- Переменный расход вторичной среды - Постоянная температура на входе - Постоянная температура на выходе
Переменный расход при постоянной температуре на входе и выходе
Не все теплообменники должны работать с постоянным расходом вторичной среды. Типичными примерами могут быть системы горячего водоснабжения для периодических процессов, таких как резервуары и ванны. Подача горячей воды к каждому резервуару регулируется либо двухпозиционным шаровым клапаном, либо модулирующим проходным клапаном; рециркуляция воды обратно в теплообменник отсутствует. Подпиточная холодная вода просто нагревается в соответствии с потребностью в горячей воде, как показано на рисунке 13.6.1. Модулирующий регулирующий клапан на подаче пара к теплообменнику регулирует температуру отбираемой горячей воды. Подпиточная холодная вода может подаваться из сети под давлением, и её температура может меняться в зависимости от сезона. При анализе условий застоя конденсата следует учитывать её минимально вероятную температуру.
Диаграмма застоя конденсата также может использоваться в установках такого типа, но способ её построения для кожухотрубных теплообменников немного отличается от метода, применяемого для постоянного расхода вторичной среды. Этот метод описан ниже.
Первая часть этого метода очень похожа на ту, что показана в примере 13.5.1. Обратимся к рисунку 13.6.2: температуру пара в теплообменнике при полной нагрузке (точка A) следует отметить на левой вертикальной оси. Затем на правой вертикальной оси следует отметить требуемую температуру вторичной среды на выходе (точка B).
Температуру вторичной среды на входе (точка C) также следует отметить на левой вертикальной оси.
На эту диаграмму также необходимо нанести горизонтальную линию, представляющую противодавление системы. Эту температуру следует отметить на правой вертикальной оси в точке D и соединить прямой линией с такой же температурой на левой вертикальной оси в точке E.
Обратимся к рисунку 13.6.3: необходимо провести линию нагрузки вторичной среды BC, соединяющую точки B и C. Затем из точки пересечения линии BC с ординатой 50% нагрузки нужно провести горизонтальную линию к правой оси. Это соответствует средней температуре вторичной среды и обозначено как точка F.
Затем точку F, соответствующую средней температуре вторичной среды, следует соединить диагональной прямой с точкой A, соответствующей температуре пара в теплообменнике при полной нагрузке, образуя линию AF.
Линия противодавления DE либо пересечёт паровую линию AF, либо окажется выше точки A на диаграмме. Точка пересечения линий AF и DE отмечает точку начала застоя конденсата, где давление пара и противодавление одинаковы. Из этой точки можно опустить вниз вертикальную линию, чтобы показать момент возникновения режима застоя конденсата.
Точка пересечения этой вертикальной линии с нижней горизонтальной осью (точка G) должна показывать процентную нагрузку. Как и в предыдущем примере, если линия DE проходит выше точки A, застой конденсата возникает при всех значениях нагрузки.
Процентную нагрузку, при которой начинается застой конденсата, также можно вычислить по уравнению 13.6.1:
Минимальная температура пара
Следует отметить, что минимальная рабочая температура пара равна температуре уставки в точке B. На диаграмме застоя конденсата на рисунке 13.6.4 это 70°C, и она обозначена точкой H на паровой линии AF.
На практике, по мере снижения тепловой нагрузки и приближения температуры пара к температуре регулирования вторичной среды в точке H, изменения температуры пара происходят постепенно, а не ступенчато, как это показано в точке H на рисунке 13.6.4. Температура пара будет снижаться примерно так, как показано на рисунке 13.6.5. Наносить такую линию на диаграмму застоя конденсата трудно и не требуется, тогда как рисунок 13.6.4 практичен и удобен в использовании.
Если обратиться к рисунку 13.6.4, можно увидеть, что в данном примере температура пара при любой нагрузке менее 37% составляет 70°C. В действительности постепенное снижение температуры пара больше похоже на то, что показано на рисунке 13.6.5, однако разница настолько мала, что несущественна с точки зрения выбора и подбора устройства отвода конденсата.
Пример 13.6.1
Давление пара внутри кожухотрубного теплообменника с переменным расходом вторичной среды при полной нагрузке составляет 8 бар изб., давление в линии конденсата равно 0.5 бар изб., а после конденсатоотводчика имеется подъём 7 метров. При полной нагрузке вторичная среда поступает в теплообменник при 30°C и выходит из него при 90°C с расходом 3.64 л/с.
Какова процентная нагрузка в точке начала застоя и каков расход вторичной среды через теплообменник в точке начала застоя?
Температура насыщения пара при 8 бар изб. составляет 175°C. Следовательно, температура пара в теплообменнике при полной нагрузке равна 175°C. Затем её следует нанести как точку A на рисунке 13.6.6.
Температуру вторичной среды на выходе 90°C следует нанести как точку B, а температуру вторичной среды на входе 30°C - как точку C.
Подъём линии конденсата на 7 м создаёт перепад давления 0.7 бар вдобавок к давлению 0.5 бар изб. в линии конденсата. Следовательно, общее противодавление системы составляет 1.2 бар изб. Поскольку температура насыщения пара при 1.2 бар изб. равна 123°C, горизонтальная линия DE, представляющая противодавление, проводится на этой температуре на рисунке 13.6.6.
В этом примере процентная нагрузка (точка G) составляет приблизительно 55%. Это означает, что расход вторичной жидкости должен уменьшиться до 55% от максимального расхода, чтобы возник застой конденсата, то есть до 55% от 3.64 л/с = 2 л/с. Это можно проверить математически с помощью уравнения 13.6.1.
Большинство применений теплообменников относятся либо к режиму переменного расхода, либо к режиму переменной температуры, как описано выше и в предыдущих модулях блока 13.
Однако возможны также случаи, когда одновременно изменяются и расход, и температура вторичной среды на входе. В таких примерах определить их совокупное влияние по диаграмме застоя конденсата становится сложнее. Такие системы можно анализировать, сравнивая результаты обоих описанных выше методов и принимая наихудший вариант.