Конструктивный тепловой расчет

Введение

Классификация теплообменных аппаратов.

Теплообменным аппаратом (ТА) называется устройство, назначением которого является передача тепла от одного тела к другому.

ТА широко применяются в нефтедобывающей, газовой и химической промышленности, при транспорте и хранении нефти, нефтепродуктов и газа. В нефтедобывающей промышленности ТА являются составной частью компрессорных установок, водогрейных и парогенераторных установок и т.д.

В газовой промышленности ТА применяются в энергетических установках компрессорных станций магистральных газопроводов, газобензиновых заводах, на установках низкотемпературной сепарации газа и т.д.

В нефтеперерабатывающей и химической промышленностях ТА применяются для нагрева сырья, охлаждения целевых продуктов и полуфабрикатов, на энергетических и компрессорных установках и т.д.

Широкое распространение ТА в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт эксплуатации и анализировать рабочий процесс.

Эффективная работа ТА приводит к сокращению расхода топлива и улучшает технико-экономические показатели установок.

Кожухотрубные теплообменники относятся к поверхностным теплообменным аппаратам рекуперативного типа. Широкое распространение этих аппаратов обусловлено прежде всего надежность конструкции и большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации.

Различают следующие типы кожухотрубных аппаратов:

Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками (жесткотрубные ТА);

Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе;

Теплообменные аппараты с плавающей головкой;

Теплообменные аппараты с U-образными трубами.

Кожухотрубный ТА представляет из себя пучок теплообменных труб, находящихся в цилиндрическом корпусе (кожухе). Один из теплоносителей движется внутри теплообменных труб, а другой омывает наружную поверхность труб. Концы труб закрепляются с помощью вальцовки, сварки или пайки в трубных решетках. В кожух ТА с помощью дистанционных трубок устанавливаются перегородки. Перегородки поддерживают трубы от провисания и организуют поток теплоносителя в межтрубном пространстве, интенсифицируя теплообмен. К кожуху ТА привариваются штуцера для входа и выхода теплоносителя из межтрубного пространства. На входе теплоносителя в межтрубное пространство в ряде случаев устанавливаются отбойники, необходимые для уменьшения вибрации пучка, равномерного распределения потока теплоносителя в межтрубном пространстве и снижения эрозии ближайших к входному штуцеру труб. К кожуху ТА с помощью фланцевого соединения крепятся распределительная камера и задняя крышка со штуцером для входа и выхода продукта из трубного пространства.

Конструктивный тепловой расчет

Определение неизвестного массового расхода нефти G2 и параметров теплоносителей.

Теплоноситель	G, кг/с	t`, C	t``, C
Горячий: керосин
Холодный: нефть	-

Дано:

- средняя температура теплоносителей.

tcр1. = = 125,5º C

tср 2. = = 55,5º С

Выписываем теплофизические свойства при tср:

	tcр,ºС			, ,
Горячий: керосин	182,5	2802,5	8,92	0,4163		0,09165
Холодный: нефть	63,5	2160,275	536,3699	35,269		0,114488

Находим мощность теплообменного аппарата Q,Вт, по исходным данным:

- коэффициент, учитывающий потери тепла в окр. среду.

Направляем нефть в трубное пространство, а керосин в межтрубное.

Находим среднюю разность температур между теплоносителями по уравнению Грасгофа:

Рассчитываем оптимальный диапазон площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства и минимального индекса противоточности Рmin ТА:

;

где и максимальная и минимальная рекомендуемые скорости потоков теплоносителей: м/c и м/c

Выбираем противоток

Определяем водяной эквивалент kF и площадь поверхности F теплообмена теплообменного аппарата:

,

где и коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве. Принимаем = 1200 для нефти и =1500 для керосина -пренебрегаем.

Определим расчетную площадь поверхности теплообмена: