Расчет изоляции и теплопотерь кожухотрубного теплообменного аппарата

 

Изоляция наносится на теплообменник для уменьшения теплопотерь и для предохранения обслуживающего персонала от ожогов. На всех аппаратах обязательно изолируется кожух, т.к. под ним находится более чем горячий теплоноситель (греющий или конденсирующий пар). Крышки аппарата могут не изолироваться. Целью расчета изоляции является определение её толщины и потерь тепла через неё.

4.1 Рассчитывают критерий Грасгоффа Gr, определяющий интенсивность теплопередачи путем естественной конвекции

, (27)

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²; - коэффициент объемного расширения воздуха;

- температурный перепад между поверхностью изоляции и воздухом

, ; ; ;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха, , принимается из приложения 7;

l - определяющий размер, м(l - для горизонтальных ТА диаметр кожуха , включая изоляцию, м; l - для вертикальных высота аппарата Н, м.

4.2 Определяют критерий Прандтля для воздуха

(28)

где - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ; - коэффициент динамической вязкости воздуха, ; - коэффициент теплопроводности воздуха, .

4.3 Критерий Нуссельта определяется по одному из критериальных уравнений, в зависимости от величины произведения определяющих критериев.

(29)

4.4 Рассчитывают коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности изоляции окружающему воздуху.

, (30)

 

4.5 Рассчитывают коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием:

, (31)

где e =0,4 - приведенная степень черноты, принимаемая обычно равной степени черноты аппарата; - температура поверхности стен цеха, принимаемая обычно равной температуре воздуха в цехе, ; - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, .

4.6. Определяют общий коэффициент теплоотдачи

, (32)

4.7 Определяют удельные потери в окружающую среду

, (33)

4.8 Определяют коэффициент теплопередачи через изоляцию

, (34)

 

где - температура теплоносителя под кожухом, .

4.9 Рассчитывают толщину слоя изоляции .

(35)

где - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, выбираемой из таблицы приложения 6, ; - коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя, принимаемый того же порядка, что и в типовом расчете, ; , - соответственно толщина кожуха и защитного слоя, м; , - соответственно коэффициенты теплопроводности материалов кожуха и защитного слоя, .

4.10 Рассчитывают величину теплоотдающей поверхности изоляции цилиндра:

, (36)

4.11 Определяют потери тепла с поверхности изоляции:

, Вт (37)

Теплопотери тепла через крышки рассчитываются по аналогичной методике:

без изоляции , (38)

с изоляцией , (39)

4.12 После учета всех потерь тепла уточняется расход пара .

, кг/с (40)

где i - энтальпия пара, Дж/кг; - сумма потерь через крышки, Вт.

4.13 Определяют удельный расход пара на процесс.

(41)

где G_сек - секундный расход жидкости по массе, кг/с.

 

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

5.1 Определяют коэффициент сопротивления трению (l¢) при движении жидкости по трубам с учетом неизотермического течения.

, (42)

где - число Прандтля для жидкости при температуре стенки;

- число Прандтля для жидкости при средней температуре потока жидкости.

5.2 Рассчитывают коэффициент потерь давления по длине труб ТА:

(43)

где L - длина пути, проходимого жидкостью по трубам, м; - внутренний диаметр трубы, м.

5.3 Рассчитывают коэффициент местного сопротивления на входе в трубную решетку по таблицам в зависимости от соотношения площадей:

(44)

5.4 Рассчитывают коэффициент местного сопротивления на выходе из нагревательных труб:

(45)

 

5.5 Определяют сумму местных сопротивлений:

(46)

где , - соответственно коэффициенты местных сопротивлений штуцера на входе и выходе (0,5; 1)

5.6 Определяют потери давления при движении жидкости через ТА и затраты на создание скоростного напора:

, Па (47)

5.7 Определяют расход мощности на транспортировку жидкости через ТА:

, Вт (48)