Рыбкинского месторождения
.pdf
х |
|
|
1i |
г |
|
t fi + |
|
|
Т fi |
||
|
|
||||
Т стi = |
|
2i |
, |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
1 + |
1i |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
На границе 11 и 10 зоны:
|
|
24,545 + |
7915 |
31 |
|
|
|
|
12836,6 |
|
|||
Т ст11-10 |
= |
|
|
= 27 |
0С; |
|
|
|
7915 |
||||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
12836,6 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
На границе 10 и 9 зоны:
|
|
25,633 + |
8061,1 |
33 |
|
|
|
|
13021,4 |
|
|||
Т ст10-9 |
= |
|
|
= 28,45 |
0С; |
|
|
|
8061,1 |
||||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
13021,4 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
На границе 9 и 8 зоны:
|
|
26,721+ |
8202,6 |
35 |
|
|
|
|
13210,4 |
|
|||
Т ст9-8 |
= |
|
|
= 29,89 |
0С; |
|
|
|
8202,6 |
||||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
13210,4 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
На границе 8 и 7 зоны:
82
(7.18)
Консорциум « Н е д р а »
|
|
27,812 + |
8332 |
37 |
|
|
|
13393,2 |
|||
Т ст8-7 |
= |
|
|
= |
|
|
|
8332 |
|||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13393,2 |
|
||
|
|
|
|
||
83
31,34 |
0С; |
На границе 7 и 6 зоны:
|
|
28,904 + |
8467,8 |
39 |
|
|
|
13585 |
|||
Т ст7-6 |
= |
|
|
|
|
|
8467,8 |
|
|||
|
|
1 + |
|
||
|
|
13585 |
|
||
|
|
|
|
||
=
32,78
0С;
На границе 6 и 5 зоны:
|
|
29,997 + |
8616 |
41 |
|
|
|
13768,9 |
|||
Т ст6-5 |
= |
|
|
|
|
|
|
8616 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13768,9 |
|
||
|
|
|
|
||
=
34,23
0С;
На границе 5 и 4 зоны:
|
|
31,094 + |
8763,8 |
43 |
|
|
|
13954,1 |
|||
Т ст5-4 |
= |
|
|
|
|
|
|
8763,8 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13954,1 |
|
||
|
|
|
|
||
=
35,69
0С;
На границе 4 и 3 зоны:
Консорциум « Н е д р а »
|
|
32,192 + |
8905,1 |
45 |
|
|
|
14146,8 |
|||
Т ст4-3 |
= |
|
|
= |
|
|
|
8905,1 |
|||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
14146,8 |
|
||
|
|
|
|
||
84
37,14 |
0С; |
На границе 3 и 2 зоны:
|
|
33,290 + |
9036 |
47 |
|
|
|
14306,7 |
|||
Т ст3-2 |
= |
|
|
|
|
|
|
9036 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
14306,7 |
|
||
|
|
|
|
||
=
38,60
0С;
На границе 2 и 1 зоны:
|
|
34,388 + |
9183,8 |
49 |
|
|
|
14499,4 |
|||
Т ст2-1 |
= |
|
|
|
|
|
|
9183,8 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
14499,4 |
|
||
|
|
|
|
||
=
40,05
0С
Проверка показала, что выбранная ранее нами температура стенки для каждой зоны отличается от температуры стенки рассчитанной по формуле (7.18) для каждой зоны менее чем на 5%, следовательно, задаваться другой температурой стенки для каждой зоны нет смысла.
Определение полного коэффициента теплопередачи для каждой зоны
Полный коэффициент теплоотдачи для каждой зоны определяем по формуле:
Консорциум « Н е д р а »
К i = |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
1 |
i=n |
1 |
|
D |
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
+ |
n |
|
+ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
нi |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1i |
D |
i=1 |
2 |
i |
D |
вi |
|
|
2i |
D |
|
|
в |
|
|
|
|
н |
|
|||||
где Dвi – внутренний диаметр трубок i-той зоны, м;
Dнi – наружный диаметр трубок i-той зоны, м;
λi – теплопроводность i-го слоя стенки трубок, Вт/(м2·0С).
Без учета количества слоев в стенке трубки, формула (7.19) может быть использована в следующем виде:
К i = |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
1 |
|
1 |
|
|
D |
|
|
|
|
1 |
||
|
|
+ |
|
n |
|
+ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
нi |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1i |
D |
|
2 |
ст. |
|
D |
вi |
|
|
2i |
D |
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
н |
|
||||
где λст.. – теплопроводность стенки трубки, Вт/(м2·0С).
