Выбор типа теплообменника и его основных параметров

Задание

Подобрать и рассчитать теплообменный аппарат для нагревания насыщенным водяным паром метана в количестве 28 тонн/час от t₁=20°С до t₂=110°С. Давление в трубном и межтрубном пространстве 0, 6 МПа.

 

Технологический расчёт

Выбор типа теплообменника и его основных параметров

 

Согласно [3, C.146] по таблице 6.1 для нагревания метана при давлении 0, 6 МПа выбрали два типа теплообменников ТН и ТК.

На основании технико-экономических соображений с учетом необходимости достижения высокой интенсивности теплообмена и обеспечения простоты, компактности, удобства монтажа и ремонта, надежности в работе и минимальной стоимости, приняли теплообменник типа ТН.

Для получения более высокого коэффициента теплоотдачи к метану и меньших потерь тепла от стенок кожуха, подачу метана осуществляли в межтрубное пространство, а подачу насыщенного водяного пара в трубное пространство.

 

 

1 - корпус; 2 - распределительная камера; 3, 4 - крышки; 5, 6 - трубные решетки; 7 - теплообменные трубы; 8, 9 - штуцера входа и выхода в трубное пространство; 10, 11 - штуцера входа и выхода в межтрубное пространство; 12 - перегородки.

Рисунок 1 - Эскиз теплообменника типа ТН

 

Тепловой расчёт теплообменника

Перепад температур Dt₂, °С, на горячем конце теплообменника приняли

Dt₂ = 15°С.

Необходимую температуру греющего пара q_п, °С, определяли согласно [3, C.164]

q_п = t₂ + Dt₂                                            (1)

q_п = 110 + 15 = 125°С.

Перепад температур Dt₁, °С, определяли согласно [3, C.164]

Dt₁ = q_п - t₁,                                             (2)

Dt₁ = q_п - t₁ = 125 - 20 = 105°С.

Среднюю разность температур теплоносителей Dt_ср, °С, определяли согласно [3, C.147]

                                     (3)

Среднюю температуру метана t_ср, °С, определяли согласно [3, C.149]

                                       (4)

 

Теплофизические свойства насыщенного водяного пара при температуре плюс 125°С приняли согласно [3, C.318]

Плотность - r = 1, 305кг/м³;

Вязкость - m = 13, 35× 10^-6 Па× с;

Удельная теплоёмкость - С_р = 2, 137× 10³ Дж/(кг× К);

Теплопроводность - l = 2, 84× 10^-2 Вт/(м× К).

 

Теплофизические свойства метана при температуре плюс 79°С приняли согласно….

Плотность - r = 6 кг/м³;

Вязкость - m = 1, 35× 10^-5 Па× с;

Удельная теплоёмкость - С_р = 2, 4× 10³ Дж/(кг× К);

Теплопроводность - l = 4× 10^-2 Вт/(м× К).

 

Скорость метана в межтрубном пространстве приняли V₁ = 12 м/с.

Скорость насыщенного водяного пара в трубном пространстве приняли V₂ = 25 м/с.*

* В кожухотрубчатых теплообменниках для достижения больших коэффициентов теплоотдачи необходимы достаточно высокие скорости теплоносителей: для газов 8...30 м/с, для жидкостей не менее 1, 5 м/с

Наружный диаметр трубок с толщиной стенки d_ст = 2 мм приняли

d_н = 25 мм = 0, 025 м.

Механический расчёт теплообменника

Определение толщины крышки

Исполнительную толщину крышки S_п, м, определяли согласно [2, С.20]

S_п=S_п.р+C+C₀,                                         (38)

где S_п.р - расчетная толщина плоской крышки, м;

  С - прибавка к расчетной толщине крышки, м;

  С₀ - прибавка на округление размера до стандартного значения, м.

Расчетную толщину крышки S_п.р, м, определяли согласно [2, С.20]

S_п.р=max ,                      (39)

где K - коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки;

  K₀ - коэффициент ослабления;

  D_p - расчетный диаметр крышки, м;

  P_p - расчетное давление в рабочем состоянии, МПа;

  j - коэффициент прочности сварных швов крышки;

  [s] - допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;

  P_u  - пробное давление при гидравлическом испытании, МПа;

  [s]_u - допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях, МПа.

Коэффициент К, учитывающий тип закрепления крышки определяли согласно [2, С.22]

                        (40)

где y - коэффициент;

  D_б - диаметр болтовой окружности, мм;

  D_с.п - средний диаметр прокладки, мм.

