Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Холодильный агент R717
Холодопроизводительность машины Q0, кВт 60
Температура кипения t0, °C -20
Температура конденсации tк, °C +20
Температура воды на входе в конденсатор tВ1, °C +12
Температура воды на выходе из конденсатора tВ2, °C +15

Холодильная машина работает по нерегенеративному циклу, рисунок 1.

P=const
P=const
-20°C
20°C
3’
x=1
x=0
i, кДж/кг
1’
Pk , tk
P0 , t0
Рисунок 1 – Цикл холодильной машины

Таблица 2 – Параметры точек цикла

Точки Параметры
Давление p, bar Температура t, 0C Удельный объем v, м3/кг Энтальпия i, кДж/кг Паросодержание x, кг/кг
1 2,0 -20 0,600 1440 1
2,0 -10 0,610 1460 --
8,5 +90 0,200 1700 --
3 8,5 +20 -- 300 0
8,5 +17 -- 280 --
2,0 -20 0,670 280 0,14
 

Выбор расчетного режима работы конденсатора

Тепловая нагрузка конденсатора, кВт

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Индикаторная мощность компрессора, кВт

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Масса хладагента, проходящего через компрессор, кг/с

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Удельные массовая и объемная холодопроизводительности

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ;

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ;

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ;

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ;

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ;.

Площадь поверхности конденсатора, м2

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru - плотность теплового потока в конденсаторе, кВт/м2,

принимаем Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru =4,5 кВт/м2,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

По теплопередающей поверхности выбираем прототип конденсатора, таблица 3

Таблица 3 – Конденсатор кожухотрубный аммиачный КТГ-25

Площадь поверхности Fк2 25
Диаметр D, мм 500
Длина L, мм 3430
Число труб nтр 144
Длина труб lтр, мм 3000
Число ходов z 4

Число труб в одном ходе Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к охлаждающей воде

Теплофизические свойства воды определяют по ее средней температуре в конденсаторе Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Таблица 4 – Теплофизические свойства воды при температуре 13,5°C

Теплоемкость сp, кДж/(кг·К) 4,188
Коэффициент кинематической вязкости νв, м2 1,276∙10-6
Коэффициент теплопроводности lв, Вт/(м·К) 0,545
Число Прандтля Prв 8,6
Плотность воды ρВ, кг/м3 999,2

tк=20°C
F
θм
θб
θm
T
tВ1=12°C
tВ2=15°C

Рисунок 2 – Схема изменения температур сред в конденсаторе

Среднелогарифмическая разность температур в конденсаторе, К

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Масса воды, необходимая для охлаждения конденсатора, кг/с

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Объем воды, подаваемый на охлаждение конденсатора, м3

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Скорость воды в трубах, м/с

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где dвн – внутренний диаметр трубы, м,

n – число труб в одном ходе,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Режим течения охлаждающей воды в трубах определяется числом Рейнольдса

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

2500<Reв < 10000 – режим течения развитый переходный.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается с помощью уравнения подобия. Для переходного режима:

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru – при малых перепадах температур θm в конденсаторе,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

С другой стороны число Нуссельта определяется выражением

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где aв – коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде.

Отсюда выражаем и рассчитываем коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде, Вт/(м2 ∙ К)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Расчетное значение коэффициента теплопередачи

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Требуемая площадь поверхности теплообмена конденсатора

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Значение температуры стенки

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Диаметры патрубков

Диаметр патрубков для подвода и отвода охлаждающей воды:

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Vв – объем воды, подаваемый на охлаждение конденсатора, м3/с,

ωв – скорость воды в патрубке,

принимаем dв = 120×2 мм.

Диаметр патрубка входа хладагента в конденсатор:

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где M·v2 – объемный расход хладагента при Pк, м3/с,

ωа – скорость пара хладагента в патрубке, принимаем ωа = 20 м/с,

принимаем dв = 32×2,5 мм.

