Кинель-Черкасского месторождения
.pdf
100
|
2(10−9) |
|
= |
2769 ,8 0,118 |
|
0,0251 |
||
|
=
13021
,4
Вт/(м2·0С);
На границе 9 и 8 зоны:
|
|
|
= |
2810 |
0,118 |
|
2(9 |
−8) |
0,0251 |
||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
= 13210
,4
Вт/(м2·0С);
На границе 8 и 7 зоны:
|
|
= |
2848 ,9 0,118 |
|
2(8−7) |
0,0251 |
|||
|
|
|||
|
|
|
= 13393
,2
Вт/(м2·0С);
На границе 7 и 6 зоны:
2(7−6)
На границе 6 и 5 зоны:
= 2889 ,7 0,118 = 13585 Вт/(м2·0С); 0,0251
|
2(6−5) |
|
= |
2928 ,8 0,118 |
|
0,0251 |
||
|
= 13768
,9
Вт/(м2·0С);
На границе 5 и 4 зоны:
|
2(5−4) |
|
= |
2968 ,2 0,118 |
|
0,0251 |
||
|
= 13954
,1
Вт/(м2·0С);
На границе 4 и 3 зоны:
2(4−3) = 3009 ,2 0,118 = 14146 ,8 Вт/(м2·0С); 0,0251
Консорциум « Н е д р а »
На границе 3 и 2 зоны:
2(3−2) |
= |
3043 ,2 0,118 |
= 14306 ,7 |
Вт/(м2·0С); |
|
0,0251 |
|||||
|
|
|
|
||
На границе 2 и 1 зоны: |
|
|
|
|
|
2(2−1) |
= |
3084 ,2 0,118 |
= 14499 ,4 |
Вт/(м2·0С) |
|
0,0251 |
|||||
|
|
|
|
Проверка правильности выбора температуры стенки
Проверку правильности выбора температуры стенки производим по формуле:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
= |
|
|
|
|
|
= 28,450С; |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
8061,1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
13021,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
101
(7.18)
Консорциум « Н е д р а »
102
На границе 9 и 8 зоны:
|
|
26,721+ |
8202,6 |
35 |
|
|
|
13210,4 |
|||
Т ст9-8 |
= |
|
|
|
|
|
|
8202,6 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13210,4 |
|
||
|
|
|
|
||
=
29,89
0С;
На границе 8 и 7 зоны:
|
|
27,812 + |
8332 |
37 |
|
|
|
13393,2 |
|||
Т ст8-7 |
= |
|
|
|
|
|
|
8332 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13393,2 |
|
||
|
|
|
|
||
=
31,34
0С;
На границе 7 и 6 зоны:
28,904 + |
8467,8 |
39 |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
13585 |
|
= 32,780С; |
||
Т ст7-6 = |
|
|
|||||
|
|
|
|||||
1 + |
8467,8 |
|
|
|
|||
13585 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
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:
Консорциум « Н е д р а »
103
|
|
31,094 + |
8763,8 |
43 |
|
|
|
13954,1 |
|||
Т ст5-4 |
= |
|
|
|
|
|
|
8763,8 |
|
||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
13954,1 |
|
||
|
|
|
|
||
=
35,69
0С;
На границе 4 и 3 зоны:
32,192 + |
|
8905,1 |
45 |
||||||
14146,8 |
|||||||||
|
|
|
|
|
= 37,14 0С; |
||||
Т ст4-3 = |
|
|
|
||||||
|
8905,1 |
|
|
||||||
1 + |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
14146,8 |
|
|
|
||||||
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 (160) для каждой зоны менее чем на 5%, следовательно, задаваться другой температурой стенки для каждой зоны нет смысла.
