Теплообменные аппараты с U-образными трубами

1-распределительная камера; 2-трубная решетка; 3-кожух; 4-теплообменная труба; 5-поперечная перегородка; 6-крышка кожуха; 7-опора; 8-катковая опора трубчатого пучка

 

В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типов.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней крышке кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве.

В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одно- и многоходовые в межтрубном пространстве.

В настоящей работе выполняется курсовое проектирование, целью которого является выбор стандартного теплообменного аппарата, обеспечивающего при заданных массовых расходах (G₁ и G₂) температурные режимы теплоносителей ().

II. Конструктивный тепловой расчет.

 

Определим неизвестную температуру нефти на выходе из ТА и параметров теплоносителей.

Дано:

Теплоноситель	G, кг/с	t`, C	t``, C	Tср, C
Горячий теплоноситель (газойль)
Холодный теплоноситель (нефть)	?			48,5

 

Определим среднюю температуру горячего и холодного теплоносителей:

t_m = =109^º C

t_m = =48,5^º C

 

2. Определение теплофизических свойств теплоносителей

 

Теплоноситель
Горячий (газойль)	795,15	2223,2	0,11065	1,1975	19,06
Холодный (нефть)		2012,5	0,124	6,3

 

 

Определение массового расхода.

η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду (от 0,96 до 0,98). Примем η=0,97.

Определение мощности теплообменного аппарата Q по исходным данным

 

Определение средней разности температур между теплоносителями

По уравнению Грасгофа для противотока:

 

Определение водяного эквивалента

 

7. Определение расчетной площади поверхности теплообмена теплообменного аппарата

· Определение коэффициента теплопередачи k

Для этого из справочной литературы выбираем значение коэффициента теплоотдачи для теплоносителей:

- горячий теплоноситель (газойль)

- холодный теплоноситель (нефть)

Принимаем

 

Из справочной литературы выбираем данные по термическим сопротивлениям загрязнений на поверхности теплообмена:

Примем за материал труб углеродистую сталь 40, для этого материала коэффициент теплопроводности для температуры 100 ⁰C:

Толщина стенок труб применяется от 1,5 до 3 мм; в расчетах будем считать

· Определение водяного эквивалента kF и площади поверхности F теплообмена ТА.

 

 

Определение оптимального диапазона площадей проходных сечений (f₁ и f₂)

Из справочной литературы выбираем скорости для теплоносителей:

- горячий теплоноситель (газойль)

- холодный теплоноситель (нефть)

Для горячего теплоносителя:

Для холодного теплоносителя:

 

9. Определение минимального индекса противоточности теплообменного аппарата

 

Необходимо определить: какой из теплоносителей движется в трубном, а какой в межтрубном пространстве. Выбор проводится по следующим рекомендациям:

· Теплоноситель с более высоким давлением (p > 1 МПа) целесообразно направлять в трубы;

· Теплоноситель, вызывающий более интенсивную коррозию, предпочтительно направлять в трубы;

· Теплоноситель, при использовании которого образуется больше отложений, следует направлять в трубы;

· Теплоноситель с большей вязкостью предпочтительно направлять в межтрубное пространство.

В межтрубное пространство направляем нефть, а в трубное – газойль

 

 

Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу.

а) Выбираем теплообменник с неподвижными трубчатыми решетками.

б) По значениям вязкости теплоносителей и термических загрязнений направляем керосин в трубное, а нефть в межтрубное пространство.

в) По диапазону площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, а также по величине расчетной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем шестиходовой аппарат с трубами длинной 6 м.

 

Конструктивные характеристики выбранного аппарата.

Площадь поверхности теплообмена F, м
Диаметр кожуха , мм
Наружный диаметр теплообменных труб , мм
Число ходов по трубам,
Площади проходного сечения одного хода:
По трубам ,	2,0·10^-2
В вырезе перегородки ,	6,5·10^-2
Между перегородками ,	7,0 ·10^-2

.

. Определение истинного индекса противоточности для многоходовых теплообменных аппаратов:

По приложению 1, рисунок 1-3 выбираем , для PS=0,233 и R=1,638.

Q _m = e Dt Q _mL

Истиный индекс противоточности:

P>P_min, следовательно выбираем противоток Р=1

 

Расчет коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке α₁ и от стенки к холодному теплоносителю α₂.

1) Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве:

Где - коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве,

- коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве

 

Рассчитаем :

где Re, Pr, Gr - числа подобия теплоносителя, движущегося в трубах ТА, при среднеарифметической температуре потока.

Pr – число Прандтля;

Re – число Рейнольдса;

Gr – число Грасгофа;

Pr_c – число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА при средней температуре стенки труб.

- коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в трубах ТА. и - наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб.

 

· Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве:

 

· Число Рейнольдса:

2300 < Re < 10 – переходый режим движения;

 

Из таблицы определяем следующие константы:

C=30; j=0; y=0,43; i=0;

 

· Определим число Прандтля теплоносителя, движущегося в трубах при средней арифметической температуре потока

 

 

2) Коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:

,

где значения коэффициентов С, С_z, C₁, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения труб в пучке и значения числа Рейнольдса:

 

· Вычислим среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:

 

· Определим число Рейнольдса:

Выбираем коэффициенты:

m=0,6; n=0,36;

C₁=0,40; C_n = 1,039

C=0,659; C_z=1.

 

Выбираем для мазута при

 

Уточняем k:

 

Уточняем F_расч.:

;

 

· Расчет ошибки вычислений

 

Окончательный выбор теплообменника:

Площадь поверхности теплообмена F, м
Диаметр кожуха , мм
Наружный диаметр теплообменных труб , мм
Число ходов по трубам,
Площади проходного сечения одного хода:
По трубам ,	2,0·10^-2
В вырезе перегородки ,	6,5·10^-2
Между перегородками ,	7,0 ·10^-2

Длина трубы l = 6000 мм.