Выбор конструкции теплообменника. Определение числа ходов теплообменика и числа труб в ходу

1. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННИКА

1.1. Предварительный выбор характеристик теплообменника

Для того чтобы определить основные конструктивные размеры элементов теплообменника, необходимые для расчёта, следует ориентировочно определить величину поверхности теплообмена F. Для этого определяют количество тепла, передаваемого в теплообменнике . Количество тепла, необходимое для нагрева воды , здесь - удельная теплоёмкость жидкости, - температура нагреваемой среды на входе в теплообменник, - температура на выходе из теплообменника;  - потеря тепла в окружающую среду , здесь - доля тепла, теряемого в окружающую среду, обычно эта величина лежит в пределах  .  Более точно эту величину определяют при расчёте теплоизоляции теплообменника. Окончательно имеем:

                         (1.1)       

Предварительно выбирают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, например, из  Табл. 5.3 [1]. Для теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к воде   k = (800 - 3500) Вт/(м² К).

Площадь теплопередающей поверхности аппарата:

                          (1.2)

где:  - средняя разность температур между теплоносителями:

                  (1.3)

где:  - наибольшая, а   - наименьшая разности  температур между теплоносителями, - температура насыщения греющего пара, которую определяют по Табл. П1  Приложений.

Затем предварительно выбирают размеры труб: наружный диаметр d_н, внутренний диаметр d_в, длину труб L. Диаметры труб выбирают в соответствии с Табл. П2 Приложений. Обычно в кожухотрубных теплообменниках применяют стальные трубы. Из высоколегированных коррозионно-стойких сталей используют трубы с толщиной стенки мм, а из углеродистых сталей обычно мм. Рекомендуемые размеры труб : 16 х1,5;  20 х 2;  25 х 2; 38 х 2; 57 х 2.5;  мм.

L = 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0; 6.0; 9.0 м.

Для чистых маловязких жидкостей d_н = 1638 мм, для газов, вязких и загрязнённых жидкостей - до d_н  = 76 мм.

Материал труб выбирается в соответствии с коррозионной активностью среды.

Выбирают тип теплообменника (вертикальный или горизонтальный, с неподвижными трубными решетками или с плавающей головкой, и т. д.).   

Какой теплоноситель направить в трубы, а какой - в межтрубное пространство - выбирают  на основе следующих рекомендаций. Предпочтительно в трубы направлять более загрязнённый, более коррозионно-активный  теплоноситель, с меньшим коэффициентом теплоотдачи, с меньшим объёмным расходом, с большим давлением. Охлаждаемую среду и газообразные теплоносители предпочтительно направлять в межтрубное пространство. В водоподогревателях, где греющая среда пар, основной источник загрязнений поверхностей теплопередачи - нагреваемая вода. В этом случае предпочтительнее воду направлять в трубы, так как очистка труб с внутренней поверхности значительно проще.    

1.2. Определение числа ходов теплообменика и числа труб в ходу.

Для того чтобы обеспечить приемлемые скорости воды в трубах приходится делать многоходовые по воде теплообменники. Рекомендованные скорости теплоносителей в трубах приведены в Табл.2.1. Приложений. Для воды м/с.

Число труб в ходу:

                          (1.4)

где: w_в - скорость жидкости в трубах, выбранная из рекомендованных значений,   - плотность жидкости, G_в - массовый расход жидкости, который, если он не задан, определяется как:

                                  (1.5)

Общее число труб в теплообменнике:

, округлить до целого числа,                 (1.6)

число ходов  , округлить до целого числа, 2, 4, 6; подобрать целые значения n и n_x, близкие к расчётным.

По числу труб в ходу n уточняется скорость воды в трубах, которая используется в дальнейшем при расчёте коэффициента теплоотдачи со стороны воды .

1.3. Выбор схемы и определение геометрических размеров теплообменника

Размещение труб в трубной решётке [7]

В теплообменниках жёсткого типа трубы размещают по вершинам равносторонних треугольников с минимально возможным шагом. Трубы в трубных решётках крепят развальцовкой, сваркой, пайкой и, иногда, склейкой. Для труб диаметром мм шаг труб t ориентировочно можно определить по формуле    мм. Для того чтобы трубная решётка не деформировалась при креплении труб шаг между трубами должен быть не менее:

при развальцовке  мм, при пайке                мм, при сварке               мм, если ,

 мм, если .

При разметке трубной решётки трубы располагают по возможности ближе к стенке корпуса теплообменника заполняя всю площадь круга.

 Число труб, размещённых на решётке

                           (1.7)

где:  - коэффициент заполнения трубной решётки;  - диаметр круга, на котором размещаются тубы (можно принять равным внутреннему диаметру корпуса теплообменника);  - шаг расположения труб.

Коэффициент заполнения учитывает меньшую плотность размещения труб по краю решётки, часть площади трубной решётки, занимаемой перегородками, устанавливаемыми для образования ходов по трубам.

Диаметр корпуса теплообменника.

Если определено число труб n, то по (1.7) можно найти внутренний диаметр корпуса теплообменника D. Принимается ближайшее большее значение внутреннего диаметра из стандартного ряда:

D_в: 0.159; 0.273; 0.325; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 2.4; 2.6; 2.8.

Диаметры патрубков определяются по рекомендованным значениям скоростей теплоносителей (Табл.П3 Приложений), причём скорости теплоносителей в патрубках должны быть близки к скоростям в теплообменнике:

здесь: G - массовый расход теплоносителя, w - скорость теплоносителя, - плотность теплоносителя. Полученные значения округляются до ближайшего внутреннего диаметра стандартных труб.