Тепловой и конструктивный расчёт секционного водо-водяного подогревателя теплосети

Таблица 1-2.Физико-механические свойства пропитанного графита и графопласта АТМ-1.

Наименование показателей	Пропитанный графит	Графопласт АТМ-1
Плотность,(кг/м³)*10ˉ³ Предел прочности при сжатии ,МПа То же ,кг/см² Теплостойкость,°С Теплопроводность ,Вт/(м*°С) Водопоглощение ,г/дм²	1,8-1,85 70-100 700-1000 170 93-116,3 0,07-0,15	1,8-1,85 70-100 700-1000 130 35-40 0,01-0,1

 

Вследствие хорошей теплопроводности графита углеграфитовые теплообменники более компактны по сравнению с теплообменниками из других неметаллических материалов. Углеграфитовые теплообменники могут иметь различные конструкции. Их можно изготовлять кожухотрубчатыми со стальным кожухом и с трубными досками, крышками и трубками из углеграфита (рис. 1.6,в), если греющий теплоноситель неагрессивен, а также полностью из углеграфитовых деталей, например пластинчатыми, в которых с одной стороны пластины проходит один теплоноситель, а с противоположной — другой. Получили применение углеграфитовые теплообменники из цилиндрических и прямоугольных блоков.

На рис. 1.6, а представлена принципиальная конструкция графитового кожухоблочного теплообменника, предназначенного для нагрева или испарения кислот насыщенным водяным паром под давлением 3*105 Па. Он имеет четыре цилиндрических блока , в каждом из которых имеются маленькие горизонтальные круглые отверстия, соединяющиеся с большим вертикальным цилиндрическим отверстием. Блок имеет также большое число маленьких вертикальных отверстий.[1]

Греющий пар поступает в металлический кожух и конденсируется в маленьких горизонтальных отверстиях. Конденсат стекает по большой вертикальной трубе, образованной блоками. Агрессивная жидкость (кислота) проходит по мелким вертикальным трубкам и нагревается. Крышки теплообменника, соприкасающиеся с кислотой, также выполнены из графита.[1]

Рис.1-6. Схемы кожухоблочного теплообменника с круглыми графитовыми блоками и теплообменника с графитовыми трубками, крышками и металлическим корпусом.

а - кожухоблочный теплообменник; б - графитовый блок; в - трубчатый теплообменник; 1 - металлический кожух, 2 - графитовый блок; 3 - металлические фланцы; 4 - анкерная связь; 5 - крышки из графита; 6 - трубки из графита.

1.3 Выбор конструктивной схемы аппарата.

На основе анализа возможных схем теплообменников, учёта их конструктивных особенностей выбирается оптимальная схема теплообменника, представленная на рис.1-2

2. Расчетная часть

2.1 Конструктивный расчет теплообменника

Расчет производится с учетом, что греющая вода протекает в межтрубном пространстве теплообменника.

2.1.1 Средняя температура греющей  воды.

По температуре плотность воды равна:

100-0,04

32,5-х  =960-13=947 кг/м³

Удельная теплоемкость воды:

10-21

2,5-х  =4266+5,25=4271,25Дж/кгК

Коэффициент теплопроводности воды:

10-0,001

2,5-х 

Коэффициент кинематической вязкости:

10-0,016

2,5-х 

Критерий Прандтля:

10-0,1

2,5-х 

2.1.2 Средний объемный расход греющей  воды, протекающей в межтрубном  пространстве:

2.1.3 Средняя температура нагреваемой воды:

По температуре плотность воды равна:

50-0,038

35-х

 

Удельная теплоемкость воды: 4208 Дж/кгК

10 - 13

5   - х              Дж/кгК   

Коэффициент теплопроводности воды:

10 - 0,005

5   - х            

Коэффициент кинематической вязкости:

10 – 0,039

5   -  х                 

Критерий Прандтля: Pr =2,08

10 – 0,26

5   - х               

2.1.4 Средний объемный расход нагреваемой жидкости:

2.1.5 Суммарная площадь поперечного сечения трубок в секциях: .

