Расчет теплообменного аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru

Теплообменным аппаратом (ТА) называется устройство, назначением которого является передача тепла от одного тела к другому.

ТА широко применяются в нефтедобывающей, газовой и химической промышленности ,при транспорте и хранении нефти, нефтепродуктов и газа. В нефтедобывающей промышленности ТА являются составной частью компрессорных установок, водогрейных и парогенераторных установок и т.д.

В газовой промышленности ТА применяются в энергетических установках компрессорных станций магистральных газопроводов, газобензиновых заводах, на установках низкотемпературной сепарации газа и т.д. теплообменный аппарат мощность температура

В нефтеперерабатывающей и химической промышленностях ТА применяются для нагрева сырья, охлаждения целевых продуктов и полуфабрикатов, на энергетических и компрессорных установках и т.д.

Широкое распространение ТА в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт эксплуатации и анализировать рабочий процесс.

Эффективная работа ТА приводит к сокращению расхода топлива и улучшает технико-экономические показатели установок.

Теплофизические свойства горячего и холодного теплоносителей (c_pm, , , , Pr)

Находятся исходя из средних арифметических температур теплоносителей:

єС; єС. [II - 68]:

	cpm, 10-3Дж/(кг•К)	, Вт/(м•К)	•10-6 м2/с	, кг/м3	Pr
Газойль t = 190 ОС	2,552	0,101	0,584	741	10,9
Мазут = 90 ОС	2,075	0,127	18,823	896	285

Мощность теплообменного аппарата:

кВт;

;

Средняя разность температур:

;

Т.к. P_min<0,5 , принимаем P = 0,5;

єC;

Средняя логарифмическая разность температур:

;

Наибольшая и наименьшая разности температур:

єC;

єC;

єC.

Предварительное определение водяного эквивалента поверхности нагрева и размеров аппарата

Водяной эквивалент

Примем k из интервала 150ч300, k = 170, тогда площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата равна

.

Площади проходных сечений:

, где w - скорость течения теплоносителя в ТА.

Скорость выбираем в соответствии с рекомендациями [1-25]:

w₁ = ( 0,5 ч 3,0) м/с, выбираем w₁ = 2 м/с;

w₂ = ( 0,2 ч 1,0) м/с, выбираем w₂ = 0,7 м/с;

Конструктивные характеристики кожухотрубного теплообменного аппарата

Учитывая расчетные площадь поверхности теплообмена и площади проходных сечений, выбираем теплообменный аппарат кожухотрубный горизонтальный четырёхходовой с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе с такими параметрами [I - 60]:

площадь поверхности теплообмена, м2	269
Число ходов по трубам, nx	4
Наружный диаметр кожуха	-
Внутренний диаметр кожуха D1, мм	1000
Наружный диаметр труб dн, мм	20
Толщина стенки , мм	2
Внутренний диаметр труб dвн, мм	16
Активная длина труб l, мм	4000
площадь проходного сечения между перегородками fмп, м2	14,6•10-2
площадь проходного сечения в вырезе перегородки fв, м2	10,1•10-2
площадь проходного сечения одного хода по трубам fох, м2	5,1•10-2
Расстояние между перегородками l', мм	520
Число сегментных перегородок Nпер	6
Расположение труб в пучке	В вершинах треугольника
Поперечный шаг труб S1 = t, мм	26
продольный шаг труб S2, мм	22,5
Число рядов труб в пучке z	34
Число рядов труб в окнах перегородок zВП	9
Число рядов труб пересекаемых перегородкой zП	16
Наружный диаметр пучка труб, мм	983

В кожух теплообменного аппарата устанавливаются сегментные перегородки, которые поддерживают трубки от провисания и интенсифицируют теплообмен в межтрубном пространстве.

Определение коэффициента теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке (б₁, Вт/(м²•К))

Горячий теплоноситель направляем в трубное пространство.

,

где Pr_СТ - число Прандтля теплоносителя при средней температуре стенки труб.

Примем єC, тогда Pr_СТ = 12,3.

Т.к. Re₁ > 10⁴, то значения коэффициентов C, m и n, зависящие от расположения трубок в теплообменном аппарате и числа Re, будут равны [ 1 - 30 ]:

С = 0,021; m = 0,8; n = 0,43.

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю (б₂, Вт/(м²•К))

Холодный теплоноситель пускаем в межтрубное пространство.

, где

С = 0,681; С₁ = 0,71; С_Z = 1; m = 0,5; n = 0,36 [ 1 - 32];

Pr_СТ = 63.

Проверка:

1436•(190 - 163) =38772;

531•(163 - 90) = 38763.

Погрешность:

.

