эффективности.Анализ возможности использования многопоточных схем теплообмена для оптимизации процесса.Размещение теплопередающих трубок:Определение оптимального расположения теплопередающих трубок в корпусе рекуператора для обеспечения равномерного теплообмена.Рассмотрение различных вариантов поперечного сечения теплообменника, таких как треугольные или квадратные решетки.Расчет и выбор оптимального шага между трубками:Анализ влияния шага между трубками на гидравлический сопротивление и теплоотдачу.Выбор шага, который обеспечивает эффективный теплообмен при минимальных потерях давления.Определение оптимальной длины трубного пучка:Рассмотрение стандартных размеров и конструкций секционных рекуператоров для определения оптимальной длины трубного пучка.Учет требований к пространству и габаритам рекуператора.Использование компьютерного моделирования:Применение программного обеспечения для численного моделирования теплообмена с целью оптимизации конструкции.Учет влияния различных параметров, таких как температурные режимы и характеристики материалов.Разработка и испытание прототипа:Создание прототипа рекуператора на основе оптимизированной схемы.Проведение тестирования для проверки эффективности и соответствия требованиям.Мониторинг и доработка:Внедрение системы мониторинга работы рекуператора в условиях эксплуатации.Анализ данных и возможные доработки конструкции для улучшения производительности.Оптимизация схемы теплообмена требует комплексного подхода и учета множества факторов, включая физические и гидравлические свойства теплоносителей, габариты рекуператора, условия эксплуатации и технические ограничения.3.3. Эксплуатационные рекомендацииЭксплуатационные рекомендации для рекуператора представляют собой важный аспект обеспечения эффективной и безопасной работы устройства. Вот подробные рекомендации, которые следует учесть при эксплуатации рекуператора:Режим работы и технические характеристики:Соблюдайте предельные параметры температур теплоносителей, указанные в технической документации, чтобы избежать повреждений и снижения эффективности.Периодически контролируйте давление в системе и поддерживайте его в пределах рекомендованных значений.Регулярное техническое обслуживание:Проводите регулярную проверку состояния теплопередающих трубок, обеспечивая их целостность и отсутствие коррозии.Очищайте поверхность теплообмена от возможных отложений и загрязнений для поддержания оптимальной теплоотдачи.Проверяйте состояние уплотнительных материалов и устраняйте утечки, если они обнаруживаются.Мониторинг эффективности:Регулярно измеряйте температуры теплоносителей на входе и выходе из рекуператора для контроля теплового баланса.Оценивайте показатели эффективности теплообмена и, при необходимости, корректируйте параметры работы.Предупреждение и реагирование на аварийные ситуации:Устанавливайте системы аварийного отключения в случае превышения предельных значений температур, давления или других параметров.Проводите обучение персонала по правилам действий в случае аварийных ситуаций.Управление шумом и вибрацией:Обеспечивайте необходимые меры по снижению уровня шума, производимого рекуператором, в соответствии с санитарными нормами.При обнаружении вибраций проводите дополнительные проверки и, при необходимости, корректируйте крепежные элементы.Обслуживание механических элементов:Регулярно проверяйте состояние механических элементов, таких как насосы и клапаны, и проводите необходимую замену или обслуживание.Обучение персонала:Проводите обучение персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание, по правилам безопасности, техническим характеристикам и процедурам обслуживания рекуператора.Запасные части и резервные системы:Поддерживайте наличие запасных частей для быстрого реагирования на неисправности.Разрабатывайте и внедряйте резервные системы для обеспечения бесперебойной работы при возможных отказах.Эксплуатация рекуператора требует системного и внимательного подхода, включая регулярное техническое обслуживание, контроль параметров и готовность к аварийным ситуациям.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения данной работы была проведена обширная теоретическая и практическая аналитика, направленная на изучение основных аспектов функционирования и разновидностей тепловых пунктов, а также на разработку конструкции и расчет рекуператора. Работа была разделена на три главы, каждая из которых внесла важный вклад в общее понимание темы и формирование практических рекомендаций.В начале работы было обозначено актуальное значение тепловых пунктов в технических системах, что подчеркнуло необходимость изучения и оптимизации их функционирования. Введение также определило цели и задачи исследования, ставшие основой для последующих этапов анализа.Первая глава работы представила читателям основные аспекты функционирования тепловых пунктов. Анализ различных разновидностей тепловых пунктов дал полное представление о разнообразии их конструкций и применения. Детальное рассмотрение требований к размещению тепловых пунктов подчеркнуло важность соблюдения нормативов и стандартов для обеспечения безопасности и эффективности.