Уточненный расчет поверхности теплообменника

Рассчитываем коэффициент ₁ со стороны греющего пара для случая конденсации на пучке n вертикальных труб высотой Н:

 

  = 2,04 = 2,04 = 6765 Вт/(м²К), (10)

 

здесь r физические параметры конденсата при температуре пленки конденсата t_к, Н – высота нагревательных труб, м; t – перепад температур между греющим паром и стенками труб (принимаем в пределах 3…8⁰С).

Значения функции А_t для воды при температуре конденсации пара

Температура конденсации пара tк, ^0С	100	110	120	140	160	180
Аt	6960	7100	7240	7340	7490	7520

 

О правильности расчетов судят, сопоставляя полученное значение ₁ и его предельные величины, которые приведены в п. 1.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи α₂ от стенок труб к воде.

Для этого необходимо выбрать уравнение подобия вида

 

Nu = ARe^mPrⁿ (11)

 

В зависимости от величины числа Re определяют режим течения жидкости и выбирают уравнение подобия.

 

 (12)

 

Здесь w = 1 м/с – средняя скорость движения воды в трубном пространстве на 1 ход;

d_вн = 0,025 – 2 0,002 = 0,021 м – внутренний диаметр трубы;

При Re > 10⁴ имеем устойчивый турбулентный режим движения воды. Тогда:

 

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr^0,43 (13)

 

Число Прандтля характеризует соотношение физических параметров теплоносителя:

 =  = 3,28. (14)

 

 =  = 2309 Вт/(м²К)

Сопоставляем полученное значение К с пределами для коэффициента теплопередачи, которые были указаны в п 1.

Определяем площадь поверхности теплообмена из основного уравнения теплопередачи по формуле (3):

 

 =  = 29 м².

 

Вновь по таблице 4 выбираем стандартный теплообменник:

площадь поверхности теплообмена F = 31 м²,

диаметр кожуха D = 400 мм,

диаметр труб d = 25? 2 мм,

число ходов z = 2,

общее число труб N = 100,

длина (высота) труб H = 4 м.

 

Запас площади

 

(запас площади должен быть в пределах 5…25%).

 

Механический расчет теплообменника

 

При расчете на внутреннее давление толщина стенки корпуса _к проверяется по формуле:

 

 + С, (16)

 

Принимаем нормализованную толщину стенки 8 мм.

Трубные решетки изготавливаются из листовой стали. Толщина стальных трубных решеток берется в пределах 15…35 мм. Она выбирается в зависимости от диаметра развальцованных труб d_н и шага труб .

Расстояние между осями труб (шаг труб) τ выбирают в зависимости от наружного диаметра труб d_н:

τ = (1,2…1,4)·d_н, но не менее чем τ = d_н + 6 мм.

При расчете фланцевых соединений задаются размером стягивающего болта. Принимаем во фланцевом соединении для аппаратов с диаметром D_в = 400…2000 мм стальной болт М16.

 

, (18)

 

где D_б = D_н + 2L.

 = 22,5 шт.

L = 25 мм принимаем конструктивно так, чтобы удобно было работать ключом на фланцах. Число болтов фланцевого соединения принимают кратным четырем (n_б = 4, 8, 12,…). Окончательно n_б = 24.

 

Рис. 4. Фланцевое соединение

 

 (19)

_доп = , откуда h = .

h =  = 25,5 мм.

 

Принимаем толщину фланцев h = 25 мм.