Проектирование теплообменных аппаратов

ТЕПЛОВОЙ  И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО  ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЯ 

    Выбрать и рассчитать водоподготовительную установку пластинчатого теплообменника, собранного из пластин 0,6р. Пластины толщиной 0,8 мм из стали 12Х18Н10Т с коэффициентом теплопроводности 16 Вт/(м×К).

1) Учитывая  соотношение расходов холодного и горячего теплоносителей и , принимаем симметричную компоновку теплообменника. 

2) По  оптимальной скорости воды  = 0,4 м/с и наибольшему расходу определяем требуемое количество каналов:

где - площадь поперечного сечения канала, берем из таблицы технических характеристик пластин (табл. 4 приложения) =0,00245 м².

    Принимаем т_к = 23. 

3) Общее  живое сечение каналов в пакете:

      

, м² 

4) Фактические  скорости греющей и нагреваемой воды:

      

, м/с;

      

, м/с. 

5) Коэффициент  теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины:

, Вт/(м²×К)

   где А - коэффициент, зависящий от типа пластин, принимается по табл. 4

         приложения, А = 0,492 

6) Коэффициент  теплоотдачи от стенки к нагреваемой  воде

      

, Вт/(м²×К) 

7) Коэффициент  теплопередачи определяется с  учетом заданной толщины слоя  загрязнений = 0,10 мм и коэффициента теплопроводности этого слоя:

, Вт/(м²×К),

 

8) Требуемая поверхность теплообмена:

, м².

где - среднеарифметическая разность температур между горячим и холодным теплоносителем.

, ^оС. 

9) Количество  пакетов теплообменника:

где - поверхность нагрева одной пластины, м². Из табл. 4 приложения =0,6м². 

10) Действительная  поверхность нагрева:

 

11) Потери давления  в водоподогревателе:

нагреваемой воды:

, кПа

греющей воды:

, кПа

где  - для нагреваемой воды;

- для греющей воды;

Б - коэффициент, зависящий от типа пластины по табл. 4 приложения, Б=3. 

12) Окончательно выбираем теплообменник РС 0,6р-0,8-81-1К-01, схема компоновки

По расчетным  данным и данными таблиц 4-6 приложения выполняем габаритный чертеж теплообменника. 

13) Заносим основные  характеристики аппарата в сводную  таблицу.

 

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПАРОВОДЯНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

 

Исходные  данные:

    Произвести  тепловой, конструктивный и гидравлический расчет и разработать конструкцию вертикального пароводяного подогревателя.

Исходные данные для расчета:

производительность Q = 4 МВт;

греющий пар сухой, насыщенный с давлением Р = 0,12 МПа;

температура нагреваемой  воды: на входе  = 50 °С;

на выходе  = 95 °С; 

   Трубную систему выполнить из латунных трубок (латунь Л-68 с коэффициентом теплопроводности = 105 Вт/(м×К)) с наружным диаметром = 20 мм и внутренним - = 18 мм. Скорость воды в трубках ориентировочно принять = 2,0 м/с. Ориентировочное число ходов 2.

Влияние загрязнения поверхности теплообмена учесть дополнительным термическим сопротивлением слоя загрязнений на внутренней поверхности трубок толщиной = 0,1 мм с коэффициентом теплопроводности = 2 Вт/(м×К). 

Расчет

1. Определяем расход пара:

, кг/с

где - соответственно энтальпии пара и конденсата на линии насыщения при давлении 0,4 МПа. По таблицам Ривкина i"_n= 2683,1кДж/кг, = 439,3кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду, =0,99. 

2. Определяем  массовый и объемный расход воды:

,кг/с

, м³/с

где С_в =4187 Дж/(кг*К) - удельная массовая теплоемкость воды;

р_в = 976,28 кг/м³ - плотность воды при температуре =(95+50)/2 = 72,5 °С. 

3. Средняя логарифмическая  разность температур теплоносителей в  подогревателе:

°С 
 
 
 

где - температура насыщения при давлении в паровом пространстве. По таблицам Ривкина при =0,12 МПа, = 104,78 °С.

 

4) Определяем число трубок в одном ходе предварительно:

, шт,

всего в корпусе  трубок предварительно:

 шт.

   Принимаем шаг трубок S = 32 мм, угол между осями трубной системы а = 60° (треугольная разбивка).

   По  таблице определяем количество труб, которое можно разместить в равностороннем шестиугольнике N = 91, и число труб, расположенных на диаметре n_d=11.

   Диаметр описанной вокруг шестиугольника окружности определяем по формуле:

    

, мм;

    Внутренний  диаметр корпуса подогревателя:

    

, мм

    Принимаем для корпуса подогревателя трубу 377/359 мм.

    Общее число трубок 91 шт.

   Для установки перегородок в верхней  и нижней водяных камерах удаляем  5 трубок.

   Таким образом, действительное число трубок в подогревателе равно:

   

, шт,

то есть по 43 трубок в каждом ходе.

5) Действительная скорость воды в трубках

, м/с. 

6) Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к вертикально расположенным трубкам можно определить в зависимости от значения числа Григулля:

по следующим  формулам:

z<2300                    

, Вт/(м²×К); 

z>230                        

, Вт/(м²×К), 

где                        

,

 

здесь: Н - расчетная высота трубок, м;

t_H,t_cm - температура конденсата (равная температуре насыщения пара) и температура стенки;

- температурные множители.

    Использование этих формул требует расчетов теплообменника методом подбора значения t_cm. Применим вместо этого методику упрощенного графоаналитического расчета теплообменника, которая обеспечивает однозначное решение.

    Коэффициент теплопередачи определим графоаналитическим методом, для чего предварительно находим для различных участков перехода теплоты зависимость между плотностью теплового потока и перепадом температур .

    а) Теплоотдача от пара к стенке. Коэффициент  теплоотдачи определяем по формуле Нуссельта:

, Вт/(м²×К),

    где:

         Н - расстояние между соседними перегородками, принимаем Н = 0,5 м.

, Вт/(м²×К),

    Для найденного значения плотность теплового потока будет

, Вт/(м²×К),

    Задавшись рядом значений , вычисляем соответствующие величины и , сводя их в таблицу.

К расчету  величины а

 

    б) Передача тепла через стенку:

, Вт/м²,

    то  есть связь между  и изображается графически прямой линией. Задавшись значением ^оС, находим эту точку на графике и проводим через нее прямую из начала координат

, Вт/(м²×К),

 

    в) Передача тепла через слой накипи:

    

    Задавшись значением  °С, находим:

, Вт/(м²×К),

   Наносим эту точку на график и проводим через нее прямую из начала координат.

    г) Передача теплоты от стенки к воде:

 Вт/(м²×К),

    Задавшись значением ^оС, получим