Расчет пароводяного кожухотрубчатого подогревателя тепловой мощностью 1800 кВт

Задание:

Тепловая мощность: Q = 1.8 МВт = 1800 кВт

Температура воды на входе: 55 ⁰С

Температура воды на выходе: 100 ⁰С

Давление влажного пара: P = 0,38 МПа

Температура конденсата на выходе: = 142 ⁰С

Число ходов воды: z = 2

Материал труб: латунь

Диаметр труб:

ВВЕДЕНИЕ

Данный расчет пароводяного кожухотрубчатого подогревателя является частным расчетом теплообменных аппаратов, включающий в себя три главы:

-  поверочный расчет, в котором определяется поверхность теплообмена, по заданной тепловой нагрузке, температуре на входе и выходе, а так же его основные компоновочные характеристики;

-  гидравлический расчет, в котором определяется гидравлические сопротивления на прокачку теплоносителей (воды и пара) и выбор насосов для их прокачки;

-  прочностной расчет, который производиться для определения основных конструктивно-компоновочных характеристик (толщин стенок корпуса, длину трубных досок и других характеристик), кроме этого производиться проверка на номинальные допустимые напряжения (изгибающий момент, перерезывающую силу и напряжение на изгиб трубной решетки).

I. Расчет теплопередачи.

            Цель расчета: определение поверхности теплообмена и основных конструктивно – компоновочных характеристик аппарата.

1.  Расход нагреваемой воды, кг/с, м³/с

, где С_р = 4,19

 Здесь и в дальнейшем все теплофизические свойства воды и водяного пара рассчитаны по программе  WaterSteamPro версия 5.1

http:\\twt.mpei.ac.ru\orlov\watersteampro

= 9,547 кг/с

, где - плотность воды, при температуре100 ⁰С

 Плотность воды = 965 кг/м³                                                           

=0,0099 м³/с

2.  Скорость воды, м/с

Выбираем скорость воды = 0,58 м/с

3.  Число труб в одном ходе, шт.

= 67,08  принимаем = 67

4.  Общее число труб в корпусе, шт.

134 шт.

5.  Выбираем схему расположения труб в корпусе – шахматную.

; к » 2…3

принимаем к = 2, тогда 40 мм

Зазор мм.

6.  Диаметр кожуха (внутренний)

, где r₁ = 260 мм – внутренний радиус кожуха, определяется по рис. 1.

520 мм = 0,52 м

7.  Уточненное количество труб в аппарате

n = 133 шт.

8.  Проходное сечение аппарата по воде, м²

 0.01692 м²

9.  Скорость воды, м/с

0,585 м/с

10.  Необходимый расход пара, кг/с, м³/с

, где r – теплота парообразования, при давлении Р = 0,38 МПа теплота парообразования r = 2139,4 кДж/кг                                                                   0.84 кг/с

, где V” – удельный объем сухого насыщенного пара, при давлении Р = 0,38 МПа удельный объем сухого насыщенного пара V” = 0.48527 м³/кг  0.41 м³/с

11.  Предварительная длина труб, м

L = (0,3…6)×D_внутр, принимаем L = 0,4 м

12.  Среднее число труб в ряду

n_ср = 7

13.  Среднее проходное сечение по пару, м²

0,064 м²

14.  Средняя скорость пара в пучке, м/с

6,38 м/с

15.  Определение числа Рейнольдса пара Re_п

Re_п, где n_п – кинематическая вязкость, при температуре t₁₂ = 142 ⁰С кинематическая вязкость n_п = 6,75×10^-6 м²/с                                                    

Re_п18902

16.  Определение числа Рейнольдса пленки конденсата Re_пл

 где l_ж – теплопроводность жидкости, при температуре t_н =t₁₂ =142 ⁰С теплопроводность жидкости l_ж = 68,5×10^-2 Вт/(м×⁰С),                                              

r_ж – плотность жидкости, при температуре t_н = 142 ⁰С

плотность жидкости r_ж = 924 кг/м³,                                                                            

n_ж при температуре t_н = 142 ⁰С составит n_ж = 0,209×10^-6 м²/с.                      

Температурный напор , t_пл = t_н  = t₁₂  = 142 ⁰С,

задаемся температурой стенки t_ст = 104, отсюда 38 ⁰С;

r - теплота парообразования, при давлении Р = 0,38 МПа теплота парообразования r=2,1394×10⁶ Дж/кг                                                                                         

17.  Определение критерия Галилея Ga

, g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с, отсюда

18.  Определение критерия Нуссельта при конденсации пара Nu_п

, где m_п – динамическая вязкость пара, при температуре t_н = 142 ⁰С ; динамическая вязкость m_п = 1,37×10^-5 Па×с,           

m_пл – динамическая вязкость пленки жидкости, при температуре t_н = 138 ⁰С динамическая вязкость m_пл = 1,937×10^-4 Па×с,                                                    [3, стр. 264]

В – коэффициент, учитывающий степень загрязнения теплоносителя, для чистого пара В = 42.

19.  Определение среднего коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на горизонтальном пучке a_п, Вт/(м²×К)

Вт/(м²×К)

20.  Определение числа Рейнольдса воды Re_в

. Определим среднюю по длине трубок температуру воды:

⁰С. При этой температуре n_в = 3,757×10^-7 м²/с.  

Отсюда число Рейнольдса: 31121

21.  Критерий Нуссельта для теплоотдачи от стенки к воде Nu_в

, где число Прандтля при температуре воды

 t_в^ср=77,5 ⁰С равно Pr_в = 2,305                                                                                       

число Прандтля при температуре стенки t_ст = 104 ⁰С равно Pr_ст = 1,68     

22.  Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде a_в, Вт/(м²×К)

. При температуре воды t_в^ср=77,5 ⁰С  l_в = 66,5×10^-2 Вт/(м×⁰С),          

тогда Вт/(м²×К)

23.  Коэффициент теплопередачи к, Вт/(м×К)

, где d_ст – толщина стенки, d_ст = 1 мм;

l_ст – теплопроводность стенки, теплопроводность латуни при температуре t ~ 85 ⁰С   l_ст = 105 Вт/(м×К);