1.Тепловой расчет подогревателя

Тепловой расчет теплообменников очень громоздок, так как он выполняется методом последовательных приближений.

Исходные данные для расчета многоходового кожухотрубного теплообменного аппарата: давление воды, 0,19 МПа; температура воды на входе, 9⁰С; температура воды на выходе, 89 ⁰С; расход воды, 140 м³/ч; давление греющего пара, 0,56 Мпа; температура греющего пара, 155 ⁰С; тепловые потери, 6%.

При средней температуре воды t_в.ср.=49 ⁰С определяем теплофизические характеристики теплоносителя внутри труб, с помощью таблицы «Теплофизические свойства воды на линии насыщения»(прил. 7):

1. С_в, - удельная теплоёмкость воды;

2. - плотность воды;

,

где - удельный объем воды,

.

3. - коэффициент кинематической вязкости воды;

где - коэффициент динамической вязкости,

.

4. - коэффициент теплопроводности;

5. - число Прандтля.

При средней температуре пара определяем теплофизические характеристики теплоносителя в межтрубном пространстве, с помощью таблицы «Физические свойства водяного пара на линии насыщения»(прил.8):

1. - удельная теплоемкость пара,

;

2. - плотность пара,

;

3. - коэффициент кинематической вязкости пара,

;

4. - коэффициент теплопроводности,

;

5. - число Прандтля,

С помощью h-S диаграммы определяем состояние пара при заданном его давлении Р_п. , т.к. перегрет, то имеются две зоны теплообмена(Рис.2)

первая – охлаждение пара от t_п до t_s (F_зо- зона охлаждения);

вторая – конденсация насыщенного пара на вертикальных трубах (F_зк- зона конденсации).

Рисунок 2. Изменение температуры теплоносителей в пароводяном подогревателе

Считаем, что переохлаждения конденсата нет. Расчет поверхности проводим отдельно для каждой зоны (Рис.2)

Вначале определяем параметры теплоносителей при средних температурах воды и пара в 1-й зоне, ⁰С

,

где - температура воды на входе в подогреватель, (дано по заданию);

- температура воды на выходе из подогревателя, (дано по заданию).

,

,

где - температура греющего пара, 155⁰С; - температура насыщенного пара,135 ⁰С

= ⁰С.

С.⁰

Затем вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде:

,

где - объемный расход воды (дано по заданию), ; С_в – удельная теплоемкость воды,

.

Рассчитываем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-й зоне:

,

где -массовый расход пара, ; -удельная теплоемкость пара,

Определяем расход пара:

, ,

где - теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения пара (Приложение 8), .

.

.

Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде во 2-й зоне

.

Проверяем полученное значение передаваемой паром воде:

.

Выбираем произвольно диаметр трубок и скорость воды в них:

материал: сталь;

скорость воды: ;

толщина стенок трубок: ;

внутренний диаметр трубы: ;

наружный диаметр трубы:

Определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к воде:

, ,

где - коэффициент теплопроводности воды; - критерий Нуссельта; для воды; d_вн – внутренний диаметр трубок.

Определяем режим течения воды в трубах:

,

где - критерий Рейнольдса;

Так как , то режим течения жидкости турбулентный, тогда критерий Нуссельта для данного режима определяем по формуле:

,

где - поправочный коэффициент( ).

.

.

Вычисляем количество трубок

.

.

Выбираем стандартное количество трубок, ближайшее большее к полученному значению - .

Принимают шаг между трубками:

Определяем (Приложение 17) при . =10. Отсюда находим диаметр трубной решетки ,м

Определяем внутренний диаметр корпуса

,

где - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, ;

.