Вторая глава, посвященная практическим аспектам исследования, началась с формулирования исходных данных для проведения расчетов. Ход расчетов был представлен шаг за шагом, что обеспечило четкое понимание методологии и логики расчетных процессов. Определение геометрии теплообменника, а также расчет коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообмена, стали ключевыми моментами в разработке рекуператора.Заключительная глава предоставила практические рекомендации, которые могут служить основой для конструкции и эксплуатации рекуператора. Оптимизация схемы теплообмена и эксплуатационные рекомендации представляют собой важные инструменты для обеспечения эффективности и долговечности системы.Работа предоставила комплексный взгляд на тепловые пункты, начиная от теоретических основ и заканчивая практическими аспектами разработки рекуператора. Полученные результаты и рекомендации формируют базу для дальнейших исследований и реализации тепловых пунктов в различных инженерных системах.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫArray - Поквартирное теплоснабжение жилых зданий с теплогенераторами на газовом топливе; Гостехиздат - Москва, 2013. - 987 c.Бродач М.М. - Новый англо-русский, русско-английский словарь технических терминов и словосочетаний по отоплению, вентиляции, охлаждению, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике; АВОК-ПРЕСС - М., 2014. - 258 c.Государственные элементные сметные нормы на строительные и специальные строительные работы. ГЭСН-2001. Часть 24. Теплоснабжение и газопроводы-наружные сети; ФГУ ФЦЦС - М., 2012. - 556 c.Запатрина И. В. - Перспективы развития систем теплоснабжения в Украине; Экономика - М., 2013. - 200 c.Корнюшко В. Ф. - Информационная поддержка системы управления технологическим процессом структурирования эластомерных систем с использованием реометрических кривых / В.Ф. Корнюшко. - М.: Синергия, 2016. - 920 c.Ливчак И. Ф. Кувшинов Ю. Я. - Развитие теплоснабжения, климатизации и вентиляции в России за 100 последних лет; Издательство Ассоциации строительных вузов - М., 2013. - 778 c.Ливчак, И.Ф. Кувшинов, Ю.Я. - Развитие теплоснабжения, климатизации и вентиляции в России за 100 последних лет; АСВ - М., 2012. - 366 c.Магадеев В. Ш. - Источники и системы теплоснабжения; Энергия - М., 2013. - 272 c.Матиящук С. В. - Комментарий к Федеральному закону от 27 июля 2010 г. №190-ФЗ "О теплоснабжении"; Юстицинформ - М., 2013. - 160 c.Методика определения фактических потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем центрального теплоснабжения; НЦ ЭНАС - М., 2012. - 963 c.Пальтов А. Е. - Инновационные образовательные технологии: учебное пособие / А. Е. Пальтов. – Владимир: ВлГУ, 2018. – 119 с.Рассел Джесси - Схема теплоснабжения; VSD - М., 2013. - 742 c.Рекомендации АВОК. - Рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения. Общие положения; АВОК-ПРЕСС - М., 2012. - 591 c.Садчиков П. Н. Методологические принципы построения математической модели / П. Н. Садчиков // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. – 2014. – № 3 (9). – С. 51–53.СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети».Сорокин, И.М.; Кузнецов, А.И.; Александров, Л.М. и др. - Наладка систем централизованного теплоснабжения. Справочное пособие; Стройиздат - М., 2016. - 224 c.СП 124.13330.2012 «Тепловые сети».СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».Справочник по возобновляемой энергетике Европейского союза: аналитические обзоры Института энергетики. – Режим доступа: https://www.hse.ru/data/2016/12/21/1112025400/%D0%A1%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BE% D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%20%D0%92%D0%98%D0%AD%20%D0%B2%20%D0%95%D0%A1.pdf (дата обращения 09.01.2024), свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. Рус.Теплоэнергетика и централизованное теплоснабжение России в 2014–2018 годах: информационно-аналитический доклад // Официальный сайт Министерства энергетики Российской Федерации. – Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/ node/17737 (дата обращения 09.01.2024), свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. Рус.Трофимов В. Б. - Интеллектуальные автоматизированные системы управления технологическими объектами / В.Б. Трофимов. - М.: Инфра-Инженерия, 2016. - 256 c.Узденбаев Ж. - Адаптивные системы управления технологическими процессами / ЖанбайУзденбаев. - М.: LAP LambertAcademicPublishing, 2017. - 104 c.Шарапов В. И., Ротов П. В. - Регулирование нагрузки систем теплоснабжения; Новости теплоснабжения - М., 2013. - 168 c.Шарапов В.И - Декарбонизаторы водоподготовительных установок систем теплоснабжения; АСВ - М., 2016. - 200 c.Яковлев Б. В. - Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения; Новости теплоснабжения - М., 2013. - 448 c.