ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбунов К. ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбу. Расчет теплообменного оборудования

• Название: Расчет теплообменного оборудования
• Анкор: ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбунов К.С
• Дата: 10.03.2022
• Размер: 169.47 Kb.
• Имя файла: ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбу.docx
• Тип: Пояснительная записка; #389410
• страница: 3 из 5

Где:

– температура насыщения при давлении

Найдем средние температуры теплоносителей. При противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя по формуле

Теплоемкость воды и ее плотность определяется по средней температуре из таблиц:



Определяем тепловую мощность.


– расход нагреваемого теплоносителя, кг/с;


Число трубок в теплообменнике:


Принимаем число трубок уточняем скорость:


Общее число труб в теплообменном аппарате с учетом количества ходов:



2 хода объясняется принципиальной конструкцией аппарата с плавающей головкой.

4. 
   Расположение трубок в трубной решетке.
   

Используем разметку трубной решетки по вершинам равностороннего треугольника (ромбический пучок). Этот способ выгоднее двух других (по вершинам прямоугольника или квадрата и по концентрическим окружностям), т.к. при размещении трубок по вершинам прямоугольника количество трубок, размещенных на единице площади трубной доски оказывается минимальным, а провести разметку по концентрическим окружностям гораздо сложнее, чем по вершинам равностороннего треугольника.

Разбивка труб на плоскости трубной решетки производится после выбора шага между центрами трубок , который принимают из условий прочности решетки и полноты ее заполнения в интервале:

При этом расстояние центров периферийных трубок от края решетки , м, должно удовлетворять условию:

5. 
   Определение внутреннего диаметра корпуса.
   

Ориентировочно внутренний диаметр корпуса рассчитывается по общему количеству трубок , принятому шагу и способу разбивки. Для многоходового аппарата:

где: - шаг трубной решетки, м;

- число трубок;

- число разгрузочных шпилек;

- наибольшая суммарная длина перегородок в днище аппарата, м.

Ещё больше возрастает диаметр аппаратов с подвижной трубной решеткой.

Таким образом, рассчитываем диаметр трубной решетки плавающей головки и корпуса аппарата.

В первом приближении принимаем и

Практически внутренний диаметр определяется после эскизного вычерчивания трубной решетки в масштабе.

Таким образом, принимаем согласно ГОСТ 10704-91 диаметр трубной решетки и плавающую камеру из стальной трубы диаметром 377 мм и толщиной стенки 5 мм.

Корпус принимаем из стальной трубы диаметром 530 мм и толщиной стенки 6 мм.

Для насыщенного водяного пара скорость в межтрубном пространстве не проверяется.

6. 
   Определение коэффициента теплопередачи.
   

Коэффициент теплопередачи , через стенку трубки толщиной при d_ср/δ≥2 можно считать по формуле для плоской стенки:

- теплопроводность материала, из которого изготовлена трубка, для латуни,

- толщина стенки трубки, м.

- коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке,

, находится через критерий Нуссельта:


Критерий Нуссельта определяется по эмпирической формуле:



Коэффициент учитывает отношение длины трубы lк ее диаметру d. Как правило .

Теплофизические параметры пара при 0,8 МПа









Определение коэффициента теплоотдачи от пара к трубкам ₁ (пленочная конденсация на горизонтальной трубе):



где














Пересчитаем температуру стенки:

Погрешность в определении температуры стенки:


Коэффициент теплопередачи:

Где – толщина стенки трубки.

7. 
   Определение площади поверхности нагрева и размеров ее элементов.
   

Найдем длину трубок при числе ходов z.

z	2	2
D	0,518	0,4
L	2,78	2,78
K	5,3	6,95

8. 
   Определение диаметров патрубков.
   

- диаметр патрубка для пара:


Где








Округляем в большую сторону до стандартного значения
- диаметр патрубка для нагреваемой воды:


Округляем в большую сторону до стандартного значения

w_в – скорость воды в патрубке, принимаем 1,97 м/с.

- диаметр патрубка для конденсата:



w_в – скорость конденсата в патрубке, принимаем 1,6 м/с.
Округляем в большую сторону до стандартного значения

3. 
   ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
   

На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса) определяется по формуле:



где - раcход теплоносителя ^кг/с;

- гидравлическое сопротивление аппарата, ^Н/м²;

- плотность теплоносителя, ^кг/м³;;

- к.п.д. насоса.
Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.

Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости.

В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле:



где - сопротивление трения;

- местные сопротивления.

1. 
   Расчет линейного сопротивления трения.
   

Сопротивление линейных участков – это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле:

где L  полная длина пути жидкости в аппарате, м;

w  средняя скорость движения теплоносителя, м/с;

ρ  плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м²;

 эквивалентный диаметр канала, м;

 коэффициент сопротивления трения.

Расчет линейного сопротивления трения для воды:

2. 
   Расчет местных сопротивлений.
   

Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:


Учесть все сопротивления очень трудно, поэтому учитываются только наиболее значимые.

Таким образом для трубного пространства:

1. – сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру;

2. - сопротивление поворота потока на 90°;

3. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка;

4. - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в плавающую камеру;

5. - сопротивление поворота потока на 180°;

6. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из плавающей камеры;

7. - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в распределительную камеру;

8. - сопротивление поворота потока на 90°;

9. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в выходной патрубок из распределительной камеры.

Сопротивления поворота потока на 90° и 180⁰ окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь. Таким образом, сумма местных сопротивлений для рассматриваемого случая составит:

В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле:



где - коэффициент местного сопротивления.
Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру.

Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:











Расчет - Сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубную решетку:
Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:











Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в плавающую камеру:








Расчет - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из плавающей камеры:






Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубки в сборную камеру.









Расчет - сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок.







Суммарное местное сопротивление воды:




Полное сопротивление нагреваемого теплоносителя:

3. 
   Расчет мощности на перемещение теплоносителей через аппарат (мощность на валу насоса).
   

Примем КПД насосов



Гидравлические испытания аппаратов производятся после выполнения всех сварочных и сборочных работ с целью проверки прочности деталей, и плотности сварных и разъемных соединений. Испытания проводят чистой водой, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равным 10 минут. После снижения давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все швы, прилегающие к ним участки и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов.

Аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание при условии, что при осмотре не было обнаружено разрывов, течи, а также видимых остаточных деформаций.
II