Расчет пароводяного кожухотрубчатого подогревателя, тепловая мощность которого 2 МВт

Оглавление

Введение. 3

Исходные данные. 4

1. Расчет теплопередачи. 5

2. Гидравлический расчет. 12

2.1 Определение гидравлического сопротивления (потерь давления) в аппарате по водяному тракту. 12

2.2 Определение гидравлического сопротивления (потерь давления) в аппарате по паровому тракту. 14

3. Расчет на прочность. 18

Заключение. 25

Литература. 26

Введение

Данный вид подогревателя относится к рекуперативным подогревателям, т.е. теплообменникам, у которых передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку. Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяются в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Кожухотрубчатые подогреватели состоят из кожуха и пучков труб, закрепленных на трубных решетках (досках). В трубы подают более загрязненный теплоноситель, а в межтрубное пространство – менее загрязненный. Для увеличения скорости теплоносителя межтрубное пространство разделяют перегородками.

Достоинства кожухотрубчатых подогревателей:

·  Надежность, безотказная работа даже в условиях агрессивных сред ;

·  Высокая эффективность;

·  Компактность;

·  Широкий спектр применения;

·  Низкие капиталовложения в силу приемлемых затрат на производство;

·  Простота в чистке, разборке.

Целью работы является расчет пароводяного кожухотрубчатого подогревателя.

Необходимо провести теплогидравлический и прочностный расчет пароводяного подогревателя. В ходе работы необходимо определить конструкцию аппарата, его технические, компоновочные и прочностные характеристики, при этом расчет на прочность проверяют по допускаемому номинальному напряжению без учета временного фактора, так как по условию задания проектируется подогреватель небольшой мощности, работающий при относительно низких температурах и давлениях.

Исходные данные

·  Тепловая мощность  -

·  Температура воды на входе в подогреватель –

·  Температура воды на выходе из подогревателя

·  Давление влажного пара

·  Температура конденсата на выходе

·  Число ходов воды

·  Диаметр труб

1. Расчет теплопередачи

1.1. Расход нагреваемой воды,

где Q –тепловая мощность аппарата, МВт;

теплоемкость воды, ;

 температура воды на входе и выходе соответственно, ;

плотность воды при ее средней температуре, (табл.1.1 [1])

1.2. Скорость движения воды в трубах (выбираем предварительно),

1.3. Число труб в одном ходе, шт:

Примем

1.4. Общее число труб в корпусе, шт:

1.5. Выбираем схему расположения труб в корпусе.

 

Принимаем шахматное расположение труб в трубной доске.

Расстояние между осями труб, расположенных в вершинах равностороннего треугольника   величина зазора

1.6. Внутренний диаметр кожуха, м:

1.7. Уточняем количество труб в аппарате, шт:

1.8 .Проходное сечение по воде,

где внутренний диаметр труб, м;

z – число ходов воды, шт.

1.9. Уточненная скорость движения воды в трубах,

1.10. Необходимый для нагрева воды расход пара,

где  - тепловая мощность подогревателя, кВт;

теплота испарения при заданном давлении,

плотность насыщенного пара,  (табл.1.2 [1]).

1.11. Предварительная длина труб, м:

Примем

1.12. Среднее число труб в ряду по ходу пара, шт:

1.13. Среднее проходное сечение по пару,

1.15. Средняя скорость пара в пучке,

1.15. Определение Re пара:

где коэффициент кинематической вязкости,  (табл. 1.2[1]).

1.16. Определение Re пленки конденсата:

теплопроводность пленки конденсата,  (табл.1.2 [1]);

плотность пленки конденсата, (табл.1.2 [1]);

кинематическая вязкость пленки конденсата,  (табл.1.2 [1]);

разность между температурой пленки конденсата и температурой стенки трубы,

где

1.17. Критерий Галилея:

1.18. Критерий Нуссельта для теплоотдачи при конденсации пара:

В – параметр, учитывающий загрязнение пара, В=42;

коэффициенты динамической вязкости пара и пленки соответственно, (табл. 1.1, 1.2 [1]).

1.19. Средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара на горизонтальном пучке,

1.20. Определение Re воды:

где коэффициент кинематической вязкости воды при   (табл. 1.1 [1])

1.21. Критерий Нуссельта для теплоотдачи от стенки к воде:

Прантль воды при ее средней температуре (табл. 1.1[1]);

Прантль воды вблизи стенки при температуре стенки  (табл. 1.1[1]).

1.22. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде,

теплопроводность воды при ее средней температуре ,  (табл.1.1 [1])

1.23. Коэффициент  теплопередачи,

толщина труб и загрязнений соответственно, м;

теплопроводность материала труб и загрязнений соответственно,

1.24. Уточнение температуры стенки по уравнению теплового баланса:

уточненная температура стенки,

температура насыщения конденсата,

Температура стенки выбрана верно.

1.25. Средне-логарифмическая разность температур между теплоносителями,

1.26. Необходимая расчетная поверхность нагрева,

1.27. Поверхность нагрева аппарата по эскизу, рис. 1.1.

Проверим расхождение:

Таким образом,  в результате теплового расчета подогревателя определили  его основные конструктивно-компоновочные характеристики (табл. 1.1)