5.3 Тепловой расчет конденсатора

Основными задачами теплового расчета конденсатора является определение необходимой площади поверхности теплообмена и потребного расхода охлаждающей забортной воды.

5.3.1. Тепловая мощность (тепловой поток), которую необходимо отводить от вторичного пара для обеспечения его стабильной конденсации, вычисляется по формуле

Q_К = G₂( i _п – i _к’ ) ,

где i _п – энтальпия вторичного пара, кДж/кг; i _к’ – энтальпия конденсата вторичного пара, кДж/кг (определяются по справочной литературе).

5.3.2. Коэффициент теплопередачи в конденсаторе может быть вычислен по следующей эмпирической формуле:

K_К = K₀_М_З_t_q .

где K₀ – базовый коэффициент теплопередачи; _М, _З, _t, _q – поправочные коэффициенты.

Базовый коэффициент теплопередачи K₀ зависит от скорости охлаждающей воды в трубах конденсатора w_k и их наружного диаметра d_k. Для конденсаторов утилизационных ВОУ w_k = 1,0…1,5 м/с, d_k = 15…30 мм. Значение K₀ (Вт/(м²-К)) может быть вычислено по эмпирической формуле:

K₀ = (925,3 + 1886,5w_k – 209,55w_k²)  k_d ,

где k_d =1,0 при d_k более 20 мм; k_d =1,04 при d_k менее 20 мм; w_k подставляется в м/с.

Поправочный множитель _М учитывает материал и толщину _k стенок трубок и вычисляется по формуле:

_M = a_М – b_М _k ,

где значение _k принимается из характерного диапазона 1,0…2,0 мм;

a_М = 1,121; b_М= 0,097 – для трубок из латуни оловянистой ЛО;

a_М = 1,112 ; b_М= 0,120 – для трубок из латуни алюминиевой ЛА;

a_М = 1,082 ; b_М= 0,146 – для трубок из мельхиора МН 90-10;

a_М = 1,042 ; b_М= 0,169 – для трубок из мельхиора МН 70-30, МНЖ;

a_М = 0,701 ; b_М= 0,097 – для трубок из нержавеющей стали.

Поправочный множитель _З учитывает загрязнение поверхности охлаждения. Его обычно принимают равным 0,85.

Поправочный множитель _t, учитывающий начальную температуру охлаждающей воды t_W1 :

_t = 0,647 + 0,023t_W1 – 310^-4 t_W1² ,

Поправочный множитель _q учитывает удельную паровую нагрузку конденсатора q_k и может быть вычислен по формуле:

_q = 0,505 + 0,022q_k – 2,510^-4 q_k² ,

где значение q_k для конденсаторов ВОУ может быть принято в пределах 20…30 кг/(м2-ч).

Отметим, что приведенные выше формулы для K₀, _М, _t, _q получены путем аппроксимации экспериментальных данных, содержащихся в [2, 12].

Для удобства самопроверки правильности вычислений приведем характерные диапазоны значений: K₀ =2000…5000 Вт/(м²-К); _М = 0,5…1,0; _t = 0,6…1,1; _q = 0,7…1,0.

5.3.3. Площадь поверхности теплообмена конденсатора, необходимая для заданной производительности ВОУ, вычисляется по формуле:

Среднелогарифмическая разность температур (температурный напор) конденсатора вычисляется по той же формуле, что и для испарителя. Спецификой теплообмена в конденсаторе является то, что температура поступающего в него вторичного пара и температура конденсата одинаковы (переохлаждением конденсата здесь можно пренебречь). С учетом этого для конденсатора имеем: t_{К Б} = t₂ – t_W1 ; t_{К М} = t₂ – t_W2 . Тогда формула для температурного напора конденсатора принимает вид

где t_W1 , t_W2 – температура охлаждающей забортной воды на входе и выходе из конденсатора; t_W2 = t_W1 + t_K ; t_K принимается из диапазона 4…10 С.

При расчете конденсатора необходимо проверить условие обеспечения конденсации вторичного пара. Оно заключается в том, чтобы температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора должна быть ниже температуры насыщения пара с достаточным запасом: t_W2 < t₂ – (5…10) C.

5.3.4. Необходимый расход охлаждающей воды определяется из выражения

где С_W – теплоемкость забортной воды.

Вычисленное значение G_K получается выраженным в стандартной единице измерения – кг/с. Далее необходимо это значение перевести в м³/ч, поскольку на практике расходы воды обычно выражают в этой единице измерения.