аво расчет. 3 Расчетная часть 1 Расчет теплового баланса аво газа

• Название: 3 Расчетная часть 1 Расчет теплового баланса аво газа
• Дата: 01.03.2023
• Размер: 216.29 Kb.
• Имя файла: аво расчет.docx
• Тип: Документы; #963230

3 Расчетная часть

3.1 Расчет теплового баланса АВО газа

Целью расчета теплообменного аппарата является определение его геометрических размеров, тепловых и конструктивных показателей для конкретных технологических условий.

Исходными данными для расчета являются расход и температуры охлаждаемого или конденсируемого теплоносителя, теплофизические свойства

теплоносителя, включая данные по фазовому переходу (если он происходит).

Исходные данные:

− место расположения аппарата: Северо –Уренгойское месторождение;

− коэффициент ореберения ϕ: 20;

− наименование рабочей среды: природный газ;

− давление пробное P_пр, Мпа : 10,49;

− давление рабочее P_р, Мпа : 8,3;

− температура теплоносителя на входе, t₁, ⁰С : 61;

− температура теплоносителя на входе t₂, ⁰С : 19;

− температура воздуха на входе t_1в, ⁰С: 20,8;

− температура воздуха на выходе t_2в,⁰С: 27,6;

− количество охлаждаемого продукта V: 400000;

− количество используемого воздуха V_в: 120000.

Расчетные данные приведены в таблице 4:

Таблица 4 – Основные параметры оребренной трубы

Параметр	Коэффициент оребрения
	ϕ =9	ϕ =14,6	ϕ =20
Диаметр трубы у основания ребер dн, мм	28	28	27
Диаметр основной трубы(для биметаллических) d, мм	25	25	25
Внутренний диаметр трубы биметаллической dВН, мм	21	21	21
Внутренний диаметр трубы монометаллической dВН, мм	22	22	22
Шаг ребер u, мм	3,5	3	2,5
Количество ребер на 1 м трубы	286 ± 5	333 ± 5	400 ± 5
Высота ребер h, мм	10,5	14	15
Толщина ребер в верхней части (у торца) δ1, мм	0,6	0,6	0,6
Толщина ребер у основания δ2, мм	1,1	1,1	1,1
Диаметр ребер Dр, мм	49	56	57
Площадь теплообмена 1 м трубы, м 2: по оребрению Fтр по неоребренной поверхности Fн	0,792 0,088	1,284 0,088	1,69 0,085

По таблице 4 выбираем:

− диаметр трубы у основания рёбер d_н,мм: 27;

− диаметр основной трубы d, мм: 25;

− внутренний диаметр трубы d_вн, мм: 21;

− шаг рёбер U: 2,5;

− количество рёбер на 1 м трубы: 400 ± 5;

− высота рёбер h, мм: 15;

− толщина ребер в верхней части δ₁, мм: 0,6;

− толщина ребер у основания δ₂, мм: 1,1;

− диаметр ребер Dр, мм: 57.

Площадь теплообмена 1 м трубы:

− по оребрению F_тр: 1,69;

− по неоребренной поверхности F_н : 0,085.

Используемые в расчетах константы:

− теплопроводимость воздуха , :

− теплопроводимость природного газа , :

− кинематическая вязкость воздуха , :

− кинематическая вязкость природного газа , :

− плотность воздуха , :

− плотность природного газа , :

− удельная теплоёмкость воздуха , :

− удельная теплоёмкость природного газа С, : 2,22

− поверхность корпуса аппараты контактирующая с

воздухом F_корп, м²: 9930

Большая и меньшая разность температур между теплоносителями на концах теплообменника:

, (1)

(2)

Расчет теплового баланса

Основными уравнениями теплового расчета АВО являются уравнение теплового баланса и основное уравнение теплопередачи. Оба эти уравнения решаются совместно, причем для определения тепловой нагрузки применяется уравнение теплового баланса, а для определения поверхности теплообмена служит основное уравнение теплопередачи.

Рассчитаем тепловую нагрузку:

(3)

Если считать, что тепло передается воздуху, и учитывать потери тепла в

окружающую среду, тогда:

(4)

При передаче тепла воздуху:



Рассчитаем средние температуры теплоносителя и воздуха:

, (5)



(6)


Рассчитываем температуру стенки:



( (7)
Рассчитываем потери тепла в окружающую среду:



Тогда общая тепловая нагрузка:



(8)
Таблица 5 – Некоторые значения тепловой напряженности в АВО

Наименование процесса	Величина тепловой напряженности	Коэффициент теплопередачи
Конденсация и охлаждение толуола	6700	62
Охлаждение ароматических углеводородов	8800	84
Охлаждение газопродуктовой смеси	4300	98
Охлаждение паровой смеси	5600	91
Конденсация и охлаждение паров бензина, газа C4 и водяного пара	7500	168
Охлаждение дизельного топлива	4400	93
Охлаждение керосина	5300	92

Выбираем из таблицы 5 подходящую величину теплонапряженности

аппарата воздушного охлаждения:

(9)

Определяем необходимую теплопередающую поверхность аппарата:

(10)

По таблице 5 подбираем конкретный аппарат воздушного охлаждения

(тип, количество рядов труб в секции, количество ходов по трубам, давление,

коэффициент оребрения труб, коэффициент увеличения поверхности).