Коэффициент y определяли согласно [2, С.22]

,                                             (41)

где R_n - реакция прокладки, Н;

  F_д - равнодействующая внутреннего давления, Н.

Согласно [1, C.223] приняли плоский приварной фланец.

Материал для плоского приварного фланца приняли согласно [1, C.223] ВСт3сn3.

Согласно [1, C.211] для крепления фланцевых соединений приняли болты.

Материал для болтов фланцевых соединений приняли согласно [1, C.244] Ст40 по ГОСТ 7798

Согласно [1, C.248] приняли плоскую неметаллическую прокладку, материал прокладки асбестовый картон

Наружный диаметр фланца D_ф, м, и диаметр болтовой окружности D_б, м, приняли согласно [1, C.234]

D_ф = 1, 13 м,

D_б = 1, 09 м.

Средний диаметр прокладки D_с.п, м, определяли согласно [1, C.264]

D_c.п = D_н - b_п,                                 (42)

где D_н-наружный диаметр прокладки, м;

  b_п-ширина прокладки, м.

Наружный диаметр прокладки D_н, м, определяли согласно [1, С.264]

D_н = D_б - e,                                    (43)

где D_б-диаметр болтовой окружности, м.

Диаметр болтов d_б, м, приняли согласно [1, С.263]

d_б = 0, 02 м.

Величину e, м, приняли согласно [1, С.264]

е = 0, 03 м.

D_н = 1, 09 - 0, 03 = 1, 06 м.

Ширину уплотнительной прокладки b_п, м, приняли согласно [1, С. 262]

b_п = 0, 012 м.

D_с.п = 1, 06 - 0, 012 = 1, 048 м.

Реакцию прокладки R_п, Н, в рабочих условиях определяли согласно [1, С.270]

R_п = 2× p× D_с.п× b_Е× m× Р_р,                              (44)

где D_с.п-средний диаметр прокладки, м;

  b_Е - эффективная ширина прокладки, м;

  m-коэффициент;

  Р_р - расчетное давление, Па.

Эффективную ширину прокладки b_Е, м, определяли согласно [1, С.264]

b_Е = 0, 5× b_п,                                              (45)

где b_п - ширина прокладки, мм.

b_Е = 0, 5× 0, 012 = 0, 006 м.

Коэффициент m приняли согласно [1, С.265]

m = 2, 5.

R_п = 2× 3, 14× 1, 048× 0, 006× 2, 5× 0, 6× 10⁶ = 59× 10³ Н.

Равнодействующую внутреннего давления F_д, Н, определяли согласно [1, С.270]

F_д = 0, 785× D_с.п²× Р_р,                             (46)

где D_с.п-средний диаметр прокладки, м;

  Р_р-расчетное давление, Па.

F_д = 0, 785× 1, 048²× 0, 6× 10⁶ = 517× 10³ Н.

Коэффициент ослабления K₀ приняли равным единице, так как крышка не ослаблена отверстиями.

s_п = 0, 00309 + 0, 002+0, 0011 = 0, 034 м.

Выбор фланцевых соединений

Согласно [2, С.91] приняли плоский приварной фланец.

Так как теплообменник используется при давлении сред 0, 6МПа, то согласно [2, С.91] приняли уплотнительные поверхности фланцевых соединений типа выступ-впадина.

Задание

Подобрать и рассчитать теплообменный аппарат для нагревания насыщенным водяным паром метана в количестве 28 тонн/час от t₁=20°С до t₂=110°С. Давление в трубном и межтрубном пространстве 0, 6 МПа.

 

Технологический расчёт

Выбор типа теплообменника и его основных параметров

 

Согласно [3, C.146] по таблице 6.1 для нагревания метана при давлении 0, 6 МПа выбрали два типа теплообменников ТН и ТК.

На основании технико-экономических соображений с учетом необходимости достижения высокой интенсивности теплообмена и обеспечения простоты, компактности, удобства монтажа и ремонта, надежности в работе и минимальной стоимости, приняли теплообменник типа ТН.

Для получения более высокого коэффициента теплоотдачи к метану и меньших потерь тепла от стенок кожуха, подачу метана осуществляли в межтрубное пространство, а подачу насыщенного водяного пара в трубное пространство.

 

 

1 - корпус; 2 - распределительная камера; 3, 4 - крышки; 5, 6 - трубные решетки; 7 - теплообменные трубы; 8, 9 - штуцера входа и выхода в трубное пространство; 10, 11 - штуцера входа и выхода в межтрубное пространство; 12 - перегородки.

Рисунок 1 - Эскиз теплообменника типа ТН

 

1234Следующая ⇒

Поделиться: