3.2.1. Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

Конструктивный расчет кожухотрубных теплообменников состоит в определении количества трубок и способа их размещения, нахождении внутреннего диаметра корпуса и числа ходов в трубном и межтрубном пространстве [17].

В основу расчета положены исходные данные и результаты теплового расчета.

Общее количество трубок определяют исходя из поверхности теплообмена F в трубчатом аппарате, найденного согласно тепловому расчету

, (3.41)

где l – общая длина трубы в расчете на одноходовой пучок, м;

d_p – расчетный диаметр, м.

π – число π, равное 3,14.

Общая длина трубы может быть выражена через, расход и скорость теплоносителя

, (3.42)

где d_вн – внутренний диаметр труб, м;

w – скорость теплоносителя в трубах, м/с;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м³;

G – часовой расход теплоносителя, кг/ч;

Рабочая длина труб l в теплообменных аппаратах редко превышает 5 м и обычно составляет 2–4 м. Если из условий расчета длина труб больше 5 м, конструируют многоходовые теплообменники с числом ходов

, (3.43)

где – рабочая длина трубы в одном ходу, м.

Применительно к конкретным кожухотрубным теплообменникам число ходов z либо задается, либо определяется по формуле (3.43) предварительно задавшись величиной (выбирается понормалям). В многоходовых теплообменных аппаратах число ходов z рекомендуется выбирать четным числом (2, 4, 6, 3, 10) из условия, чтобы входной и выходной патрубки для теплоносителей располагались в одной крышке аппарата.

Общее количество труб может быть найдено и исходя из заданного числа ходов в трубном пространстве z и числа труб одного хода в трубном пространстве N₀ согласно зависимости

, (3.44)

Здесь число труб одного хода в трубном пространстве вычисляется при известных расходах и скорости движений теплоносителя по формуле

, (3.45)

где G – массовый расход теплоносителя воды в трубном пространстве, кг/ч;

d_вн – внутренний диаметр трубок, м;

ρ – плотность теплоносителя (воды), кг/м³;

w_в – скорость теплоносителя (воды), м/с.

π – число π, равное 3,14.

Шаг труб в пучке t (расстояние между центрами труб) принимают из условий прочности

, м, (3.46)

где d_вн – наружный диаметр трубок, м.

При размещении труб в трубных досках исходят из условий максимальной компактности, удобства разметки трубных досок и монтажа пучка труб. С целью удовлетворения этих требованиям наиболее целесообразным является размещение труб по величинам равносторонних треугольников (шахматный пучок), по величинам квадратов (коридорный пучок) и по концентрическим окружностям. На практике используют табличный метод разбивки трубных решеток (ПРИЛОЖЕНИЕ В) [16].

3.2.2. Расчет внутреннего диаметра корпуса кожухотрубного теплообменного аппарата

Внутренний диаметр корпуса теплообменника зависит от диаметра и шага между трубами и способа их размещения. Величину его рекомендуется вычислять по формуле [17]

, м , (3.47)

где – наибольший диаметр окружности центров труб при концентрической разбивке или наибольшая диагональ шестиугольника при ромбической разбивке труб, м;

d_н – наружный диаметр труб, м.

К – кольцевой зазор между крайними трубками и внутренней стенкой корпуса (принимается конструктивно равным 6 мм и более), м;

Для многоходовых теплообменников используют уравнение

, м, (3.48)

где N – число труб, шт.;

η – коэффициент заполнения трубной решетки (принимается η = 0,6–0,8);

t – расстояние между центрами труб, м.

Расчетное значение диаметра корпуса определяется до ближайшего размера диаметра, рекомендуемого нормалями.

Внутренний диаметр многоходовых теплообменников может быть определен и графическим путаем, исходя из размещения перегородок в крышках аппаратов.