Таблица 6 – Параметры некоторых АВО специального назначения

Тип аппарата	2 АВГ–75	2 АВГ–100	АВГ–160		АВГ–300
Коэффициент оребрения труб	20	20	14,6		14,6
Движение условное МПа	7,5	10	до 17		32
Число секций	3	3	4		4
Количество рядов труб	6	6	6		8
Число ходов по трубам	1	1	3		4
Количество труб	528	528	208		252
Длина труб м	12	12	8		8
Диаметр колеса вентилятора м	5	5	2,8		2,8
Тип двигателя для вентилятора	ВАСО –16 –14 –24	ВАСО –16 –14 –24	ВАСО –37		ВАСО –37
Мощность двигателя , кВт	37	37	37		37
Количество вентиляторов	2	2	4		4
Наружная поверхность труб (по оребрению) м2	9930	9930	7920		9600
Назначение	Охлаждение газа на компрессорных станциях и магистральных трубопроводах			Охлаждение природного газа и конденсация углеводородов		Охлаждение продукта в агрегате синтеза метанола

Полностью удовлетворяет искомым эксплуатационным условиям аппарат

2АВГ – 100:

– давление условное P_усл., Мпа : 10

– число секции шт.: 3

– число рядов труб Z: 6

– число ходов по трубам: 1

– длина труб м: 8

– количество рядов вентиляторов шт.: 2

– теплопередающая поверхность аппарата: 421,65

Основное уравнение теплопередачи:

, (11)

где:

Коэффициент теплопередачи:

Полная поверхность теплообмена:

Средняя разность температур теплоносителей по все поверхности теплообмена:

(12)

Рассчитываем среднюю разность температур при перекрестном токе:




Поправочный коэффициент определяется графически в зависимости от вспомогательных величин R1 и P:



Определяем поправочный коэффициент (Приложение А рисунок 1):

Определяем поправочный коэффициент:

Рассчитываем средняя разность температур теплоносителей по все поверхности теплообмена:

Рассчитаем поправочную величину тепловой нагрузки:



В общем виде коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

(13)

где:

Коэффициент теплоотдачи со стороны продукта:

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Сумма тепловых сопротивлений материала стенки и загрязнений со стороны продукта и воздуха:

Коэффициент теплоотдачи от продукта:

Рассчитаем число Рейнольдса для определения режима движения продукта в трубах: (14)



где:

Скорость потока продукта:



где:

площадь свободного сечения перед секциями аппарата:



Скорость потока продукта в узком сечении:



где:

коэффициент сужения

Тепловые сопротивления:

В связи с тем, что в аппаратах воздушного охлаждения применяются биметаллические трубы, для подсчета теплового сопротивления используется величина, полученная путем условной замены биметаллической трубы с двумя слоями разных металлов трубой с одним слоем суммарной толщины с таким эквивалентным коэффициентом теплопроводности λ ЭКВ, чтобы тепловое сопротивление эквивалентного слоя было равно тепловому сопротивлению биметаллической трубы.

Определим эквивалентный коэффициент теплопроводности:

(15)

где:

Коэффициент теплопроводности материала наружной трубы:



Коэффициент теплопроводности материала внутренней трубы:



Определим эквивалентный диаметр трубы:

(16)

Как показывает опыт эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения, загрязнение наружной оребренной поверхности труб практически не происходит. Таким образом, тепловое сопротивление загрязнений в АВО имеет место только со стороны охлаждаемого продукта в трубах.

Расход электроэнергии на привод вентилятора.

Аппараты воздушного охлаждения укомплектовываются электродвигателями различной мощности, выбираемыми по максимальным

расчетным нагрузкам.

Мощность электродвигателя:

(17)

где:

Мощность на валу вентилятора



Где:

Подача вентилятора:

КПД вентилятора:

КПД электродвигателя:

КПД передачи:

Давление, создаваемое вентилятором:

Вывод: Полностью удовлетворяет эксплуатационным условиям аппарат 2АВГ – 100