Диаметр патрубка слива конденсата:

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где M – массовый расход конденсата, кг/с,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru – скорость жидкого хладагента, стекающего самотеком, Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru = 0,1÷0,5 м/с, гпринимаем Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru = 0,5 м/с,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru – плотность жидкого хладагента, кг/м3,

принимаем da = 25×1,6 мм.

Обечайка кожуха

Листовая сталь, сварная, продольный сварной шов, стыковой двухсторонний выполнен ручной электродуговой сваркой.

Нормативное допускаемое напряжение для стали МСт 3 сп при температуре 20 0С (ГОСТ 14249-73)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Допускаемое напряжение

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где h = 0,9 – поправочный коэффициент для R717, учитывающий работу аппарата со взрыво- и пожароопасными продуктами.

Толщина обечайки кожуха

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Pp – расчетное давление в межтрубном пространстве, Pp = 2 МПа,

D1вн – внутренний диаметр обечайки, D1вн = 0,5 м,

j – коэффициент прочности сварочного шва, j = 0,9,

C – прибавка толщины, принимаем: C = 0,001 м,

принимаем стандартное значение S1 = 0,008 м.

Условия применимости формулы для определения толщины S1

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условие выполнено.

Исполнительная толщина стенки

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где E = 1,99 ∙ 105 МПа – модуль продольной упругости для углеродистой стали,

l = 2,5 м – длина труб,

Рмтр – давление в межтрубном пространстве, Рмтр = 0,1 МПа,

C – прибавка толщины, принимаем C = 0,001 м,

принимаем стандартное значение: Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условия применимости формулы для определения толщины Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условие выполнено.

Обечайка маслоотстойника

Обечайка изготавливается из бесшовной трубы размерами 245×8 мм. Материал – сталь 10.

Расчетная толщина стенки

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Pр = 2 МПа,

D = 0,245 м,

φ = 1 (труба бесшовная),

принимаем стандартное значение S3 = 0,008 м.

Трубная доска

Толщина доски

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где l – 1,25·S – характерный размер, м; Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Рр – расчетное давление на трубную доску, МПа,

d0 – диаметр отверстия в трубной доске, м, d0 = (1,025…1,03)·dн,

σи – допускаемое напряжение на изгиб. Для стали МСт 5сп σи = 180 МПа.

Толщина трубной доски при вальцовке (стальные трубы)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Принимаем δ = 0,010 м.

Расчётный диаметр болтов

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru - диаметр болтовой окружности, Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru - наружный диаметр кольцевого шва в месте приварки плоского фланца к эллиптическому днищу.

Расчётное число болтов, исходя из рекомендуемого расстояния между центрами болтов

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где t=(3,8…4,6)dб=4,1 Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru 0,024=0,0984.

Размещение труб в аппарате

Число труб в одном ходе

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Расстояния между осями труб, мм

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Число труб, считая от центра, при размещении по шестиугольникам

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Количество труб на большой диагонали

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Общее число труб при расположении в пределах шестиугольника

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Внутренний диаметр обечайки (кожуха)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

принимаем Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Расчет длин труб

Общая длина труб, м

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где F – расчетная площадь поверхности теплообмена (из теплового расчета), м2,

dн – наружный диаметр труб, м,

Длина одной трубы, м

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где nтр – число труб в аппарате,

принимаем lтр = 1 м.

Диаметры патрубков

Диаметр патрубков для подвода и отвода рассола, м

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где VS – объем рассола, подаваемый в испаритель, м3/с,

ωS – скорость рассола в патрубке, ωS = 2 м/с,

принимаем ds = 108×4 мм.

Диаметр патрубка отвода пара из испарителя

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где M·v1 – объемный расход хладагента при P0, м3/с,

ωа – скорость пара хладагента в патрубке, принимаем: ωа = 10 м/с,

принимаем da = 57×3,5 мм.

