§ 7.4. Пароводяные подогреватели с вертикальным трубным пучком

В трубчатых пароводяных подогревателях происходит пленочная конденсация водяного пара на поверхности трубных пучков. Коэффициенты теплоотдачи от труб к воде и теплопередачи в подогревателе, а также площадь поверхности нагрева считаются по формулам и рекомендациям, приведенным выше для водоводяных теплообменников. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы зависит от конструкции и расположения пучков.

Расчеты коэффициента теплоотдачи от пара к стенке трубы в подогревателях с вертикальным расположением трубного пучка (рис. 7.6) могут производиться по следующим формулам:

а ) ламинарное течение пленки конденсата

; (7.14)

б) смешанный режим течения пленки конденсата (ламинарный сверху и турбулентный внизу)

, (7.15)

Р и с. 7.6. Кожухотрубный вертикальный паро-водяной теплообменник с перегородками в меж-

трубном пространстве:

1 - верхняя водяная камера; 2 – корпус; 3 – каркас; 4 – трубки; 5 – нижняя водяная камера; 6 – патрубок

подвода пара; 7 – патрубок отвода конденсата

где  − коэффициент теплоотдачи от пара к трубам, Вт/(м²∙К); h − длина труб, по которым непрерывно стекает конденсат (в вертикальных трубчатых подогревателях − длина труб между перегородками), м;  − разность температур между температурой насыщения и стенкой трубы, °С; А, В, С − коэффициенты, выражающие значения комплекса величин, зависящих от температуры пленки конденсата, и определяемые по табл. 7.2; в поверочных расчетах мoжнo принимать их по температуре пара.

Значения коэффициентов А, В, С и D в формулах (7.14) и (7.15):

Таблица 7.2

tпл, ○С	А	В	С	D	tпл, ○С	А	В	С	D
0	5952	16470	−	0,5578	160	11390	39170	10870	0,0082
10	6626	18740	−	0,3140	170	11420	39700	10320	0,0073
20	7245	21070	−	0,1925	180	11420	40150	9810	0,0061
30	7928	23100	−	0,1273	190	11410	40500	9250	0,0060
40	8387	25100	−	0,0879	200	11340	40780	8750	0,0054
50	8864	26880	5262	0,0639	210	11230	40850	8295	0,0051
60	9294	28670	8845	0,0478	220	11100	40900	7840	0,0047
70	9678	З0200	11320	0,0369	230	10950	40800	7385	0,0044
80	10020	31600	12590	0,0290	240	10780	40770	6895	0,0041
90	10340	33000	13150	0,0234	250	10590	40620	6475	0,0038
100	10570	34200	13200	0,0194	260	10340	40350	5955	0,0036
110	10760	35100	13075	0,0165	270	10040	40050	5562	0,0034
120	10940	35950	12780	0,0142	280	9732	39650	5082	0,0032
130	11090	36950	12300	0,0122	290	9411	39300	4600	0,0030
140	11210	37700	11810	0,0106	300	9009	38750	4145	0,0028
150	11310	38400	11350	0,0092

Примечание: t_пл − средняя температура пленки конденсата

t_пл = 0,5 (t_нас +  .

Средняя температура пленки конденсата рассчитывается по формуле

(7.16)

Температура стенки труб со стороны пара равна

(7.17)

где t_нас − температура насыщенного пара при давлении в подогревателе, °С;

 − средняя температура воды в трубах, °С; и  − коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к воде, Вт/(м²∙К).

Формула (7.17) получена из уравнения q = k· ∆t_ср при использовании выражений

q  .

Погрешность в определении F с использованием формулы (7.17), не учитывающей загрязнений, зависит от количества последних и равна примерно 5 % в сторону запаса.

Характер течения пленки конденсата (ламинарный или смешанный) определяется по значению ∆t_ст = t_нас −  . При ∆t_ст  < ∆t_крит − течение пленки ламинарное, при ∆t_ст > ∆t_крит − смешанное; ∆t_крит = 395 D/ h.

Значения коэффициента D приведены в табл. 7.2.

Практически для определения предварительно подсчитывают коэффициент теплоотдачи от стенки к воде по формуле (7.11) и задаются значением коэффициента теплоотдачи от пара к стенке . В конце расчета проверяют значение , и если оно не совпадает с предварительно принятым значением, то расчет уточняют.

В подогревателях с трубами из углеродистой стали в формулах (7.14) и (7.15) должен вводиться коэффициент 0,8, учитывающий шероховатость труб, увеличивающую толщину конденсатной пленки и снижающую коэффициент теплоотдачи.

В поверочных расчетах коэффициенты А, В, С и D можно принимать по температуре насыщения пара в подогревателе. Формулы (7.14) и (7.15) составлены для медленно движущегося пара (  < 30 кг/(м²∙с). При значительной скорости пара вдоль поверхности конденсации в эти формулы вводится поправочный коэффициент. В поверочных расчетах подогревателей с прямыми трубами этой поправкой можно пренебречь, так как она лежит в пределах допустимой погрешности подсчета.

Формулы для расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации пара относятся к насыщенному пару. При подводе к подогревателю пара с небольшим перегревом, что часто бывает в практике, коэффициент теплоотдачи несколько увеличивается за счет уменьшения расхода пара и соответственно утонения пленки конденсата. Влияние этого фактора на незначительно и в поверочных расчетах может не учитываться.