Пример расчета и выбора стандартного кожухотрубчатого теплообменника

Задание. Рассчитать и выбрать стандартный кожухотрубчатый теплообменник типа ТНВ или ТКВ (ГОСТ 15 122-79) со стальными трубами 25×2 мм для подогрева 50 л/с воды от температуры 10 °С до 70 °С водяным насыщенным паром с абсолютным давлением 4,0 ат (кгс/см²).

Д ано:

 ат

 л/с

 °С

 °С

 мм

Решение.

1. Определить среднюю разность температур и среднюю температуру теплоносителей:

а) выбрать схему относительного движения теплоносителей;

б) рассчитать среднюю разность температур

 °С

 °С

где  °С – температура насыщенного водяного пара при абсолютном давлении кгс/см² ([3], табл. VII, с. 549…550 или Прил. I).

Так как , то средняя скорость температур может быть определена как среднеарифметическая между большей и меньшей разностями температур на концах теплообменника

 °С

В противном случае, т.е. если , средняя разность температур определяется как величина среднелогарифмическая

 °С;

в) определить среднюю температуру холодного теплоносителя ([3], с. 170):

 °С.

2. Определить тепловую нагрузку аппарата, необходимую для подогрева воды до заданной температуры с учетом тепловых потерь, по уравнению теплового баланса:

 кВт

где – массовый расход воды, кг/с; – объемный расход воды, м³/с;  кг/ м³ – плотность воды при  °С; Дж/кг∙К – уд. теплоемкость воды при  °С. ([3], табл. ХХXIХ, с. 537 или Прил. 2)

3. Определить максимально возможную площадь поверхности теплообмена при минимальном значении коэффициента теплопередачи  Вт/(м²∙К) ([3], табл. 4.8, с. 172; [4], табл. 2.1, с. 47; Прил. 3).

Из основного уравнения теплопередачи

 м²,

откуда следует, что выбираемый стандартный теплообменник должен иметь поверхность теплообмена  м².

4. Определить число труб в теплообменнике, обеспечивающее интенсивный процесс теплообмена между горячим и холодным теплоносителями. Для этого необходимо создать условия развития устойчивого 17урбулентного режима движения холодного теплоносителя по трубам 25×2 мм, при котором .

Скорость воды в каждой из труб теплообменника, обеспечивающая турбулентный режим движения, может быть рассчитана из выражения критерия Рейнольдса или из уравнения расходов , где  – общее число труб в теплообменнике;  – число труб в теплообменнике на один ход;  – число ходов (секций) в теплообменнике ( , 2, 4, 6);  – общая площадь поперечного сечения трубного пространства; площадь поперечного сечения одной трубы в теплообменнике, т.е. для холодного теплоносителя, перемещаемого в трубном пространстве теплообменника