Расчет теплообменника. 2. 4 Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата
 Скачать 113.33 Kb.
|
|
2.4 Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата Горизонтальные быстродействующие теплообменники по ГОСТ 27590 с трубопроводной системой из прямых, гладких или профильных труб отличаются тем, что для устранения прогиба труб устанавливаются двухсекционные опорные стенки, входящие в состав трубопроводной сети. Такая конструкция опорных стен облегчает монтаж и замену труб в условиях эксплуатации, так как отверстия опорных стен расположены соосно с отверстиями трубных решеток[21,с.73]. Каждая опора смещена на 60 ° C, что увеличивает турбулентность потока охлаждающей жидкости, проходящего через пространство трубы, и увеличивает коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к стенке трубы, тем самым увеличивая рассеивание тепла на 1 м2 площади нагрева. Латунные трубы с наружным диаметром 16 мм и толщиной стенки 1 мм используются в соответствии с ГОСТ 21646 и ГОСТ 494[11,с.202]. Еще большее увеличение теплопередачи достигается за счет использования профилированных труб в струе труб вместо гладких латунных труб, изготовленных из тех же труб, путем выдавливания на них поперечных или винтовых канавок с помощью рулона, что приводит к турбулентности потока настенной жидкости внутри труб. Теплообменники состоят из секций, соединенных роликами вдоль трубного пространства и трубами вдоль трубного пространства. Патрубки могут быть разъемными на фланцах или неразъемными сварными. В зависимости от конструкции водоподогреватели для систем горячего водоснабжения имеют следующие условные обозначения: для разъемной конструкции с гладкими трубками - РГ, с профилированными - РП; для сварной конструкции - соответственно СГ, СП[14,с.104]. Пример условного обозначения водоподогревателя разъемного типа с наружным диаметром корпуса секции 219 мм, длиной секции 4 м, без компенсатора теплового расширения, на условное давление 1,0 МПа, с трубной системой из гладких трубок из пяти секций, климатического исполнения УЗ: ПВ 219 х 4-1, О-РГ-5-УЗ ГОСТ 27590.  Рис. 1. Вид горизонтального секционного кожухотрубного водоподогревателя  Рис. 2. Конструктивные размеры водоподогревателя 1 - секция; 2 - калач; 3 - переход; 4 - блок опорных перегородок; 5 - трубки; 6 - перегородка опорная; 7 - кольцо; 8 - пруток; Методика определения параметров для расчета теплообменника 1. Расчет поверхности нагрева водоподогревателей отопления  , кв.м, проводится при температуре воды в тепловой сети, соответствующей расчетной температуре наружного воздуха t0= -32C для проектирования отопления, и на расчетную производительность Qвыр=40973 Вт, которая определена ранее.2. Температуру нагреваемой воды (в трубах) необходимо принять: - на входе в водоподогреватель 02 - равной температуре воды 70C в обратном трубопроводе систем отопления при температуре наружного воздух t0= -32C; - на выходе из водоподогревателя 01 - равной температуре воды 95C в подающем трубопроводе тепловых сетей за ЦТП при температуре наружного воздуха t0= -32C 3. Температуру греющей воды (в межтрубном пространстве) следует брать: - на входе в водоподогреватель - равной температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети 115C на вводе в тепловой пункт 1 при температуре наружного воздуха t0= -32C; - на выходе из водоподгревателя 2 - на 5-10 °С выше температуры воды 02 в обратном трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха t0= -32C. 