151328 (594682), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Для определения предельных технологических параметров работы оборудования и выбора композиции была спроектирована экспериментальная установка и проведены натурные эксперименты по выбору композиции, величины подкисления, дозы композиции и оптимального водно-химического режима.

9.4 Экспериментальные испытания по выбору оптимального водно-химического режима

В качестве бесфосфорного реагента в составе композиции предлагается использование СК-110, имеющий санитарно-эпидемиологическое разрешение на применение в тепловых сетях города, технологический регламент на технологию применения реагентов в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения и технические условия применения.

Реагент СК-110 предназначен для коррекционной обработки воды в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения с целью предупреждения образования накипи на поверхностях нагрева в водогрейных котлах и бойлерах, а также для снижения загрязненности внутренних поверхностей стенок трубопроводов и оборудования в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.

ИОМС (ингибитор отложений минеральных солей) содержит до 90% нитрилотриметилфосфоновой кислоты и около 10% фосфолированных полиаминов. Обработка воды ИОМСом практически не увеличивает ее минерализации, не усиливает ее коррозионно-агрессивные свойства, не оказывает влияния на биологические обрастания или насосные отложения. Механизм стабилизирующего действия заключается в адсорбции комплексона на микро-зародышах кристаллизирующейся соли, что препятствует дальнейшему росту кристаллов и образованию отложений и обеспечивает стабильность пересыщенных растворов.

9.5 Конструктивный и тепловой расчет экспериментальной установки для нагрева воды с 15 до 150 ⁰С

Конструктивный и тепловой расчет пилотной установки производится последовательно для первой, а затем второй ступени теплообменника. Задача расчета состоит в определении при номинальном режиме и заданной тепловой производительности геометрических размеров теплообменника.

Исходными данными являются:

скорость протекания воды W=1,5 м/с;

температура исходной воды t _ж1`=15 ⁰С;

температура воды на выходе из первой ступени теплообменника t_ж1`=120⁰С;

параметры греющего пара Р=0,981 МПа, t=250 ⁰С;

внутренняя трубка теплообменника d=14/12мм, материал медь, латунь;

коэффициент теплопроводности =130 Вт/м⁰С;

теплоемкость воды Ср₁=4,187 кДж/кг⁰С;

расход нагреваемой воды G₁=0,61м³/ч;

Расчет первой ступени теплообменника

1. Количество передаваемой теплоты:

Q= G₁* Ср₁(t _ж1``-t _ж1`) = (120-15)*4,187*610/3600 = 74,4 кВт;

2. Расход пара, при Р=0,981 мПа t_s=250⁰С; i``=2942 кДж/кг; i`= 760кДж/кг;

G₂= Q/0,98 (i``- i`) = 74,4*10³/0,98 (2942 - 760) = 0,0348 кг/с;

3. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности t_с2 и высоту трубки Н. Так как значения этих величин неизвестны, то расчет производим методом последовательных приближений. Определяем средне логарифмический температурный напор:

t_л= (t _ж1``- t <sub>ж1</sub>`) / (2,3 * lg(t<sub>s</sub> - t <sub>ж1</sub>`) / ( t<sub>s</sub> - t <sub>ж1</sub>``);

t_л = (120 - 15) / (2,3 lg(250-15) / (250 - 120)) = 178 ⁰С

4. Задаёмся температурой стенки наружной трубы

t_с2 t_s- t_л/2 = 250 - 178/2 = 160 ⁰С

5. Задаёмся высотой трубок Н = 1,5 м

6. Приведенная длина трубки

Z = t₂ Н*А; При t_s=180 ⁰С : В = 13*10^-3 м/Вт; А = 150 1/м*с

Z = ( t_s- t_с2 )*Н*А=(250-160)*1,5*150=20250 >2300

7. Течение пленки конденсата турбулентное по всей длине трубки.

Re = (253+0,069 (Рr/Рr_с)^0,25*Рr^0,5*(Z-2300))^4/3;

Рr 1

Рr_с 1,1

Re = (253+0,069(1/1,1)^0,25*1^0,5(20250-2300)) ^4/3=16600;

8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)

₂=Rе/ t₂*Н*В=16600/90*1,5*13*10^-3=9459 Вт/м^{2 0}С;

9. Среднеарифметическая температура воды:

t_ж1 =0,5*(t_ж1`+ t_ж1``)=0,5*(120+15)=67,5 ⁰С

при этой температуре:

_ж1=0,425*10^-6;

ж1=66,4*10^-2;

ж1=974;

Рr ж1=2,64;

10. Rе _ж1=W*d₁/_ж1=1,5*12*10^-3/(0,425*10^-6)=42353;

Течение воды турбулентное.

Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 1⁰ С, тогда

t_с1 t_с2-1=160-1=159 ⁰С;

Nu_ж1 = 0,021 * Rе _ж1^0,8 * Рr _ж1^0,43 * (Рr _ж1 / Рr_с1)^0,25 = 0,021 * 42353^0,8 * 2,64^0,43 * *(2,64 / 1,1)^0,25= 200;

11. Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):

₁= Nu_ж1*( _ж1/d₁) = 200*0,66/(12*10^-3) = 11000 Вт/( м^{2 0}С);

12. Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/₁+/+1/₂) = 1/(1/11000+0,001/130+1/9459) = 4894 Вт/(м^{2 0}С);

13. Средняя плотность теплового потока:

q = К*t_л = 4894*178 = 871179 Вт/м²;

14. Площадь поверхности нагрева:

F = Q/q = 74,4/871 = 0,085 м²;

15. Высота трубок:

Н = F/(*d_ср*n) = 0,085/(3,14*13*10^-3*1) = 2,1 м;

16. Температуры стенок трубок:

t_с2 = t_s-q/₂ = 250 - 871179/10126 = 164 ⁰С;

t_с1 = t_с2-q*/ = 164 - 871179*10^-3/130 = 157⁰С;

Расчет второй ступени теплообменника

Исходные данные:

скорость течения воды W=1,5 м/с;

температура воды t _ж1`=120 ⁰С;

температура воды на выходе из первой ступени теплообменника t_ж1`=160⁰С;

параметры греющего пара: Р=0,981 мПа, t=250 ⁰С;

внутренняя трубка теплообменника: d=14/12мм, материал латунь;

коэффициент теплопроводности: =130 Вт/м⁰С;

теплоемкость воды: Ср₁=4,187 кДж/кг⁰С;

расход нагреваемой воды: G₁=0,61м³/ч;

1. Количество передаваемой теплоты:

Q= G₁* Ср₁(t _ж1``-t _ж1`) = (150-120)*4,187*610/3600 = 21,3 кВт;

2. Расход пара, при Р=0,981 МПа t_s=250⁰С; i``=2942 кДж/кг; i`=760кДж/кг;

G₂=Q/0,98(i``- i`) = 21,3*10³/0,98(2942- 760) = 0,01 кг/с;

3. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности t_с2 и высоту трубки Н. Так как значения этих величин неизвестны, то расчет производим методом последовательных приближений.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

t_л= (t _ж1``-t <sub>ж1</sub>`)/(2,3*lg(t<sub>s</sub>- t <sub>ж1</sub>`)/( t<sub>s</sub>- t <sub>ж1</sub>``)=(150-120)/(2,3 lg(250-120)/(250-150)) = 115 ⁰С

4. Задаёмся температурой наружной стенки трубы

t_с2 t_s- t_л/2 = 250 - 115/2 = 193 ⁰С

5. Задаёмся высотой трубок Н = 2 м

6. Приведенная длина трубки

Z = t₂ Н*А; При t_s=180 ⁰С : В = 13*10^-3 м/Вт; А = 150 1/м*с

Z = (t_s- t_с2)*Н*А=(250-193)*2*150= 17100 >2300

7. Течение пленки конденсата турбулентное по всей длине трубки.

Re = (253+0,069 (Рr/Рr_с)^0,25*Рr^0,5*(Z-2300))^4/3;

Рr 1 (180 0С)

Рr_с 0,95 (193 ⁰С)

Re = (253+0,069(1/0,95)^0,25 *1^0,5(17100-2300)) ^4/3=14005;

8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)

₂=Rе/ t₂*Н*В=14005/100*1,5*13*10^-3=5386 Вт/м^{2 0}С;

9. Среднеарифметическая температура воды:

t_ж1 = 0,5*(t_ж1`+ t_ж1``)=0,5*(120+150) =135 ⁰С

при этой температуре:

_ж1=0,224*10^-6;

_ж1=68,55*10^-2;

_ж1=930;

Рr _ж1=1,3;

10. Rе _ж1=W*d₁/_ж1=1,5*12*10^-3/(0,224*10^-6) = 80357;

Течение воды турбулентное.

Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 1⁰ С,

тогда t_с1 t_с2-1=193-1=192 ⁰С;

Nu_ж1 = 0,021 * Rе _ж1^0,8 * Рr _ж1^0,43 * (Рr _ж1/Рr_с1)^0,25 = 0,021 * 80357^0,8 * 1,3^0,43 * *(1,3/0,95)^0,25 = 213;

Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):

₁= Nu_ж1*( _ж1/d₁) = 213*0,69/(12*10^-3) = 12248 Вт/ (м^{2 0}С);

Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/₁+/+1/₂) = 1/(1/12248+0,001/130+1/5386) = 3636 Вт/(м^{2 0}С);

11. Средняя плотность теплового потока:

q = К*t_л = 3636*115 = 418175 Вт/м²;

12. Площадь поверхности нагрева:

F = Q/q = 21,3/418 = 0,05 м²;

13. Высота трубок:

Н = F/(*d_ср*n) = 0,05/(3,14*13*10^-3*1) = 1,2 м;

14. Температуры стенок трубок:

t_с2 = t_s-q/₂ = 250-418175/5386 = 172 ⁰С;

t_с1 = t_с2-q*/ = 172-418175*10^-3/130 = 169 ⁰С;

9.6 Описание схемы и оборудования экспериментальной установки, принцип работы

Первая ступень теплообменника подогревает исходную воду от 15⁰С до 120 ⁰С, вторая ступень догревает воду до 150 ⁰С. Первая и вторая ступени представляют собой одноходовые кожухо-трубчатые теплообменники типа "труба в трубе". Нагреваемая вода проходит по внутренней трубке, а греющий пар подается в кожух теплообменника. Теплоотдача от пара к стенке трубки происходит за счет пленочной конденсации на ее поверхности. Конструктивный расчет теплообменника приведен в параграфе (Конструктивный и тепловой расчет экспериментальной установки для нагрева воды с 15 до 150 ⁰С).

9.7 Принцип работы

В бак исходной воды дозируется реагент, который тщательного перемешивается при помощи насоса по линии рециркуляции. Затем исходная вода с определенным содержанием растворенного в ней реагента подается под давлением при помощи насоса на первую ступень теплообменника, где происходит её подогрев до 120⁰С, далее вода поступает на вторую ступень теплообменника, где она нагревается до 150 ^оС. Для контроля тепловых параметров установка оборудована соответствующими контрольно-измерительными приборами. Отбор проб производится с помощью пробоотборников установки. Контроль параметров водно-химического режима осуществляется по показателям общей жесткости и общей щелочности воды на входе и выходе установки.

Конструкция теплообменной установки позволяет снимать и производить замену внутренней трубки, что даёт возможность исследовать состав накипи на стенках латунной трубки и сделать вывод об эффективности того или иного реагента.

9.8 Экспериментальные испытания

С целью определения выбора оптимального состава и дозы реагентов на экспериментальной установке были проведены исследования с комплексонами ИОМС и СК-110. Параметры водно-химического режима приведены в таблице **

Таблица

№ опыта	Длительность опыта	Температура, оС	Остаточная щелочность, мг-экв/л	Доза СК-110, мг/л	Доза ИОМС, мг/л
1.	4 часа	80-85	Исходная	-------	2,2
2.	2 часа	120	Исходная	-------	1,7
3.	4 часа	135-140	Исходная	2,0	-----
4.	3 часа	150	Исходная	2,0	------
5.	3 часа	150	1,1	1,0	1,0
6.	2 часа	145-150	2,6	1,0	1,0
7.	3 часа	138	0,8	-------	1,2-1,4
8.	3 часа	150	0,8	2-2,5	-------
9.	6 часов	150	1,0	0,4	1,0
10.	3 часа	150	1,5	0,4	0,8
11.	6 часов	145	1,5	0,3	0,6
12.	10 часов	145	1,5	0,3	0,6

За время испытаний фиксировались данные по тепловому и водно-химическому режимам по которым далее были построены графики, из которых видно изменение температуры сетевой воды в зависимости от давления греющего пара.

Характеристики

Список файлов ВКР