книги / Переработка нефтяных и природных газов

Специфика комплексов в том, что у них Фэп = Фчп.

—ФЭР2, где !п, /ч — нечетное и четное /. Соответственно, при нечетном и 0

С помощью математической модели комплекса при известной (либо найденной по приведенным выше уравнениям) Фэк можно решать любые задачи теплового расчета.

Получены обобщенные выражения поправки к среднему лога­ рифмическому температурному напору при противотоке для всех рассмотренных комплексов

Если заданы площадь F, индекс противоточности р элемента (пары) и, соответственно, S, Фэ, а также и0, uBt рк, RK, Пп, но неизвестно лр, то поправку можно представить в виде

А

Структурная и температурная схема комплексов 00210.

43L

В заключение отметим, что рассмотренные уравнения для эле­ мента, ряда и комплекса элементов представляют собой единую систему расчета. Несмотря на общие положения, лежащие в основе расчета любого теплообменного устройства, расчет каждого типа теплообменного аппарата имеет свои особенности.

Так как расчет кожухотрубчатых теплообменников широко освещен в литературе, рассмотрим проектный и поверочный расчет пластинчатых теплообменных аппаратов и аппаратов воздушного охлаждения, применяемых в процессе переработки природного я нефтяного газа.

ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА ПЛАСТИНЧАТЬЩ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Приводимые ниже элементы расчета пластинчатых теплообменни­ ков применимы в том случае, если теплоносители находятся в однофазном состоянии. Цель проектного расчета пластинчатого теплообменника — определение необходимой поверхности тепло­ обмена, числа пластин, схемы их компоновки и гидравлического сопротивления.

•432

Исходной информацией для расчета являются: расходы нагре­ ваемой и охлаждаемой сред, кг/с; начальные и конечные темпе­ ратуры теплоносителей, °С; рабочее давление в аппарате, Н/м2; максимально допустимое сопротивление со стороны каждой среды, Н/м2, теплофизические свойства потоков (плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, кинематическая вязкость) при их средней температуре. Кроме того, из техноло­ гического расчета (теплового и материального баланса) известна тепловая нагрузка на теплообменник.

На основании исходной информации, в зависимости от свойств рабочих сред и расхода каждого потока, по табл. V.11 выбирают тип пластины и ее определяющие размеры. Затем переходят к опре­ делению рациональной скорости движения данного теплоносители

вканалах.

Впервом приближении задаются ожидаемыми значениями коэффициента теплоотдачи а, коэффициента гидравлического со­

противления £ при средней температуре стенки tCT

?х, ?2— средние арифметические значения температуры теплоносителей.

Интервал изменения а при движении нефтяного газа для пла­ стины типа 0,8 при давлении Р = 3,9 МПа равен 300— 500 Вт/(м2- К). Интервал изменения коэффициента гидравлических сопротивлений для тех же условий равен 0,13—0,16. Данный ин­ тервал соответствует скорости газа, равной 1—3 м/с при рабочем давлении 3,9 МПа.

Рациональную скорость любого из теплоносителей определяют по уравнению

( V - m

I — средние арифметические значения температуры теплоносителя; АР — при' нятый перепад давления по ходу данного теплоносителя; определяется на основесоображений технологического порядка.

Используя полученную скорость, находят значение критерии Рейнольдса Re и значение коэффициента гидравлического сопро­ тивления 1 по формуле (см. табл. V. 11)

Найденное значение £ сравнивают с принятым и, если разница между ними более 15—20%, задаются новым значением, и расчет повторяют до получения нужной степени сходимости.

433-

I = 5Re~ °'25

Далее определяют значение критерия Прандтля

Схр

Рг (V. 145)

~Т"

где С — удельная теплоемкость теплоносителя; v — кинематическая вязкость теплоносителя; р — плотность теплоносителя; А, — коэффициент теплопровод­ ности теплоносителя.