Полный коэффициент теплопередачи на границе 11 и 10 зоны:
К11−10 |
= |
|
|
|
1 |
|
|
=106,5 |
Вт/(м2·0С); |
|
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
||||
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
||||
|
|
7915 0,025 |
2 45 |
0,025 |
12836,6 |
0,029 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
На границе 10 и 9 зоны:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= 108Вт/(м2·0С); |
К10−9 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
+ |
|
1 |
|
n |
0,029 |
+ |
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8061,1 0,025 |
2 |
45 |
|
0,025 |
|
13021,4 0,029 |
|
||||||
На границе 9 и 8 зоны:
85
(7.19)
(7.20)
Консорциум « Н е д р а »
К |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
9−8 |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
+ |
n |
+ |
|
||||
|
|
|
8202,6 0,025 |
2 45 |
0,025 |
13210,4 |
0,029 |
|||
|
|
|
|
|
|
86
= 109,5 |
Вт/(м2·0С); |
На границе 8 и 7 зоны:
К |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
8−7 |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
+ |
n |
+ |
|
||||
|
|
|
8332 0,025 |
2 45 |
0,025 |
13393,2 |
0,029 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
=
110,8
Вт/(м2·0С);
На границе 7 и 6 зоны:
К |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
7−6 |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
+ |
n |
+ |
|||||
|
|
|
8467,8 0,025 |
2 45 |
0,025 |
13585 |
0,029 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
=
112,2
Вт/(м2·0С);
На границе 6 и 5 зоны:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
= 113,7 Вт/(м2·0С); |
|
К6−5 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
+ |
|
1 |
|
n |
0,029 |
+ |
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8616 0,025 |
2 |
45 |
|
0,025 |
|
13768,9 0,029 |
|
||||||
На границе 5 и 4 зоны:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= 115,1Вт/(м2·0С); |
К5−4 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
+ |
|
1 |
|
n |
0,029 |
+ |
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8763,8 0,025 |
2 |
45 |
|
0,025 |
|
13954,1 0,029 |
|
||||||
На границе 4 и 3 зоны:
Консорциум « Н е д р а »
К4−3 |
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
=116,6 |
Вт/(м2·0С); |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
||||
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
||||
|
|
8905,1 0,025 |
2 45 |
0,025 |
14146,8 |
0,029 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
На границе 3 и 2 зоны:
К3−2 |
= |
|
|
|
1 |
|
|
= 117,8 |
Вт/(м2·0С); |
|
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
||||
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
||||
|
|
9036 0,025 |
2 45 |
0,025 |
14306,7 |
0,029 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
На границе 2 и 1 зоны:
К2−1 |
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
= 119,3 |
Вт/(м2·0С) |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
||||
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
||||
|
|
9183,8 0,025 |
2 45 |
0,025 |
14499,4 |
0,029 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Определение необходимой поверхности теплообмена для каждой зоны Необходимую поверхность теплообмена для каждой зоны определяем по формуле:
|
|
|
G |
|
с |
г |
(Т |
|
− Т |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
= |
|
г |
|
рi |
|
i |
|
i+1 |
|
, |
i |
|
|
K i |
( t |
) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
Необходимая поверхность теплообмена для 11 зоны:
S11 |
= |
16,2 1965 |
(32 − 30 ) |
= 92,6 |
м2; |
||
106 ,5 |
6,455 |
||||||
|
|
|
|
||||
Необходимая поверхность теплообмена для 10 зоны:
87
(7.21)
Консорциум « Н е д р а »
88
S10 = 16,1 1974 (34 − 32) = 79,9 м2; 108 7,367
Необходимая поверхность теплообмена для 9 зоны:
S |
|
= |
16,1 1984 |
(36 − 34 ) |
|
9 |
109 ,5 |
8,28 |
|||
|
|
||||
|
|
|
Необходимая поверхность теплообмена для 8 зоны:
=
70,5
м2;
S |
8 |
|
= |
16,1 1992 |
(38 − 36 ) |
|
110 ,8 |
9,188 |
||
|
=
63
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 7 зоны:
S7 = 16 2002 (40 − 38) = 56,6 м2; 112 ,2 10,096
Необходимая поверхность теплообмена для 6 зоны:
S |
6 |
|
=16 2011 (42 − 40)
113,7 11,003
=
51,4
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 5 зоны:
S |
5 |
|
= |
16 |
2019 |
(44 − 42) |
= |
|
115,1 |
11,907 |
||
|
|
|
47,1
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 4 зоны:
S4 = 16 2029 (46 − 44) = 43,5 м2; 116 ,6 12,808
Консорциум « Н е д р а »
Необходимая поверхность теплообмена для 3 зоны:
S3 |
= |
15,9 2038 |
(48 − 46) |
= 40,1 |
м2; |
||
117 ,8 |
13,711 |
||||||
|
|
|
|
||||
Необходимая поверхность теплообмена для 2 зоны:
S2 |
= |
15,9 |
2048 |
(50 − 48) |
= 37,4 |
м2 |
|
119 ,3 |
14,613 |
||||||
|
|
|
|
||||
Определение общей необходимой поверхности для теплообменника
Общую необходимую поверхность для теплообменника определяем по формуле:
i=n |
|
S = Si |
, |
i=1 |
|
где Si – необходимая поверхность теплообмена для i-той зоны.