8. Дополнительные тепловые сопротивления У(д_i/л_i), (м²•К)/Вт

где [ 1 - 22,24]

R_ЗГ = (4,0ч29,0)•10^-4 (м²•К/Вт) - термическое сопротивление горячего теплоносителя;

R_ЗХ = (20ч40)•10^-4 (м²•К/Вт) - термическое сопротивление холодного теплоносителя.

л_С - коэффициент теплопроводности стенки, зависит от материала труб.

Выбираем для труб сталь углеродистую 40, для неё л_С = 48,1 Вт/(м•К),

Зададим:

R_ЗГ = 8•10^-4 м²•К/Вт;

R_ЗХ = 24•10^-4 м²•К/Вт,

Тогда

9. Коэффициент теплопередачи к (Вт/(м²•К)) и водяной эквивалент поверхности нагрева кF (Вт/К)

.

Погрешность:

10. Мощность теплообменного аппарата Q, кВт по данным проверочного расчета (расчет второго рода)

;

;

;

,

или

- приведённый водяной эквивалент.

;

Вт.

Погрешность:

Действительные температуры теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата:

єС;

єС.

Погрешности:

11. Гидравлический расчет теплообменного аппарата

Гидравлический расчет необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, необходимых для перекачки теплоносителей через аппарат.

Падение давления теплоносителя в трубном пространстве:

, где

Дp_п.тр. - падение давления, обусловленное потерями на трение;

Дp_м.с. - падение давления, обусловленное местными сопротивлениями;

, где

л - коэффициент гидравлического сопротивления внутренней поверхности труб,

при Re > 2300:

где

о_П - коэффициент местного сопротивления в промежуточной камере при переходе потока из одной секции трубного пространства в другую (поворот потока на 180є), о_П = 2,5 [ I - 39 ].

Падение давления теплоносителя в межтрубном пространстве:

, где

Дp_п - падение давления теплоносителя при поперечном омывании пучка труб между перегородками;

Дp_в.п - падение давления в окнах сегментных перегородок;

Дp_в.к - падение давления во входной и выходной секциях межтрубного пространства;

Дp_в.м - падение давления на входе и выходе из межтрубного пространства.

, где

Дp_по - падение давления теплоносителя при идеальном обтекании пучка труб поперечным потоком;

x₁, x₂ - коэффициенты, учитывающие распределение потоков в межтрубном пространстве.

,

, где

b₁, b₃, b₄ - коэффициенты, зависящие от расположения труб в пучке и числа Рейнольдса [ I - 41]:

b₁ = 4,57

b₂ = - 0,476

b₃ = 7,0

b₄ = 0,5

;

где

r₁, r₂ - определяющие параметры конструкции [ I - 62 ]:

r₁ = 0,18; r₂ = 0,243.

;

где

о_вх, о_вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе из межтрубного пространства [ I - 43 ]: о_вх = 1,5; о_вых = 1,0.

Мощности привода насосов.

Эффективные мощности привода насосов:

, где

з_oi - относительный внутренний к.п.д. перекачивающих устройств;

з_м -механический к.п.д. перекачивающих устройств.

Коэффициент энергетической эффективности:

12. Графическая часть курсовой работы

1 - Распределительная камера.

2 - Разделительная перегородка.

3 - Отбойник.

4 - Кожух.

5 - Трубный пучок.

6 - Температурный компенсатор.

7 - Сегментные перегородки.

8 - Дистанционные трубки

9 - Трубные решетки.

10 - Задняя крышка.

11 - Штуцеры для входа и выхода из межтрубного пространства.

12 - Опоры.

13 - Штуцеры для входа и выхода из трубного пространства

Для четырёхходового теплообменного аппарата:

Распределительная Задняя крышка

камера

Характер изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности при прямотоке и противотоке в зависимости от соотношения водяных эквивалентов теплоносителей.

По оси абсцисс отложена поверхность теплообмена F, по оси ординат температура теплоносителей.

Большее изменение температуры будет у теплоносителя с меньшей теплоемкостью массового расхода.

Вывод:

в процессе расчёта теплообменного аппарата я определил тип ТА и его конструкцию, определил мощность выбранного стандартного ТА, и действительные конечные температуры теплоносителей, в результате чего подтвердил возможность использования стандартного теплообменника при заданных температурах теплоносителей. Также я провёл гидравлический расчёт ТА, необходимый для определения мощностей энергопривода насосов, необходимых для перекачки теплоносителей через аппарат.

Список использованной литературы:

1. Калинин А.Ф. Расчёт и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата. - М., РГУНГ им. И.М. Губкина, 2002. - 82 с.

2. Трошин А.К. Теплоносители тепло- и массообменных аппаратов и их теплофизические свойства. - М., МИНГ, 1984. - 94 с.

3. Калинин А.Ф. Расчёт и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата. - М., МИНГ, 1989. - 76 с.

4. Поршаков Б.П. Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. - М., Недра, 1988. - 300 с.

Размещено на Allbest.ru

...