Консорциум « Н е д р а »
Определение полного коэффициента теплопередачи для каждой зоны
Полный коэффициент теплоотдачи для каждой зоны определяем по формуле:
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 (3.65) 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:
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
С); |
||
К |
11−10 |
= |
1 |
|
|
1 |
|
0,029 |
|
|
1 |
=106,5 |
Вт/(м · |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
+ |
|
n |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
7915 0,025 |
2 |
45 |
0,025 |
12836,6 0,029 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
На границе 10 и 9 зоны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
С); |
|
К |
10−9 |
= |
1 |
|
|
1 |
|
|
0,029 |
|
1 |
= 108 |
Вт/(м · |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
8061,1 0,025 |
|
2 45 |
|
0,025 |
|
13021,4 |
0,029 |
|
|
|
|
|
|||
104
(7.19)
(7.20)
Консорциум « Н е д р а »
105
На границе 9 и 8 зоны:
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
=109,5 |
Вт/(м2·0С); |
К9−8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
+ |
|
1 |
|
n |
0,029 |
+ |
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8202,6 0,025 |
|
45 |
|
|
13210,4 0,029 |
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
0,025 |
|
|
|
|||||||||
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:
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= 112,2 |
Вт/(м2·0С); |
К7−6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
+ |
|
1 |
|
n |
0,029 |
+ |
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8467,8 0,025 |
|
45 |
|
|
13585 0,029 |
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
0,025 |
|
|
|
|||||||||
На границе 6 и 5 зоны:
К |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
6−5 |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
+ |
n |
+ |
|
||||
|
|
|
8616 0,025 |
2 45 |
0,025 |
13768,9 |
0,029 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
= 113,7
Вт/(м2·0С);
На границе 5 и 4 зоны:
К |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
5−4 |
1 |
|
1 |
|
0,029 |
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
+ |
n |
+ |
||||
|
|
|
8763,8 0,025 |
2 45 |
0,025 |
13954,1 0,029 |
|||
|
|
|
|
|
|
=
115,1
Вт/(м2·0С);
На границе 4 и 3 зоны:
Консорциум « Н е д р а »
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
С); |
|||
К |
4−3 |
= |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
0,029 |
|
|
|
1 |
|
=116,6 |
Вт/(м · |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
+ |
n |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
8905,1 0,025 |
2 |
|
|
|
|
|
0,029 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
45 |
|
|
0,025 |
|
|
14146,8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
На границе 3 и 2 зоны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
С); |
|||
К |
3−2 |
= |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
0,029 |
|
|
|
|
1 |
|
= 117,8 |
Вт/(м · |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
+ |
|
|
n |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
9036 0,025 |
|
2 45 |
|
|
0,025 |
|
|
14306,7 0,029 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
На границе 2 и 1 зоны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0 |
С) |
||
К |
2−1 |
= |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
0,029 |
|
|
|
1 |
= 119,3 |
Вт/(м · |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
+ |
|
n |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
9183,8 0,025 |
2 45 |
|
|
|
|
0,029 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,025 14499,4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Определение необходимой поверхности теплообмена для каждой зоны
Необходимую поверхность теплообмена для каждой зоны определяем по формуле:
|
|
G |
|
с |
г |
(Т |
|
− Т |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Si |
= |
|
г |
|
рi |
|
i |
|
i+1 |
|
, |
|
|
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:
S10 = 16,1 1974 (34 − 32) = 79,9 м2; 108 7,367
106
(7.21)
Консорциум « Н е д р а »
107
Необходимая поверхность теплообмена для 9 зоны:
S |
|
= |
16,1 1984 |
(36 − 34 ) |
|
9 |
109 ,5 |
8,28 |
|||
|
|
||||
|
|
|
=
70,5
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 8 зоны:
S |
|
= |
16,1 1992 |
(38 − 36 ) |
|
8 |
110 ,8 |
9,188 |
|||
|
|
||||
|
|
|
=
63
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 7 зоны:
S |
|
= |
16 2002 |
(40 − 38) |
|
7 |
112 ,2 |
10,096 |
|||
|
|
||||
|
|
|
=
56,6
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 6 зоны:
S |
|
= |
16 2011 (42 − 40) |
||
6 |
113,7 |
11,003 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|||
=
51,4
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 5 зоны:
S5 = 16 2019 (44 − 42) = 47,1м2; 115,1 11,907
Необходимая поверхность теплообмена для 4 зоны:
S |
|
= |
16 |
2029 |
(46 − 44) |
4 |
|
116 ,6 |
12,808 |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
=
43,5
м2;
Необходимая поверхность теплообмена для 3 зоны:
Консорциум « Н е д р а »
108
S |
3 |
|
= |
15,9 2038 |
(48 − 46 ) |
||
117 ,8 |
13,711 |
|||
|
||||
=
40,1
м2;
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:
=
S= Si
i=1i n
,
(7.22)
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
Выводы
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 »
109
8. 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.
Теплообменник установлен на УКПН-1.
Расчет выполнен по ГОСТ 14249-89, ГОСТ 24755-89, РД 24. 200. 21-91.
Основные расчетные величины
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 »