II. Конструктивный тепловой расчет
Курсовая работа по теплотехнике
«Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов»
Задание № 26
Проверила: Чурикова М.М.
Выполнил: Шимин А.С.
Группа ХТ-08-2
Москва 2010
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:
ü Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками (жесткотрубные ТА);
ü Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе;
ü Теплообменные аппараты с плавающей головкой;
ü 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.
II. Конструктивный тепловой расчет.
1.Определение
· неизвестного массового расхода масла G2 и параметров теплоносителей.
Теплоноситель | G, кг/с | t`, C | t``, C | tср , C |
Горячий теплоноситель (вода) | ? | ? | ||
Холодный теплоноситель (нефть) | 52,5 |
Дано:
· Для нахождения мощности ТА записываем уравнение теплового баланса:
мощность теплообменного аппарата Q по исходным данным:
- коэффициент, учитывающий потери тепла в окр. среду.
Берем t1``=100º C
- средняя температура теплоносителей.
tcр1. = = 112,5º C
Возьмем t1``=95,18º C
tcр1. = = 110,09º C
tср 2. = = 52,5º С
Выписываем теплофизические свойства при tср:
tcр,ºС | ![]() | ![]() | ![]() ![]() ![]() | ![]() | ![]() | |
Горячий теплоноситель- вода | 110,09 | 1,75 | 0,295 | 958,4 | 0,683 | |
Холодный теплоноситель-нефть | 52,5 | 37,0506 | 813,93 | 0,1208 |
Направляем воду в трубное пространство, а нефть в межтрубное.
· средней разности температур между теплоносителями по уравнению Грасгофа:
· оптимального диапазона 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
· водяного эквивалента kF и площадь поверхности F теплообмена теплообменного аппарата:
,
где и
коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве. Принимаем
=10250
для воды и
=325
для нефти.
Определим расчетную площадь поверхности теплообмена:
2. Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу.
а) Выбираем теплообменник с неподвижными трубчатыми решетками.
б) По значениям вязкости теплоносителей и термических загрязнений направляем воду в трубное, а нефть в межтрубное пространство.
в) По диапазону площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, а также по величине расчетной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем шестиходовой аппарат с площадью теплообмена с трубами длинной 4 м.
Конструктивные характеристики выбранного аппарата.
Диаметр кожуха ![]() | - |
Наружный диаметр теплообменных труб ![]() | |
Число ходов по трубам, ![]() | |
Площади проходного сечения одного хода: | |
По трубам ![]() ![]() | 2,0·10-2 |
В вырезе перегородки ![]() ![]() | 6,5·10-2 |
Между перегородками ![]() ![]() | 7,0·10-2 |
3. Расчет коэффициентов теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке α1 и от стенки к холодному теплоносителю α2 , термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений .
Рассчитаем и
.
где Re, Pr - числа подобия теплоносителя, движущегося в трубах ТА, при среднеарифметической температуре потока. Prc – число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА при средней температуре стенки труб.
- коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в трубах ТА.
и
- наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб.
Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве:
Число Рейнольдса:
-турбулентный режим
Коэф-ент Pr для воды при tcр1.=112,5ºС: Pr=1,75
Из таблицы определяем следующие константы:
C=0.021; j=0.8; y=0.43; i=0;
Определим стенки из таблицы при
:
Подставим:
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:
,
где значения коэффициентов С, Сz, C1, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения труб в пучке и значения числа Рейнольдса:
Выберем расположение труб в пучке в виде треугольника.
Вычислим среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
Посчитаем число Рейнольдса:
Коэф-ент Pr для нефти при tcр1.=52,5ºС: Pr=86 (выбираем из графика)
Выбираем коэффициенты:
m=0,5; n=0,36; C1=0,71
Из таблицы 2-8: C=0,659; Cz=1; Cn=1,039; =0.757;
=0.861 .
Выбираем из графика для нефти при
Рассчитаем
Уточняем k:
Уточняем Fрасч.:
;
5. Окончательный выбор теплообменника:
Так как расчетная площадь ТА не соответствует предварительному рассчитанному значению, выбираем другой ТА с теми же параметрами за счет изменения длины труб:
Диаметр кожуха ![]() | - |
Наружный диаметр теплообменных труб ![]() | |
Число ходов по трубам, ![]() | |
Площади проходного сечения одного хода: | |
По трубам ![]() ![]() | 2,0·10-2 |
В вырезе перегородки ![]() ![]() | 6,5·10-2 |
Между перегородками ![]() ![]() | 7,0·10-2 |
Площадь поверхности теплообменника равна 233 м2, Длина трубы
l = 6 м.