4. Расчетные расходы воды Gd0 и G0max, кг/ч, для расчета водоподогревателей систем отопления необходимо вычислять по формулам: - при независимом присоединении систем отопления и вентиляции через общий водоподогреватель расчетные расходы воды Gd0 и G0max, кг/ч, следует определять по формулам: - греющей воды Gd0 = 3,6Qвыр / (1 - 02 )c (1) Gd0 = 3,6* 96787 / (115 - 70 )*4,2=1844 кг/ч - нагреваемой воды G0max = 3,6Qвыр / (01 - 2 )c (2) G0max = 3,6*96787/ (95 - 75 )*4,2=4148 кг/ч где Qвыр -тепловая мощность системы отопления, Вт; с – теплоемкость воды- 4,2 кДж/кг*К. 5. Температурный напор tcp , °С, водоподогревателя отопления определяется по формуле tcp = ((1 - 02) - (01 - 2 ))/ (2,3 lg((1 - 02)/(01 - 2 )) (3) tcp = ((115 - 70) - (95 - 75 ))/ (2,3 lg((115 - 70)/(95 - 75 ))=31,25°С 6. Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках, равной Wтр=1 м/с, и исходя из двухпоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя fтрусл , кв.м, по формуле: fтрусл = G0max / (2 * 3600 * Wтр * ) (4) fтрусл = 4148 / (2 * 3600 * 1* 1000)=0,00058 кв.м где =1000 кг/куб.м – плотность воды. В соответствии с полученной величиной fтрусл и по приложению 1 выбираем наиболее подходящий типоразмер водоподогревателя. Уточняется fтр и определяется fмтр Берем fтр=0,00062 кв.м и fмтр=0,00116 кв.м 7. Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам: Wтр = G0max / (2 * 3600 * fтр * ) (5) Wтр = 4148 / (2 * 3600 * 0,00062 * 1000) =0,93 м/с Wмтр = Gd0 / (2 * 3600 * fмтр * ) (6) Wмтр = 1844 / (2 * 3600 * 0,00116 *1000) =0,22 м/с 8. Коэффициент теплоотдачи 1, Вт/(кв.м ·°С), от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле 1 = 1,16 (1210+18 ср.гр. – 0,038 (ср.гр. )2) Wмтр0,8/ dэкв0,2 (7) 1 = 1,16 (1210+18*95 – 0,038 (95 )2) 0,220,8/ 0,01290,2=2125 Вт/(кв.м ·°С) где ср.гр. = (1 + 2)/2 = (115 + 75)/2=95 °С (8) Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв=0,0129 м, для выбранного типоразмера водоподогревателя принимается по приложению 1. 9. Коэффициент теплоотдачи 2, Вт/(кв.м · К), от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле; 2 = 1,16 (1210+18 ср.н. – 0,038 (ср.н. )2) Wтр0,8/ dвн0,2 (9) 2 = 1,16 (1210+18*82,5 – 0,038 (82,5)2)0,930,8/ 0,0140,2=6263 Вт/(кв.м · К) где ср.н. = (01 + 02)/2= (70 + 95)/2=82,5 °С ( 10) dвн = 0,014 м – внутренний диаметр трубки. 10. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя k, Вт/(кв.м · К), следует определять по формуле; K=/(1/1 + 1/2 + ст/ст), (11) K=0,95*0,9/(1/2125+ 1/6263+ 0,001/118)=1338 Вт/(кв.м · К) где - коэффициент эффективности теплообмена: для гладкотрубных водоподогревателей с опорами в виде полок = 0,95, для гладкотрубных с блоком опорных перегородок = 1,2; - коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается = 0,8-0,95; Берем = 0,9 ст = 0,001 м – толщина стенки трубки; ст = 118 Вт/(м*К)- теплопроводность материала стенки трубки (латунь). 11.При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя Qвыр по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и разности температур tcp определяется необходимая поверхность нагрева F водоподогревателя по формуле; F = Qвыр/ ktcp (12) F = 96787/ 1338*31,25=2,32 кв.м 12.Число секций водоподогревателя в одном потоке M, шт., вычисляем по формуле (для двухпоточной компоновки); M=F/(2fceк). (13) где fceк=0,37 – поверхность нагрева одной секции, кв.м, принимаемая из приложения 3 для выбранного типоразмера теплообменника M=2,32/(2*0,37)=3,14 Округляем до целого числа и получаем M=3 |