Расчет и конструирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

I. выбор конструкции.

Проводится либо по каталогам теплообменных аппаратов, предназначенных для той же цели, либо конструкция задается в технических условиях.

Выбирается ориентировочные размеры: наружный диаметр и толщина стенки трубки, материал трубки.

II. Проверка на механическую прочность стенки трубки по внутреннему давлению.

III. Тепловой конструктивный расчет.

Цель: определить поверхность нагрева F и размеры конструктивных элементов ее образующих (число трубок N, длину трубок L, число ходов Z).

Исходные данные: тепловая мощность Q, кВт

Параметры теплоносителей

1) выбор оптимальной скорости теплоносителя внутри трубок - (по таблице оптимальных скоростей для теплоносителей).

№	Теплоноситель
	Вязкие жидкости с вязкостью большей чем у воды (масла, мазуты)
	Вода	1-3
	Чистые газы	15-20
	Запыленные газы	10-15
	Насыщенный водяной пар	30-50
	Перегретый пар	50-75
	Разряженный пар (р<1атм)	100-200

2) определение реальной скорости движения теплоносителей и числа трубок N.

Производится по средней плотности среды в теплообменнике

округлим n до ближайшего числа и получим N

Реальная скорость:

Принимаем это значение для расчета если значение соответствует значениям в таблице.

3) расположение трубок в трубной решетке.

Расположение может быть:

а) по сторонам равностороннего треугольника.

б) по сторонам квадрата.

Расположение менее компактное, но удобнее для очистки.

в) по концентрическим окружностям.

4) определение внутреннего диаметра кожуха.

Ориентировочно рассчитывается из числа трубок N и принятого шага S.

Для одноходовых теплообменников:

Для многоходовых: , где

η – коэффициент заполнения, учитывающий дополнительное место на решетке для перегородок, шпилек и т.д. (η = 0,6-0.8)

Затем уточняется для размещения всех трубок в решетке в масштабе на чертеже. Наносим сетку и размещаем трубки так, чтобы расстояние между внутренней поверхностью и центром ближайшей трубки удовлетворял условию:

Примечание: для теплообменных аппаратов, выпускаемых серийно, окончательно применяется согласно ГОСТу.

5) определение скорости теплоносителя в межтрубном пространстве.

При продольном обтекании:

Применяем для дальнейшего расчета при условии соответствия таблице оптимальных скоростей.

При поперечном – согласно рекомендациям справочной литературы.

Примечание: 1. при подачи пара в межтрубное пространство скорость пара в нем не рассчитывается.

2. если скорость теплоносителя в межтрубном пространстве окажется меньше табличной, то ставится необходимое количество поперечных перегородок.

3. при длине трубок > 3 метров по условиям механической прочности ставится 1 перегородка на каждые 3 метра длины.

6) определение тепловой мощности теплообменного аппарата.

Тепловая мощность: - задается;

- определяется по расходу и температурам теплоносителей.

Если тепловая мощность определяется по параметрам нагреваемого теплоносителя, то тепловая мощность со стороны греющего теплоносителя должна быть определена с учетом коэффициента сохранения теплоты.

, - средние теплоемкости теплоносителей

Примем для кожухотрубчатого теплообменного аппарата

7) определение среднего температурного напора - .

При расчете предполагаем, что движение теплоносителей чистый противоток.

Если , то

При смешанном токе теплоносителей -

, где

8) определение коэффициента теплоотдачи – k.

Если , то коэффициент теплоотдачи k можно определять по формуле для плоской стенки:

Примечание: для загрязненных теплообменников необходимо учитыватьтепловое сопротивление отложений на обеих сторонах стенки.

, где

S₁ и S₂ – толщина отложений со стороны α₁ и α₂ с теплопроводностями λ₁ и λ₂

Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи

при различных условиях теплообмена.

№	Условия теплообмена	α, Вт/м^2К
	Турбулентное движение воды: - вдоль труб - поперек труб	1000-3000 3000-5000
	Турбулентное движение воздуха: - вдоль труб - поперек труб	50-100 100-300
	Ламинарное движение воды	400-500
	Ламинарное движение воздуха	2-10
	Кипение воды в большом объеме	2000-2400
	Конденсация насыщенного водяного пара	5000-15000
	Свободная конвекция воды в большом объеме	600-900

Примечание: 1) коэффициент теплоотдачи k всегда меньше наименьшего из α.

2) чем больше разница между α₁ и α₂, тем ближе k к наименьшему из α.

9) определение поверхности нагрева F.

10) определение размеров элементов поверхности теплообмена.

Известно: N – число трубок в одном ходе, d_cp – расчетный диаметр трубки

а) если

б) если берется по диаметру трубки со стороны меньшего из α.

Неизвестно: Z – число ходов, L – длина одного хода.

1. принимаем Z = 1

2. по ГОСТу определяем длину трубок L = 6 метров, реже 8.

3. определяем отношение между длиной трубок и внутренним диаметром кожуха:

4. если К > 7 или L > 6 метров, то принимаем Z = 2 и определяем L и K и т.д.

Примечание: если Z > 1,то необходимо пересчитать D_вн, т.к. увеличение Z требует установки перегородки в крышке, из-за чего трубки, попадающие под перегородку, переносятся на периферию.

IV. Построение эскиза теплообменного аппарата и определение всех геометрических размеров.

Элементы:

· Трубка

· Корпус

· Крышки

· Трубные доски

· Перегородки

· Фланцы

· Патрубки

· Обтюрация (уплотнения)

· Опоры

V. Согласование конструкторских размеров с ГОСТами и коррекция размеров.

Если коррекция не затрагивает размеров трубок и корпуса, торасчет продолжается, если меняется – возвращаемся к тепловому конструктивному расчету.

VI. Механический расчет всех элементов.

Цель: обеспечивает прочность всех элементов, при необходимости произвести коррекцию размеров элементов с повторным механическим расчетом.

В основном используются цилиндрические аппараты, для которых рассчитываются следующие элементы:

§ Корпус аппарата

§ Укрепление отверстий в аппарате

§ Трубчатое теплообменное устройство

§ Разъемные соединения

§ Опоры лап

Примечание: если коррекция размеров после прочностного расчета не затрагивает размеров теплообменной поверхности, то расчет продолжается, если размеры изменились, то возвращаются назад к тепловому расчету.

VII. Гидравлический расчет теплообменника

Цель: определение гидравлического сопротивления теплообменника и затрат на перекачку теплоносителей.

VIII. Гидравлические испытания теплообменного аппарата по требованиям ГОСГОРТЕХнадзора.

IX. Подбор необходимых приборов КИП и А для контроля за параметрами теплоносителей.

X. Расчет тепловой изоляции

Цель: уменьшение тепловых потерь и обеспечение санитарных норм: температура на поверхности изоляции в помещение не должна превышать +45 , вне помещения + 55 .

XI. Определение цепи изготовления и монтажа аппарата.

Дата добавления: 2014-12-16