S = 92,6 + 79,9 + 70,5 + 63 + 56,6 + 51,4 + 47,1 + 43,5 + 40,1 + 37,4 = 582,1 |
м2 |
Вывод по механическому расчету
89
(7.22)
Проведенный расчет показал, что данный теплообменник способен нагреть горячим потоком с объемным расходом
70 м3/ч холодный поток с объемным расходом 130 м3/ч от температуры равной 24 0С до температуры равной 34,94 0С.
Для этого теплообменнику потребуется 582,1 м2 поверхности теплообмена, вместо 635 м2 на которые рассчитан данный теплообменник. Следовательно, в данном теплообменнике без ущерба технологическому процессу могут быть задействованы еще 52,9 м2 поверхности теплообмена.
Консорциум « Н е д р а »
90
6. Механический расчет теплообменника
Настоящий расчет составлен к теплообменнику с внутренним диаметром корпуса 1200 мм на расчетное давление
4,0 МПа (40,0 кгс/см2); число ходов-2; материальное исполнение М1, М2; теплообменные трубки 20 мм, 25 мм.
Расчет выполнен по ГОСТ 14249-89, ГОСТ 24755-89 [10,11].
Основные расчетные величины приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Основные расчетные величины
Давление |
В межтрубном пространстве |
РМ=4,0 |
|
расчетное, МПа |
|
|
|
РМ=РТ=РР |
В трубном пространстве |
РТ=4,0 |
|
|
|
|
|
|
Обечайки корпуса |
D=1200 |
|
|
|
|
|
Диаметр |
Обечайки распределительной камеры |
D=1200 |
|
|
|
||
внутренний, |
|
|
|
Днища корпуса |
D=1400 |
||
|
|||
мм |
|
|
|
Патрубка штуцера dу 300 |
d=301 |
||
|
|||
|
|
|
|
|
Обечайки крышки корпуса |
D=1400 |
|
|
|
|
|
Допускаемое |
Сталь 20 ГОСТ 1050-88 |
σдоп=142 |
|
|
|
||
напряжение шва |
|
|
|
Сталь 16ГС; 09Г2С ГОСТ 5520-79 при S≤32 мм |
σдоп=177 |
||
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
91
при t=100 0С |
Сталь 16ГС; 09Г2С ГОСТ 5520-79 при S>32 мм |
σдоп=160 |
|
|
|
|
|
|
при автоматической сварке с ручной подваркой и |
φ=1,0 |
|
Коэффициент |
двухсторонним сплошным проваром |
||
|
|||
прочности |
|
|
|
сварного шва |
цельнотянутой и горячекатаной трубы и сварных соединений |
φ=1,0 |
|
|
со сплошным проваром |
||
|
|
||
|
|
|
|
Прибавка для компенсации коррозии, мм |
С=2,0 |
||
|
|
||
Прибавка на глубину канавки, мм |
С1=5,0 |
||
|
|
||
Прибавка на коррозию с учетом минусового допуска на лист, мм |
С=2,8 |
||
|
|
|
|
Расчет толщин стенок обечаек и патрубков (толщины приняты с учетом условия укрепления)
Толщина стенки обечайки корпуса. Материал: Сталь 16ГС, Сталь 09Г2С:
S |
|
= |
|
P |
D |
+ С, |
|
|
M |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
2 |
|
|
− Р |
|
|
|
доп |
М |
|||
|
|
|
|
|
S R
(8.1)
= |
4,0 1200 |
+ 2,8 = 16,5 мм |
2 177 1,0 − 4,0 |
Принята S=20,0; S=25,0 мм.
Толщина стенки обечайки распределительной камеры. Материал: Сталь 16ГС, Сталь 09Г2С:
Консорциум « Н е д р а »