- длина труб. 

     Температура пленки: ⁰С.

     Для  = 16,5 ⁰С:  

      = 59,06·10^-2  Вт/(м·К);

      = 998,7 кг/м^3;

      = 2460,85 ·10³ Дж/кг;         = 1108 ·10^-6 Па·с.

     По  формуле (8):

       Вт/(м²·К).

     

   Удельная  тепловая нагрузка со стороны пара:

   

Рассчитываем  температуру стенки со стороны воды [1, с.16]:

 

                       

,                                                                     (9) 

     По  формуле (9):                                               

                ⁰С. 

     При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX] 

      (Рr_ст2 )_І= 2,48.

  

     С учетом температуры стенки

 

       ;

       .

     Удельная  тепловая нагрузка со стороны воды:

    

    

     Сравнивая (q₁)_I с (q₂)_I, приходим к выводу, что 91571,5>>52088, поэтому расчет температуры стенки продолжаем, задаваясь другим значением температуры стенки со стороны пара. 
 

      Второе  приближение 

     Задаемся  температурой стенки со стороны пара (t_ст1)_II = 105 ⁰С.

     Температура пленки: ⁰С, тогда = 133-105 = 28 ⁰С

     Для  = 14 ⁰С:  

      = 58,46·10^-2  Вт/(м·К);

      = 999,2 кг/м^3;

      = 2467,6 ·10³ Дж/кг;

      = 1186 ·10^-6 Па·с. 
 
 

     По  формуле (7):

       Вт/(м²·К).

     

   Удельная  тепловая нагрузка со стороны пара:

  

 Рассчитываем  температуру стенки со стороны  воды по формуле (9):                                               

 

                                     ⁰С. 
 

     При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]

      (Рr_ст2 )_ƖƖ= 2,158.

  

     С учетом температуры стенки:

   

;

                            . 

     Удельная  тепловая нагрузка со стороны воды:

           

     И во втором приближении разница между (q₁)_ІІ и (q₂)_II более 5% 

        

     Расчет  продолжаем, определяя t_ст1 графически по пересечению линий q₁=f(t_ст1) и q₂=f(t_ст2) на рисунке 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1. Графическое определение t_ст1 

     По  найденному графически температуре (t_ст1)_ІІІ=104,15С выполняем третий, проверочный расчет. 

Температура пленки: ⁰С, тогда = 133-104,5 = 28,85 ⁰С 

     Для  = 14,425 ⁰С:  

      = 58,56·10^-2  Вт/(м·К);

      = 999,15 кг/м³;

      = 2466·10³ Дж/кг;

      = 1173 ·10^-6 Па·с. 
 

     По  формуле (7):

       Вт/(м²·К).

       
 

     Удельная  тепловая нагрузка со стороны пара:

    Рассчитываем  температуру стенки со стороны  воды по формуле (9):                                               

 

                                     ⁰С. 

     При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]

      (Рr_ст2 )_ƖƖƖ= 2,1.

  

     С учетом температуры стенки:

   

;

                                

                                   . 

     Удельная  тепловая нагрузка со стороны воды:

          
 

     Сравнивая (q₁)_III с (q₂)_ІІІ, приходим к выводу, что отклонение 

      

     т.е. не превышает 5%, поэтому расчет можем  считать законченным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Удельные  тепловые потоки по обе стороны стенки равны (рис.2)

      

Рис. 2 Схема процесса теплопередачи 

   По  формуле (7) коэффициент теплопередачи:

      

.

   Площадь поверхности аппарата определяем по формуле (1): 

      

 м², 

      По [1, табл. 1.8] ГОСТ 15122-79 окончательно выбираем двухходовой аппарат диаметром d=325 мм, с числом труб n = 56 шт, с длиной теплообменных труб L = 4000 мм и F = 17,5 м². 
 
 

  1.8 Обозначение теплообменного  аппарата 

      

1. Диаметр кожуха D = 325 мм по [1, с. 29] ГОСТ 9617-76.
2. Тип аппарата ТНВ – теплообменник с неподвижными трубными решётками вертикальный.
3. Условное давление в трубах и кожухе – 0,3 МПа.
4. Исполнение по материалу – М₁.
5. Исполнение по температурному пределу – 0 – обыкновенное.
6. Диаметр трубы d= 25 мм.
7. Состояние поставки наружной трубы – Г – гладкая.
8. Длина труб L= 4,0 м.
9. Схема размещения труб – Ш – по вершинам равносторонних треугольников.
10. Число ходов – 2.

      Группа  исполнения – А.  

Теплообменник

гр. А ГОСТ 15122-79.

 

Рис. 3. Вертикальный двухходовой кожухотрубчатый теплообменник 

1-кожух; 2-трубная  решетка; 3-трубка, 4-крышка, 5-распределительная

камера 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. Конструктивный расчет 

      Цель  конструктивного расчета теплообменных  аппаратов с трубчатой поверхностью теплообмена – расчет диаметров штуцеров и выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительных камер, крышек и днищ аппарата; фланцев, прокладок и крепежных элементов; конструкций компенсирующего устройства, воздушников, отбойных щитков, опор и т.п [1, стр.42]. 

      2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата 

      Материал  выбирают по рабочим условиям в аппарате: температуре, давлениям, химическим свойствам теплоносителей и др. При выборе материала пользуемся рекомендациями [1, табл. 2.2] и ГОСТ 15199-79, 15120-79, 15121-79, в которых указаны материалы основных деталей в зависимости от группы материального исполнения.

      Группа  материального исполнения – М₁. Материал: кожуха – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-89; трубы – сталь 10 ГОСТ 8733-87 [1, табл. 2.2]. 

      2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху 

      Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина Sр_(min) (в мм) должна быть не менее [1, с. 45]  

       ,                                                              (11)  

      где с – прибавка для стальных трубных  решеток, мм, с = 5 мм;

      d_н – наружный диаметр теплообменных трубок, мм, d_н = 25 мм.

      По  формуле (11):

      

 мм. 
 
 

      Толщину трубной решетки выбираем в зависимости  от диаметра кожуха аппарата и уловного давления в аппарате [1, табл. 2.3]:

      Sр = 27 мм.

      Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.

      По [1, с. 46] определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при d_н = 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [1, табл. 2.6].

      Размещение  отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рис. 3.

      

      Рис. 4 Размещение отверстий в трубных решетках 

      Основные  размеры для размещения отверстий  под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по [1, табл. 2.7], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:

        D₀ = 287 мм,

       2R = 281 мм,

      Число отверстий под трубы в трубных  решетках и перегородках по рядам: 

     0 ряд – 6

     1 ряд – 9

     2 ряд – 8

     3 ряд – 7

     4 ряд – 4

Общее число труб в решетке – 56 шт. 
 
 

      Отверстия в трубных решетках выполняем  гладкими. По                          ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм.

      Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. 4).

      

     Рис.5 Крепление труб в трубной решетке развальцовкой с