2.2. Конструктивний розрахунок

Зміст конструктивного розрахунку залежить від особливостей вибраної конструкції апарату, тобто від того, чим компонується поверхня теплообміну: трубами, змійовиком, спірально зігнутими листами, пластинами тощо.

Загальними для любого теплообмінника є розрахунок штуцерів і підбір фланців, розрахунок опор.

Розрахунок штуцерів.

Діаметр штуцерів розраховується за рівнянням:

, (2.66)

де G – масова витрата теплоносія, кг/с;

ρ – густина теплоносія, кг/м³;

w – швидкість руху теплоносія у штуцері, м/с.

Звичайно швидкість руху рідин у трубах та каналах приймають в межах 0,5 – 3,0 м/с, швидкість парів та газів 20 – 30 м/с.

До всіх штуцерів приварюються фланці згідно з ГОСТ 12820 – 80 [4].

2.2.1. Кожухотрубні теплообмінники

Вибраний після теплового розрахунку теплообмінник має параметри: діаметр кожуха, число труб, число ходів тощо. Цю характеристику теплообмінника використовують для подальших розрахунків.

1. Розраховують товщину обичайки

Розрахунок проводять по залежності [4]:

, (2.67)

де D – внутрішній діаметр апарату, м;

р – надлишковий тиск в апараті, МПа;

[σ] – допустиме напруження для сталі, з якої виготовлена обичайка, МПа;

φ = 0,8 – коефіцієнт ослаблення обичайки із-за зварного шву;

С_к – добавка на корозію (приймається ~ 0,001 м).

Згідно розрахунку і рекомендаціям [2] остаточно приймають товщину обичайки.

2. Вибирають схему розміщення труб в трубній решітці і спосіб їх кріплення, а також планують ділянки під перегородки у трубних решітках і кришках багатоходових теплообмінників.

Рис.2.3. Схеми розміщення труб у трубних решітках

а) по вершинах рівносторонніх трикутників; б) по вершинах квадратів; в) по концентричних колах

Для теплообмінників типів Н і К (Н – з нерухомими трубними решітками; К – з температурним компенсатором на кожусі) труби розміщують в трубних решітках по вершинах рівносторонніх трикутників (рис. 3, а), а для теплообмінників з плаваючою головкою і з U – подібними трубами – по вершинах квадратів або (рис. 3, б) рівносторонніх трикутників. При розміщенні труб діаметром d_т по вершинах рівносторонніх трикутників забезпечується більш компактне розміщення труб у трубній решітці, ніж при їх розміщенні по вершинах квадратів при однаковому кроку t^’. По концентричних колах (рис. 3, в) труби розміщують лише у кисневій апаратурі.

Для труб діаметром 17 < d_з < 60 мм крок труб визначають по формулі

t = 1,2 d_з + 2 мм.

3. Вибирають метод кріплення труб в трубній решітці.

Найбільш поширений метод – розвальцюванням кінців труб в отворах трубної решітки (рис. 2.4).

Рис.2.4. Способи розвальцювання:

а – розвальцювання в гладкому отворі;

б – розвальцювання в отворі з канавками

Труби розвальцьовують звичайно на глибину 1,5 d_з або, якщо товщина решітки менше 1,5 d_з, на повну товщину решітки (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Варіанти з’єднання розвальцовкою при невеликій (а) і

значній (б) товщині решітки; в)- з’єднання за допомогою сальника

За необхідності температурної компенсації використовують з’єднання за допомогою сальника (рис. 2.5, в)), що забезпечує незалежне розширення кожної труби. Такий спосіб з’єднання доцільний при невеликому числі труб.

4. Розраховують товщину трубної решітки (при кріпленні труб розвальцовкою) по залежності [10]:

δ ≥ , (2.68)

де d^’ – діаметр отворів в решітці (для труб 20х2 і 25х2,5 діаметр отворів більше зовнішнього діаметра труб на ~ 0,3 – 0,4 мм); С – прибавка на корозію (~1 мм).

Розмірності величин в (2.68) в мм. Товщина трубної решітки повинна бути не менше 12 мм.

4. Вибирають варіант кріплення трубної решітки до кожуха апарату.

Рисю 2.6. Варіанти кріплення трубних решіток

Більш повна інформація конструктивного розрахунку кожухотрубних теплообмінників дана у [10].