Рефотека.ру / Промышленность и пр-во

Контрольная работа: Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

СОДЕРЖАНИЕ


ЗАДАНИЕ

РЕШЕНИЕ

Тепловой расчет кожухотрубного теплообменника

Тепловой расчет пластинчатого теплообменника

Вывод

список использованной литературы


ЗАДАНИЕ


Произвести тепловой конструкторский расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменного аппарата, подключенного по схеме противотока при следующих данных:

Производительность Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Начальная температура греющей воды Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Конечная температура греющей воды Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Начальная температура нагреваемой воды Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Конечную температуру нагреваемой воды задать самостоятельно.

РЕШЕНИЕ


Тепловой расчет кожухотрубного теплообменника


Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости, следовательно, и интенсивности теплообмена теплоносителей. Горизонтальные секционные скоростные водоподогреватели по ГОСТ 27590 с трубной системой из прямых гладких или профилированных труб отличаются тем, что для устранения прогиба трубок устанавливаются двухсекторные опорные перегородки, представляющие собой часть трубной решетки.


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Рис. 1. Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного водоподогревателя с опорами-турбулизаторами


Такая конструкция опорных перегородок облегчает установку трубок и их замену в условиях эксплуатации, так как отверстия опорных перегородок расположены соосно с отверстиями трубных решеток.

Водоподогреватели состоят из секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками - по межтрубному. Патрубки могут быть разъемными на фланцах или неразъемными сварными. В зависимости от конструкции водоподогреватели для систем горячего водоснабжения имеют следующие условные обозначения: для разъемной конструкции с гладкими трубками - РГ, с профилированными - РП; для сварной конструкции - соответственно СГ, СП.

1). Максимальный расход греющей воды, проходящей по межтрубному пространству теплообменника, можно определить из уравнения:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тогда расход Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.


Тепловые потери из-за несовершенства теплоизоляции для водоподогревателей по ГОСТ 27590 принимаются от 5 до 9%. При расчете примем потери 7%, тогда Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника. Теплоемкость греющей воды при ср. температуре Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника принимается равной Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и плотность Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника (Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена – таблица №3 “Физические свойства воды на линии насыщения”, стр. 103-104).


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.


2). Для определения расхода нагреваемой воды задаемся конечной температурой Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, теплоемкость воды при ср. температуре Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника принимается равной Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и плотность Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника (Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена – таблица №3 “Физические свойства воды на линии насыщения”, стр. 103-104).


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


3). Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках, равной Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, и исходя из двухпоточной компоновки определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, кв.м, по формуле:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


В соответствии с полученной величиной Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника по табл. 1 прил.7 СП 41-101-95 выбираем необходимый типоразмер водоподогревателя.


Таблица №1

Величина Обозначение Ед. измер. Значение
Наружный диаметр корпуса секции DH мм 325
Число трубок в секции n шт 151
Площадь сечений межтрубного пространства fмтр м2 0,04464
Площадь сечения трубок fтр м2 0,02325
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв м 0,0208
Коэффициент теплопроводности трубок λст Вт/(м·0С) 105
Поверхность нагрева одной секции (длина секции – 2м) fсек м2 14,24
Размер трубки

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

мм

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


4). Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


5). Коэффициент теплоотдачи Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м, принимается по таблице параметров теплообменника Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


6). Коэффициент теплопередачи Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


7). Коэффициент теплопередачи водоподогревателя Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника определяем, как:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - коэффициент эффективности теплообмена, в нашем случае для гладкотрубного теплообменника с блоком опорных перегородок принимается Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника;

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимаем Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.

8). При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника определяется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника по формуле:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Рис 2. График изменения температур теплоносителей

где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - среднелогарифмический температурный напор, определяемый, как:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


В нашем случае Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, поэтому Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника (см.рис 2).

Подставив числовые данные, получаем:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тогда поверхность нагрева будет равна Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


9). Для выбранного типа водоподогревателя при его двухпоточной компоновке число секций Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника водоподогревателя в одном потоке:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Площадь одной секции Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника принимается из таблицы №1.

Действительная площадь теплообмена будет равна


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.


10). Потери давления Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника в водоподогревателе при принятой длине секции 2м определяем по формулам:

для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - коэффициент, учитывающий накипеобразование (принимается в пределах от 2 до 3);

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Для теплообменника полученной конфигурации коэффициент В=11 (по таблице №3 из прил.7 СП 41-101-95).


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Рис. 3. Конструктивные размеры водоподогревателя

1 - секция; 2 - калач; 3 - переход; 4 - блок опорных перегородок;

5 - трубки; 6 - перегородка опорная; 7 - кольцо; 8 - пруток;

Все конструктивные размеры (см. рис 3) полученного теплообменного аппарата занесем в таблицу №2 (все размеры приведены в мм):


Таблица №2

Наружный диаметр корпуса секции DH D D1 D2 d dH H h L L1 L2 L3

325

440 219 335 390 273 600 300 2800 - 600 190

Тепловой расчет пластинчатого теплообменника


Пластинчатые теплообменники бывают различных конструкции, применяются в основном, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны. В настоящее время эти теплообменники очень компактны и по технико – экономическим и по эксплуатационным показателям превосходят большинство кожухотрубных теплообменников. Однако эксплуатировать эти аппараты при сверх высоких давлениях и температурах значительно сложнее (а многие из них и вовсе невозможно) по сравнению с кожухотрубными.

Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата - теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение - тип пластины; цифры после тире - толщина пластины, далее - площадь поверхности теплообмена аппарата (кв.м), затем - конструктивное исполнение (в соответствии с табл.2 в прил.8 СП 41-101-95), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 в прил.8 СП 41-101-95).

