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, 0,16 МПа; температура воды на входе, 7⁰С; температура воды на выходе, 81⁰С; расход воды, 115м³/ч; температура греющего пара, 154⁰С; тепловые потери, 4%.

1.1 При средней температуре воды tв.ср=0,5(t`в+t``в)=0,5(7+81)=44 ⁰С

определяем теплофизические характеристики теплоносителя внутри труб, с помощью таблицы «Теплофизические свойства воды на линии насыщения» (приложение 7):

1. C_в - удельная теплоемкость воды, С_в= 4,1798

2. r_в - плотность воды, r_в= 990,5

3. u_в - коэффициент кинематической вязкости, u_в= 0,617 10^-6

4. l_в - коэффициент теплопроводности, l_в =63,96 10^-2

5. Рr_в - число Прандтля 3, Рr_в =4,002.

1.2 При средней температуре пара t_п.ср=0,5(t_п+t_s),⁰С, определим теплофизические характеристики теплоносителя в межтрубном пространстве, с помощью таблицы «Физические свойства водяного пана на линии насыщения» (приложение 8):

где t_п. - температура перегретого пара, °С; t_п=154 °С (дано по заданию), t_s - температура насы­щенного пара, °С, t_s= t_п - 25 °С, t_s= 154 - 25 = 129 °С,

t_п.ср=0,5(154+129)=141,5 ^оС,

1. С_п - удельная теплоемкость пара, С_п= 2,327

2. r_п- плотность пара, r_в= 2,053

3. u_п - коэффициент кинематической вязкости, u_в= 6,677 10^-6

4. l_п - коэффициент теплопроводности, l_п =2,8049 10^-2

5. Рr_п - число Прандтля 3, Рr_п =1,126.

С помощью h-S диаграммы определяем состояние пара при заданном его давлении Р_п. Если пар 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).

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

Рисунок 2. Изменение температуры теплоносителей в пароводяном подогревателе

1.3 Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде,

Q = G_в × ρ_в × С_в × (t_в^’’ + t_в^’), кВт

где G_в - объемный расход воды, ; (G_в= ),

С_в - теплоемкость воды, ; (С_в=4,1798 )

Q=0,032 × 990,5 × 4,183 × (81-7)=9 803,74 кВт.

1.4 Определяем массовый расход пара,

,

где r-теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения

пара (Приложение 8), r=2 177,15 ).

D_п= =4,386 ;

1.5 Вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-й зоне,

Q ₁ = D _n× С _n×( t_п – t _s), кВт ,

где D_п - массовый расход пара, ; (D_п=8,14 ),

С_п- теплоемкость пара, ;; (С_n=2,49 ;),

Q₁=4,386 × 2,327 × (154-129)=255,15 кВт.

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

Q₂=D_n×r, кВт.

Q₂=4,386 × 2177,15=9548,95 кВт.

1.7 Проверим полученное значение переданной теплоты паром воде:

Q=Q₁+Q₂₌ 255,15+9548,95= 9804,13, кВт.

1.8 Выберем произвольно диаметр трубок и скорость воды в них:

материал: сталь;

скорость воды: w_в =1 ;

толщина стенок трубок : d_{С Т} =0,001 м;

внутренний диаметр трубы: d_вн=0,027м;

наружный диаметр трубы: d_н=0,029м;

1.9 Определяем режим течения воды в трубах:

Re=

где Re - критерий Рейнольдса;

_в - коэффициент кинематической вязкости воды, ;

_в - скорость воды в трубках, ,

Re= =43760,

Так как , то режим течения жидкости турбулентный.

1.10 Определим критерий Нуссельта для турбулентного режима течения воды в трубках:

Nu _ж = 0,023 Re ^0,8 Рr ^0,4 _l

где - поправочный коэффициент,

Nu_ж=0,023 × 43760^0,8 × 4,002^0,4 × 1=206,776;

1.11 Определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверх­ности стенки трубки к водe:

α_ж= , где _ж - коэффициент теплопроводности воды, ;

Nu - критерий Нуссельта для воды;

d_вн - внутренний диаметр тру­бок, м,

α_ж= =4898,29 .

1.12 Вычисляем количество трубок:

, шт

шт.

1.13 Вычисляем шаг между трубками:

S= 1,4×d _н =1,4×0,029=0,0406, м.

1.14 Выбираем стандартное количество трубок, близкое к полу­ченному значению n_ст=61 , шт.

1.15 Определяем (по Приложению 17) при n=61 шт. =8. Отсюда определяем диаметр трубной решетки D'=8 ×0,406= 0,3248 м.

1.16 Определяем внутренний диаметр корпуса:

D_вн = D' + d_н + 2К, м.

где - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, К=0,001м.

D_BH=0,3248+0,029+2 ×0,01=0,4 м.