Имея значения определяющих критериев по соответствующему уравнению теплоотдачи (см. табл. V.12), находят значение коэф­ фициента теплоотдачи а х для данного теплоносителя. По этой же схеме проводим расчет коэффициента теплоотдачи для теплоно­

434

поверхностей

Тип пластин

Требуемую поверхность рассчитывают так, как показано выше. На основе расчетной поверхности теплообмена выбирают Fcr — ближайшую стандартную поверхность (табл. V.12). На этом теп­ ловой расчет пластинчатого теплообменника заканчивают и пере­

/как

где /,.аи — площадь поперечного сечения одного канала; выбирают по табл. V.l 1.

435

Таблица V .12. Поверхности серийно выпускаемых аппаратов

100

7. В заключение записывают как бы формулу компоновки пластин в аппарате. В общем случае схема компоновки обозна­ чается следующим образом:

\т \ + т[ + ... 4 - т\

Сх ^

^ /^2 4“ 4” " ’ Н“ ^2

Число членов в числителе k и знаменателе п показывает число последовательно соединенных пакетов пластин (ходов), знак + означает последовательное соединение пакетов. Значение каждого числа т'ъ т 2' и др. обозначает число параллельных межпластин­ чатых каналов в каждом пакете. Вертикальные стрелки показы­ вают направление движения каждого из теплоносителей в паке­ тах, горизонтальные — во всем аппарате.

У связи с тем, что нами принята поверхность, отличная от расчетной, после первого расчета теплообменника делают второе приближение. Во втором приближении проводят следующие вы­ числения.

1. Находят фактическую площадь поперечного сечения пакета для принятого аппарата

f — площадь поперечного сечения пакета при полученном в результате компо­ новки числе каналов.

3. Проверяют величину выбранной теплопередающей поверх­ ности при фактических скоростях рабочих сред. Для этого опре­ деляют критерии Рейнольдса и Нуссельта, находят коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи. Определяют фактически необходи­ мую поверхность теплообмена и сравнивают ее со стандартной. Если полученная поверхность равна стандартной или больше ее (в пределе на 20—25%), то расчет считается законченным. Если поверхность оказалась меньше стандартной, то необходимо

437

изменить компоновку теплообменника с тем, чтобы за счет увеличе­ ния скорости уменьшить необходимую его поверхность. Для этого уменьшают сечение пакета и увеличивают их число. Затем пере­ ходят к гидравлическому расчету теплообменника. Гидравличе­ ский расчет пластинчатого теплообменника состоит из следующих этапов.

1. Определяют по соответствующей формуле коэффициент об­ щего гидравлического сопротивления единицы относительной

где £ — коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относи­ тельной длины канала; X — число пакетов для данной рабочей среды в аппарате; 1Пр — относительная длина межпластинчатого канала (в м) — определяют по табл. V.II; d3 — эквивалентный диаметр (в м) — определяют из табл. V. 11.

На этом проектный расчет пластинчатого теплообменного аппарата заканчивается.

ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ВНИИнефтемаш 154] рекомендует следующий порядок расчета аппарата воздушного охлаждения.

. 1. По известному из технологического расчета количеству передаваемого тепла Q и принятой теплонапряженности q пред­ варительно определяют необходимую поверхность теплообмена

F = —

я

2. По табл. V.13—V. 16 в соответствии с этой поверхностью подбирают аппарат воздушного охлаждения— тип, коэффициент оребрения труб ф, коэффициент увеличения поверхности (за счет оребрения) ф, число рядов труб в секции, число ходов по трубам.

3. По данным рис. V.32—V.35 выбирают тип вентилятора, и по характеристике его определяют расход воздуха (Г, м3/ч) и на­

t 13 — средняя температура воздуха в 13 ч самого жаркого месяца; t\ — максимальная температура воздуха для данного района,

°С. Температуры t13 и /макс находятся из таблиц с климатическими данными. Обычно минимальную расчетную температуру про­ дукта Т 2 принимают на 15—20 °С выше расчетной температуры воздуха.

438

Рис. V.32.

ной секции. Цифры на кривых — углы установки лопастей.

440