3.2.1. Исходные данные для расчета подогревателя

Параметры греющего пара

давление:

p_п = 0.58 МПа

температура:

t_п = 323 ºС

давление в собственном подогревателе:

p`_п = 0.95 ∙ p_п

p`_п = 0.551 МПа

Параметры нагреваемого конденсата

давление

p_к = 1 МПа

температура на входе в подогреватель:

t`_в = 119.1 ºС

расход:

G_к = 194.4 кг/с

Дополнительные данные

недогрев до температуры насыщения:

v = 4 К

коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду:

[3]

принятый коэффициент теплопередачи для подогревателей с U-образными нержавеющими трубками 08Х18Н10Т:

k_прин = 2800 Вт/(м²∙K)

критическое значение числа Рейнольдса:

Re_кр = 1600

теплопроводность металла труб из нержавеющей стали 08Х18Н10Т при температуре 130 °C:

λ_м = 17 Вт/м∙К

Основные размеры подогревателя

наружный диаметр труб:

d_нар = 16 мм

толщина стенки труб:

δ_тр = 1 мм

внутренний диаметр труб:

d_вн = d_нар – 2∙ δ_тр

d_вн = 14 мм

продольный шаг:

S₁ = 22 мм

поперечный шаг:

S₂ = 19 мм

коэффициент заполнения трубной доски:

скорость движения воды в трубках:

w_в = 1.7 м/с [2]

3.2.2. Определение параметров воды и пара в подогревателе

Энтальпия греющего пара по p_п и t_п

h_п = wspHPT(p_п,t_п) [1]

h_п = 3110.3 кДж/кг

Температура насыщения пара в подогревателе по p`_п

t_н = wspTSP(p`_п)

t_н = 155.53 ºС

Энтальпия конденсата греющего пара по t_н

h_к = wspHSWT(t_н)

h_к = 656.17 кДж/кг

Температура основного конденсата за подогревателем

t``_в = t_н – v

t``_в = 151.53 ºС

Энтальпия основного конденсата на выходе из подогревателя по p_к и t``_в

h``<sub>в</sub> = wspHPT(p<sub>к</sub>,t``_в)

h``_в = 639.17 кДж/кг

Энтальпия основного конденсата на входе в подогреватель по p_к и t`_в

h`<sub>в</sub> = wspHPT(p<sub>к</sub>,t`_в)

h`_в = 500.4 кДж/кг

Средняя температура основного конденсата в подогревателе

ºС

Параметры основного конденсата в подогревателе при средней температуре

удельный объем:

v_в = wspVPT(p_к,)

v_в = 0.001075 м³/кг

кинематическая вязкость:

v_в = wspKINVISPT(p_к,)

v_в = 2.193 ∙ 10^-7 м²/c

число Прандтля:

Pr_в = wspPRANDTLEPT(p_к,)

Pr_в = 1.272

теплопроводность:

λ_в = wspTHERMCONDPT(p_к,)

λ_в = 0.685 Вт/м∙К

Параметры воды/пара при температуре насыщения греющего пара

динамическая вязкость воды на линии насыщения:

μ_к = wspDYNVISSWT(t_н)

μ_к = 175.5 мкПа∙с

удельная теплота парообразования:

r_к = wspRST(t_н)

r_к = 2096.2 кДж/кг

удельная теплопроводность воды на линии насыщения:

λ_к = wspTHERMCONDSWT(t_н)

λ_к = 0.683 Вт/м∙К

кинематическая вязкость воды на линии насыщения:

v_к = wspKINVISSWT(t_н)

v_к = 1.925 ∙ 10^-7 м²/c

3. Тепловой расчет подогревателя

Расход греющего пара, поступающего в подогреватель

Был определен из уравнения теплового баланса подогревателя:

D_п∙(h_п – h_к)∙η_то = G_к∙(h``_в – h`_в)

кг/с

Количество теплоты, передаваемое греющим паром в подогревателе:

Q = D_п∙(h_п – h_к)∙η_то

Q = 10.39∙(3110.3 – 656.17) ∙10­³∙0.99=25.243∙10⁶ Вт

Среднелогарифмический температурный напор:

Требуемая площадь поверхности подогревателя

При принятом коэффициенте теплопередачи в подогревателе и исходных данных необходимая площадь поверхности теплообмена была определена как:

С учетом рассчитанной площади поверхности теплообмена были приняты основные размеры подогревателя и его тип:

ПНД с одной трубной доской;

U-образные трубки из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т;

шахматное расположение труб.

Число параллельных труб по ходу воды

Было принято из условия пропуска всего потока основного конденсата при принятом внутреннем диаметре труб и скорости движения воды. Должно быть целым числом:

Общее число трубных концов, развальцованных в трубной доске

При принятом четырехходовом движении воды:

z = 4 ∙ z₁ = 3196 шт

Площадь трубной доски:

Средняя длина труб:

Средняя активная длина труб для всех отсеков

Рассчитываемый подогреватель имеет несколько отсеков, длина труб в каждом из которых различная. Для дальнейших расчетов необходимо знать среднюю активную длину труб в отсеках. Была принята из прототипа средняя активная длина:

H_­ср = 4.431 м

Число Рейнольдса для пленки конденсата на нижней кромке поверхности

Для определения коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам труб необходимо установить режим движения пленки конденсата.

Средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке

Так как полученное значение числа Рейнольдса для пленки конденсата:

Re_к = 494.2 меньше критического Re_кр = 1600, то режим течения – ламинарный и коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара к стенкам труб:

Число Рейнольдса для основного конденсата внутри труб:

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к основному конденсату

Так как рассчитанное число Рейнольдса для течения основного конденсата: больше критического, то режим течения – турбулентный и число Нуссельта:

Средний коэффициент теплоотдачи от стенки труб к основному конденсату:

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к основному конденсату:

Расхождение с ранее принятым: