Кожухотрубчатый теплообменник

       

 

где h=0,6 - 0,8 – коэффициент заполнения трубной решетки. 

       Тогда

       

 

       Принимаем ближайшее стандартное значение D₀ = 1000 мм. 
 
 
 
 

       4.3 Расчет диаметров  патрубков 

       Диаметр патрубков зависит от объемного  расхода и скорости движения теплоносителя и определяется из уравнения расхода [3, с. 35]: 

       

,  

       

   
 
 

       Диаметр входного патрубка для насыщенного  пара при [3, с. 35], и при p=0,2 МПа  [2]: 

       

 

       где

       Тогда 

       Диаметр патрубка для удаления конденсата пара при [3, с. 35], и при при t_конд[2]: 

       

       где  

       Диаметр патрубка для подачи жидкости при [3, с. 35], и при при t_н [6]: 

       

 
 
 
 
 
 

       Диаметр патрубка для удаления жидкости при [3, с. 35], и при при t_к [6]: 

       

 

       Подбираем соответствующий штуцер со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом. Основные размеры ГОСТ 26 – 1404 – 76 представлены в таблице 4[1]. 

       Таблица 4 – Основные размеры штуцеров

 

       Подобраны фланцы по ГОСТ 1255 – 67 со следующими размерами, которые сведены в таблице 5[1]. 

       Таблица 5 – Основные размеры фланцев

 

       Были  выбраны днища эллиптические  отбортованные стальные с наружными базовыми размерами по ГОСТ 6533 – 78,которые сведены в таблице 6[1]. 

       Таблица 6 – Характеристики днища

 
 
 
 
 
 
 
 

       Фланец  с соединительным выступом представлен на рисунке 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 2 – Фланец с соединительным выступом 
 

       5 Гидравлический расчет

        

       Гидравлическое  сопротивление для трубного пространства теплообменного аппарата определяется по формуле [3, с. 36]: 

                                           

                         (10) 

где DР – потеря давления на трение  и преодоление местных сопротивлений, Па;

         – коэффициент трения;

       Z_тр – число ходов по трубному пространству;

        L – длина трубок, м;

       d_вн – внутренний диаметр трубок, м;

       åx – сумма коэффициентов местных сопротивлений, 

       

 

         – плотность теплоносителя,  кг/м³;

       w – скорость движения теплоносителя, м/с. 
 
 

       Значение  коэффициента гидравлического трения l рассчитываем по формуле: 

       

, 
 
 

где – относительная шероховатость труб (е – средняя высота выступа на стенках трубы, равная для стальных цельнотянутых и сварных труб при незначительной коррозии – 0,2 мм).

       Тогда 

       

 

       

 

       Подставив в формулу (10) численные значения, получаем: 

       

 

       Мощность, потребляемая насосом, рассчитывается по формуле [3, с. 37]: 

       

 

где N – мощность насоса, Вт;

       V – объемный расход теплоносителя, м³/с;

         – полная потеря напора, Па;

         – общий к.п.д. насосной  установки,  = 0,7 – 0,8.

Тогда  

       

 
 
 

       6 Прочностной расчет 

       Рассчитаем  толщину стенки по формуле:

       

где р  – давление пара;

       D – внутренний диаметр корпуса;

         – допускаемое напряжение, =200 МПа;

         – коэффициент прочности  продольного шва обечайки, =1.

       

 

       

, 

       С=с₁+с₂=1+2=3 мм, 

       S=0,5+3=3,5 мм. 

       Принимаем S = 4 мм. 

       Допускаемое внутреннее избыточное давление вычисляем  по формуле: 

       

 

       Так как  (0,2 ≥ 0,2 МПа), то прочность обеспечена. 

       7 Расчет тепловой  изоляции 

       Определяем  потери тепла в окружающую среду  без учета изоляции: 

       

 

       Определяем  потери тепла с учетом изоляции [4, с. 21]: 

       

 

где   a_å  – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м²∙К); 

       Для расчета a_å применим формулу Линчевского [4, с. 23]: 

       a_å = 9,74 + 0,07(t_из – t_возд), 

       a_å = 9,74 + 0,07(50 – 20) = 11,84Вт/(м²×К), 

тогда: 

       

 

       Толщину изоляции определяем по формуле:

     

,

где l_из – коэффициент теплопроводности материала изоляции.

       В качестве изоляции применим асбестовую ткань АТ ГОСТ (6102-78), для которой:

     

= А + Вt,

где А = 0,124;

     В = 22 ∙ 10^-5;

     t = (t_конд + t_изол)/2; 

     l_из = 0,124 + 22 ×10^-5 (119,6+50)= 0,143Вт/(м ×К),,

тогда: 

       Толщина слоя изоляции равна: 

       

 

       Определяем  площадь поверхности теплоотдачи: 

       

 

       Определяем  потери тепла в окружающую среду  с учетом изоляции: 

       

 

       

. 

       

 

       Следовательно, за счет изоляции потери тепла сократятся в 45,4 раз. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Заключение 

       В результате расчета теплообменного аппарата были установлены:

       1)  его тепловая нагрузка  = 3196 кВт;

       2)  массовый расход пара D, равный 1,5 кг/с;

       3)  поверхность теплообмена F=47,7 м²;

       4)  диаметр аппарата D₀ = 1000 мм;

       5)  количество трубок 241;

       6)  число ходов z_тр = 16.

       А также проведены гидравлический, прочностной расчет и расчет тепловой изоляции. Эскиз кожухотрубчатого теплообменного аппарата представлен в приложении А