2.1.6 количество трубок:

По таблице 2 стандартное количество трубок:

Значение относительного диаметра трубной решетки , где - внутренний диаметр трубной решетки; S-шаг между трубками, который находится по формуле: , тогда внутренний диаметр трубной решетки:

2.1.7 Внутренний диаметр корпуса  аппарата:

, где  k-кольцевой зазор, который равен 0,008м.

2.1.8 Площадь поперечного сечения  корпуса:

2.1.9 Площадь занятая трубками:

2.1.10 Поперечное сечение пространства:

2.1.11 Отношение площадей:

2.1.12  скорость воды в межтрубном  пространстве:

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Тепловой расчет теплообменника

Тепловой расчет производится применительно к многослойной стенке с учетом накипи.

2.2.1 Коэффициент теплопередачи - α , от греющей воды к стенкам труб.

а) Критерия Рейнольдса , где

б) Критерий Нуссельта при турбулентном режиме (Re> 10000): , где Pr -критерий Прандтля, который берется по наибольшей температуре-145 , Pr =1,215

α

2.2.2 Коэффициент α от стенке к трубе с нагревающей жидкостью.

а) Критерий Рейннальдса:

б)Критерий Нуссельта при турбулентном режиме (Re> 10000):

α

2.2.3 Коэффициент теплоотдачи:

2.2.4 Поверхность теплообменника:

, где средняя температура равна:

2.2.5 Длина трубок в  секции:

, где  -средний диаметр, который равен:

2.2.6 Число секций:

, где  l нормативная длина секции, равная 4,08м

Данный подогреватель типа: ВВПЛ-300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

1. Анализ возможных конструкций теплообменных аппаратов поверхностного типа показал, что основным типом передачи тепла является конвективный теплообмен, включающий в себя теплопроводность и конвекцию (сложный теплообмен), это затрудняет тепловые расчёты, сводя их к теоретико-экспериментальным методам.

2. Теплоносителями в аппаратах рассмотренного типа является жидкость. Жидкость можно транспортировать на большие расстояния, чем водяной пар и коэффициент теплообмена достаточно высок. Понижение температуры воды хорошо изолированных трубопроводов составляет не более 1°С на километр.

3. Выбранный секционный трубчатый теплообменник (водо-водяной подогреватель) марки ВВПЛ-300 состоящий из 1 секции. Небольшая разница в скоростях движения теплоносителей в межтрубном пространстве и трубах обеспечивает примерное равенство расходов.

4. Недостатком секционного теплообменника является повышенная стоимость единицы поверхности нагрева, т.к. большая длина пути жидкости создаёт дополнительные гидравлические потери.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения.

 

 

Таблица 1.[2] -Физические параметры воды на линии насыщения.

t,°C	P, бар	Cp*10-3, Дж/кг*К	l, Вт/м*К	a*107, м2/с	m*105, Н*с/м2	ν*106, м2/с	Pr
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360	0,0060 0,0122 0,0233 0,042 0,0730 0,1233 0,1992 0,3116 0,4736 0,7011 1,0132 1,4327 1,9854 2,7011 3,614 4,760 6,180 7,920 10,027 12,553 15,550 23,202 33,480 46,940 64,19 85,92 112,90 116,08 186,74	4,212 4,191 4,183 4,174 4,174 4,174 4,178 4,187 4,195 4,208 4,220 4,233 4,250 4,266 4,287 4,312 4,346 4,379 4,417 4,459 4,505 4,614 4,756 4,949 5,229 5,736 6,473 8,163 13,984	0,551 0,575 0,599 0,618 0,634 0,648 0,659 0,668 0,675 0,680 0,683 0,685 0,686 0,686 0,685 0,684 0,686 0,679 0,675 0,670 0,663 0,645 0,628 0,605 0,575 0,510 0,506 0,450 0,393	1,300 1,370 1,430 1,490 1,530 1,570 1,600 1,630 1,650 1,670 1,680 1,700 1,710 1,720 1,735 1,727 1,730 1,727 1,720 1,710 1,700 1,660 1,622 1,558 1,463 1,319 1,152 0,960 0,536	178,8 130,5 100,4 80,1 65,3 54,9 47,0 40,6 35,5 31,5 28,2 25,9 23,7 21,8 20,1 18,6 17,4 16,3 15,3 14,4 13,6 12,5 11,5 10,6 9,8 9,5 8,5 7,7 6,7	1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,272 0,252 0,233 0,217 0,203 0,191 0,181 0,173 0,165 0,158 0,141 0,141 0,135 0,131 0,128 0,128 0,127 0,126	13,67 9,52 7,02 5,49 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,60 1,47 1,36 1,26 1,17 1,10 1,05 1,00 0,96 0,93 0,89 0,87 0,87 0,90 0,97 1,11 1,39 2,35