Диаметр патрубка подвода жидкого хладагента

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где M – массовый расход хладагента, кг/с,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru – скорость жидкого хладагента, стекающего самотеком, Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru = 0,1÷0,5 м/с, принимаем Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru = 0,5 м/с,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru – плотность жидкого хладагента, кг/м3,

принимаем Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru = 25×1,6 мм.

Обечайка кожуха

Листовая сталь, сварная, продольный сварной шов, стыковой двухсторонний выполнен ручной электродуговой сваркой.

Нормативное допускаемое напряжение для стали МСт 3 сп при температуре 20 0С (ГОСТ 14249-73)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Допускаемое напряжение

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где h = 0,9 – поправочный коэффициент для R717, учитывающий работу аппарата со взрыво- и пожароопасными продуктами.

Толщина обечайки кожуха

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Pp – расчетное давление в межтрубном пространстве, Pp = 1,6 МПа,

D1вн – внутренний диаметр обечайки, D1вн = 0,6 м,

j – коэффициент прочности сварочного шва, j = 0,9,

C – прибавка толщины, принимаем: C = 0,001 м,

принимаем стандартное значение S1 = 0,006 м.

Условия применимости формулы для определения толщины S1

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru , Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условие выполнено.

Исполнительная толщина стенки

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где E = 1,99 ∙ 105 МПа – модуль продольной упругости для углеродистой стали,

l = 4 м – длина труб,

Рмтр – давление в межтрубном пространстве, Рмтр = 0,1 МПа,

C – прибавка толщины, принимаем C = 0,001 м,

принимаем стандартное значение Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условия применимости формулы для определения толщины Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru .

Условие выполнено.

Обечайка сухопарника

Материал - бесшовная труба из стали 10, размер - 325´10 мм.

Расчетная толщина стенки сухопарника

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Pр = 1,6 МПа,

D = 0,325 м,

φ = 1 (труба бесшовная),

принимаем стандартное значение S2 = 0,006 м.

Обечайка маслоотстойника

Обечайка изготавливается из бесшовной трубы размерами 245×8 мм. Материал – сталь 10.

Расчетная толщина стенки

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Pр = 1,6 МПа,

D = 0,325 м,

φ = 1 (труба бесшовная),

принимаем стандартное значение S3 = 0,006 м.

Трубная доска

Толщина доски

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где l – 1,25·S – характерный размер, м ; Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Рр – расчетное давление на трубную доску, МПа,

d0 – диаметр отверстия в трубной доске, м, d0 = (1,025…1,03)·dн,

Толщина трубной доски при вальцовке (стальные трубы)

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

принимаем: δ = 0,010 м.

Расчётный диаметр болтов

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru ,

где Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru - диаметр болтовой окружности, Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru - наружный диаметр кольцевого шва в месте приварки плоского фланца к эллиптическому днищу.

Расчётное число болтов, исходя из рекомендуемого расстояния между центрами болтов

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru

где t=(3,8…4,6)dб=4,1 Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора - student2.ru 0,024=0,0984.

Тепловой расчёт аммиачного кожухотрубного горизонтального конденсатора

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Холодильный агент R717
Холодопроизводительность машины Q0, кВт 60
Температура кипения t0, °C -20
Температура конденсации tк, °C +20
Температура воды на входе в конденсатор tВ1, °C +12
Температура воды на выходе из конденсатора tВ2, °C +15

Холодильная машина работает по нерегенеративному циклу, рисунок 1.

P=const
P=const
-20°C
20°C
3’
x=1
x=0
i, кДж/кг
1’
Pk , tk
P0 , t0
Рисунок 1 – Цикл холодильной машины

Таблица 2 – Параметры точек цикла

Точки Параметры
Давление p, bar Температура t, 0C Удельный объем v, м3/кг Энтальпия i, кДж/кг Паросодержание x, кг/кг
1 2,0 -20 0,600 1440 1
2,0 -10 0,610 1460 --
8,5 +90 0,200 1700 --
3 8,5 +20 -- 300 0
8,5 +17 -- 280 --
2,0 -20 0,670 280 0,14
 

Наши рекомендации