В прил.8 СП 41-101-95 рассматриваются теплообменники с тремя типами пластин – 0,3р, 0,6р и 0,5Пр. При высоких давлениях целесообразнее применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/кв.см). Я же для своего расчета выбираю теплообменник с пластинами типа 0,6р, так как эти пластины большей площади (0,6 кв.м) и сам теплообменный аппарат получается меньше по габаритам.

1). Соотношение числа ходов для греющей Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и нагреваемой Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника воды находится по формуле:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Для пластинчатого теплообменника в большинстве случаев принимается Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника. Подставив числовые данные, получаем:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Полученное соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка (см.рис 4)


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Рис. 4. Симметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя


2). При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость воды в каналах принимается по ГОСТ 15515 равной Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника = 0,4 м/с. Основные технические параметры пластины 0,6р занесем в таблицу №3.

Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника :


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, тогда


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

3). Компоновка водоподогревателя симметричная, т.е. Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Таблица №3

Показатель

Числовое значение

Габариты (длина х ширина х толщина), мм 1375х600х1
Поверхность теплообмена, кв.м 0,6
Вес (масса), кг 5,8
Эквивалентный диаметр канала, м 0,0083
Площадь поперечного сечения канала, кв.м 0,00245
Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м 1,188
Ширина канала, мм 545
Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм 4,5
Приведенная длина канала, м 1,01
Площадь поперечного сечения коллектора 0,0243
Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм 200
Коэффициент общего гидравлического сопротивления

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Коэффициент гидр. сопротивления штуцераТепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

1,5

Коэффициенты:

А

Б


0,492

3,0


Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника :


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, тогда


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.

4). Находим фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


5). Коэффициент теплоотдачи Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где А - коэффициент, зависящий от типа пластин, для типа выбранных пластин А=0,492 (см. табл.№3).

6). Коэффициент тепловосприятия Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


7). Коэффициент теплопередачи Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника определяется по формуле:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7-0,85. Толщина пластины и коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников по ГОСТ 15518 равны соответственно


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника и Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


8). Теперь определим необходимую поверхность нагрева Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника по формуле:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


9). Количество ходов в теплообменнике Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника:


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - поверхность нагрева одной пластины, кв.м.

Число ходов округляется до целой величины, в нашем случае до 1.

В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите.

10). Действительная поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


11). Потери давления Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


для греющей воды


Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника


где Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника - коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.

Б - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 3.

В результате расчета по табл.2 из прил.8 СП 41-101-95 в качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем теплообменник разборной конструкции (Р) с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины ИРП 1225 (исполнение 4). Поверхность нагрева - 55,8 кв.м. Условное обозначение такого аппарата будет выглядеть Р 0,6р-0,8-55,8-2К-01-4, его габариты Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника.


Вывод


Эти простейшие тепловые расчеты двух теплообменных аппаратов одинаковой тепловой производительности показывают, что коэффициент теплопередачи за счет более значительной турбулизации потоков практически в 1,5 раза выше у пластинчатого теплообменника, чем у кожухотрубного. Площадь теплообмена, необходимая для придания теплоносителям заданных параметров тоже в 1,5 раза ниже у пластинчатого. Конструктивные размеры у полученного кожухотрубного теплообменного аппарата Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, габариты полученного пластинчатого лежат в пределах Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника, что значительно меньше.

Однако, если четко настаивать на техническом превосходстве пластинчатых теплообменников, то полученные расчеты теплообменника по ГОСТ 15515 неудачны. В таблице 7 из приложения №8 СП 41-101-95 предоставляются варианты пластинчатых теплообменников фирмы производителя “СВЕП”, в которых коэффициент теплопередачи достигает порядка Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника. Следовательно, если за основу расчета взять теплообменники этой фирмы, то полученные габариты аппарата были бы гораздо меньше.

Однако, расчеты выявляют и некоторые недостатки пластинчатых аппаратов, например, гидравлические потери как по греющей так и по нагревающей среде в 4 раза больше, чем у рассчитываемого кожухотрубного аппарата.

Список использованной литературы


1. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. М.:Энергоатомиздат, 1986.

2. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.: Энергия, 1972.

3. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1998.

4. Свод правил “Проектирование тепловых пунктов” СП 41-101-95.

5. Справочник по теплообменникам. Том 2. Перевод О.Г.Мартыненко. М.:Энергоатомиздат, 1989.

Похожие работы:

  1. • Расчет и проектирование вертикального ...
  2. • Теплообменные аппараты
  3. • Расчеты четырёхсекционного пластинчатого ...
  4. • Пластинчатые теплообменники
  5. • Кожухотрубчатые теплообменные аппараты
  6. • Расчет рекуперативного теплообменника газотурбинного ...
  7. • Расчет тарельчатой ректификационной колонны
  8. • Расчет кожухотрубного теплообменника
  9. • Расчет кожухотрубного теплообменника для ...
  10. • Расчет кожухотрубного теплообменника
  11. • Кожухотрубный одноходовой ...
  12. • Теплообменник
  13. • Выбор теплообменника
  14. • Тепловой режим грунтов. Покой растений. Фитоценоз
  15. • Анализ работы компрессорных установок
  16. • Применение компьютерных технологий при проектировании ...
  17. • Расчет барабанной сушилки, обогреваемой воздухом
  18. • Проект спирального теплообменника
  19. • Теплоизоляция оборудования
Смотреть все похожие работы
Рефетека ру refoteka@gmail.com