CC BY
12
УДК 532.5:621.694
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРТЫ В ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
А.Я. ЗОЛОТОНОСОВ *, И.А. КОНАХИНА **
* Казанский государственный архитектурно-строительный университет ** Казанский государственный энергетический университет
В работе предложено техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Проведены расчеты теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с теплообменными элементами «конфузор-диффузор». Дана оценка энергетической эффективности таких аппаратов и определен их экономический эффект.
Ключевые слова: модернизация, теплообменный аппарат типа «труба в трубе», теплообменный элемент «конфузор-диффузор», энергетическая эффективность.
На основании ранее проведенных теоретических исследований [1] предлагается модернизация технологии нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез» путем замены четырех электронагревателей, мощностью 45 кВт каждый, теплообменными аппаратами типа «труба в трубе» с криволинейными теплообменными элементами «конфузор-диффузор» с оребренной проточной частью.
Произведем расчет теплообменных аппаратов для нагрева трансформаторного масла.
Температурная схема теплообменника при противотоке:
110 <-110
25-> 65
Д*б = 85 Д?м = 45 Д?б 85
Отношение -= — = 1,88 > 1,8, то среднюю разность температур за время
Д/м 45
нагрева можно рассчитать по формуле: Дб -Дм 85 - 45
ср =-—Дцг=Т"8^62,5 С.
1П—— 1П —
Дм 45 Средняя температура трансформаторного масла
^ = ^ -Д1ср = 110 - 62,5 = 47,5 °С
Определяем расход тепла на подогрев 1,95 т/ч трансформаторного масла от 25 до 65 °С при средней удельной теплоёмкости трансформаторного масла
с = 1,903 • 103 Дж/(кг ■ К):
О = -19501,903■ 103(60-20)= 41300 Вт. 3600 4 '
© А.Я. Золотоносов, И.А. Конахина Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Расход пара на подогрев трансформаторного масла: 41300
Л = £ =
г 2234•10
= 0,018 кг / с = 66,6 кг / ч.
Принимаем за базовый конфузорно-диффузорный теплообменный элемент, выполненный в виде усеченных прямых конусов, эквивалентный диаметр которого йэ = 0,0892 м.
Расчеты показывают, что в этом случае требуемая площадь поверхности теплообмена равна
¥ =
£
41300 2
= 1,47 м , а длина теплообменника
Шср 588 • 47,5
¥ 1,4
Ь = — I = —---0,165 = 5,13 м.
/ 0,0472
Произведем расчет теплообменника с криволинейным теплообменным элементом типа «конфузор-диффузор». Определим для этого случая критерий ]и, тогда:
]и = 1,216 N 0'48Ие0'43
й э
V Ь1 + Ь2 у
2
= 1,216 (116,8)0'48 (1144)0'43
Рг0,43
0,092
_РГж
Рг
^ 'ст у
0,25
(135,5)0 43 • 1,660 25 = 650,
V 0,115 + 0,60,
где Ь1 и Ь2 - длина дуги плоской кривой, образующей, соответственно, стенки диффузора и конфузора; йэкв эквивалентный диаметр модуля «конфузор-диффузор».
Требуемая площадь поверхности теплообменника в этом случае
¥ =
£
41300 , 36 2 = 1,36 м .
Шср 641 • 47,5
Длина теплообменника составит
¥ 1,4
Ь = — I = —--0,165 = 3,9 м.
/ 0,057
Проведём расчет коэффициента теплопередачи для криволинейного теплообменного элемента типа «конфузор-диффузор» с оребрённой проточной частью, «холодная» сторона которого оребрена и коэффициент оребрения
¥2
Ф = -2 = 1,45: -1
]\и = 0,418N0,5 Ие043
Ь
V йэкв у
0,40
Рг
0,43
Рж
Рг
^ 'ст у
0,25
= 0,418 (75,5)05 (831)043 х
х (1,12)0 40 • (135,5)043 • 1,660,25 = 654,4, где Ь - расстояние между ребрами в средней части длины диффузора. © Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Требуемая площадь поверхности теплообмена
_ О 41300 2
¥ = ——— =-= 1,01 м.
ЯД*ср 859,8 ■ 47,5
Тогда длина теплообменника Ь = ¥1 = 1,01 ■ 0,165 = 2,0 м.
/ 0,0826
Проведём оценку тепловой эффективности по методике, предложенной М.В. Кирпичевой и Глазером, при единичном температурном напоре (( = 1) [2].
Таблица
Оценка энергетической эффективности теплообменных устройств типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью «конфузор - диффузор»
Тип теплообменника «конфузор-диффузор» Количество переданного тепла О, Вт Затраты энергии N Вт Энергетический коэффициент, Е
с криволинейными стенками и оребренной проточной частью 1119,6 0,021 53314
с криволинейными стенками 1039 0,022 47227
с прямыми стенками 1011.8 0,044 22996
На рисунке показана модернизированная схема технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла
Рис. Модернизированная схема технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла
Экономический эффект от внедрения теплообменных устройств типа «труба в трубе» с вращающимся оребренным криволинейным теплообменным элементом «конфузор-диффузор» составит порядка 420000 рублей, срок окупаемости (без учета дисконтирования) составит не более двух лет.
© Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Summary
We offer technical solutions to modernize the site of heating of transformer oil in the system maslohozyaystva «Kazanorgsintez». Calculations of heat exchangers such as "tube in tube" with heat transfer elements "confuser diffuser. The estimation of the energy efficiency of such devices and is defined by their economic effect.
Key words: modernization, heat exchanger type "pipe in pipe, heat exchanger element" confuser diffuser, energy efficiency.
Литература
1. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д, Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с вращающейся теплообменной поверхностью «конфузор-диффузор» и оребренной проточной частью // Известия КазГАСУ. 2010. № 1(13). С. 194-205.
2. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. М.: Энергия, 1966. 256 с.
Поступила в редакцию 10 мая 2011 г.
Золотоносов Алексей Яковлевич - аспирант Казанского государственного архитектурно-строительного университета (КГАСУ). Тел.: 8-906-1141073. E-mail: [email protected]
Конахина Ирина Александровна - д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» (ПТЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-917-2405630.
© Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