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.[2]- Значение относительного диаметра трубной решётки D¢/S в зависимости от числа трубок при ромбическом  ( n¢1) и концентрическом (n¢2) размещении.

D¢/S	n¢1	n¢2	D¢/S	n¢1	n¢2
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20	7 19 37 61 91 127 187 241 301 367	7 19 37 62 93 130 173 223 179 341	22 24 26 28 30 32 34 36 38 40	439 517 613 721 823 931 1045 1165 1306 1459	410 485 566 653 747 847 953 1066 1185 1310

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.[2] Основные данные о водо-водяных подогревателях для

                                            городского водоснабжения.

Наименование	Обозначение   подогревателя
	ВВПЛ-50	ВВПЛ-60	ВВПЛ-80	ВВПЛ-100	ВВПЛ-150	ВВПЛ-200	ВВПЛ-250	ВВПЛ-300
Наружный диаметр корпуса DН, мм	57	70	89	114	168	219	273	325
Внутренний диаметр корпуса DВ, мм	50	63	82	106	156	207	259	309
Число трубок в секции, шт.	4	7	12	19	37	69	109	151
Удельная поверхность нагрева FУ, м2/м	0.193	0.34	0.58	0.92	1.78	3.33	5.25	7.28
Поверхность нагрева одной секции нормальной длины F, м2	0.77	1.36	2.3	3.7	7.1	13.3	21	29.1
Площадь живого сечения межтрубного пространства одной секции fМТ,м2	0.00116	0.00173	0.00297	0.005	0.0122	0.0198	0.0308	0.0446
Отношение площади межтрубного пространства к площади трубок fМТ/ft	1.76	1.5	1.5	1.58	2	1.75	1.72	1.78
Основные размеры, мм
dН	45	57	70	89	133	168	219	273
dН1	45	57	70	89	114	168	219	219
L3	4409	4464	4503	4568	4722	4917	5075	5277
H	200	240	260	300	400	500	600	700
Вес одной секции с калачом, кг	43	54	77	100	201	327	492	680

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Майрановский  Ф.Г. и др. Примеры расчетов по  гидравлике: Учебное пособие. - М.: Стройиздат, 1976. 256 с.

2. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан  Н.В. и др. Гидро- пневмоавтоматика  и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины  и передачи. - Минск: Высшая школа, 1987. 310 с.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

4. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов  Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины  и гидроприводы: Учебник. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

5. Богданович Л.Б. Гидравлические  механизмы поступательного движения: Схемы и конструкции. - М., Киев: МАШГИЗ, 1958. - 181 с.

6. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1972. - 648 с.

7.Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., ил.

8. Лебедев П. Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки:

Учебник для студентов технических вузов. Изд.2-е, перераб. – М.: Энергия, 1972.

9. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебн. пособие  для неэнергетических вузов. – М.: Высшая школа, 1975 .

Работу выполнил студент группы

 

«__» ___________ 2012 год ______________ Усманов И.Р.

 

 

 

Работу проверил руководитель курсового проекта

«______»___________2012 год____________ Коростелёва Анна Владимировна