2.5. Расчет кожухотрубной теплообменной аппаратуры

2.5.1. Определение расчетных параметров

Расчет кожухотрубной теплообменной аппаратуры следует проводить в следующей последовательности:

1. Ориентировочно определяем длину пучка теплообменных труб по формуле

,

(57)

где D = 2а – внутренний диаметр кожуха (см. рис. 10).

2. В случае применения вальцованных соединений с наружным диаметром труб более 19 мм минимальный шаг расположения труб принимают по условию

(58)

Причем ширина простенка (см. рис. 11)должна быть в свою очередь связана условием

(59)

где d_H — наружный диаметр трубы.

Большее значение шага выбирают для труб меньшего диаметра.

3. Определяем количество труб расположенных на диагонали шестиугольника по формуле:

,

(60)

где i – число труб.

4. Определяем число труб расположенных на стороне наибольшего шестиугольника

.

(61)

4. Вычерчиваем трубную решетку в масштабе на миллиметровой бумаге, учитывая расположение трубок по вершинам равносторонних треугольников (см. рис.11,13 )

5. Определяем расстояние a₁ от оси кожуха до оси наиболее удаленной теплообменной трубы по чертежу решетки;

6. Определяем диаметр окружности вписанной в максимальную беструбную зону по чертежу решетки (см. рис.12).

D_E = max {D'_E;D''_E}

Рисунок 10 – Расчетная схема аппарата

Рисунок 11– Схема расположения труб по вершинам равносторонних треугольников (по сторонам правильных шестиугольников и обтекания их конденсатом

Рисунок 12 – Схема для определения диаметра окружности, вписанной в максимальную беструбную зону

Рисунок 13 – Чертеж для определения конструктивных параметров трубной решетки

2.5.2 Расчет трубной решетки

1. Определяем вспомогательные величины коэффициенты влияния давления на трубную решетку

,	(62)
,	(63)

где d_т – наружный диаметр труб, мм

а₁ - расстояние от оси кожуха до оси наиболее удаленной теплообменной трубы, мм

s_T – толщна стенок труб, мм.

2. Модуль упругости основания (системы труб) определяется по формуле

(64)

Е_Т – модуль продольной упругости материала труб, МПа;

Е_р= Е_Т = Е_К – модули продольной упругости материалов решетки, труб и кожуха (углеродистая сталь при температуре-до 100°С), МПа;

3. Приведенное отношение жесткости труб к жесткости кожуха

(65)

где s_к – толщина стенки цилиндрической обечайки (кожуха), мм

4. Относительная характеристика беструбного края

mн=a/a1	(66)
	(67)

5. Определяем приведенное давление

p0=tkyl+[Т-1+mcp+mн(mн+0,5)]pT-[м-1+mcp+ mн(mн+0,3ρ)]pм

(68)

где =_Т=_К – коэффициент линейного расширения материалов труб и кожуха, 1/град.

t – разность температур кожуха греющей камеры и трубок;

p_м – расчетное давление в межтрубном пространстве;

p_т – расчетне давление в трубном пространстве;

6. Определяем коэффициент ослабления трубной решетки

р=1-d0/tp

(69)

где d₀ – диаметр отверстия в решетке для труб, мм;

t_p – шаг расположения отверстий в решетке (см. п.2.5.1 t_p=l ), мм.

7. По кривой (рис. 14) определяем допускаемое значение амплитуды условных упругих напряжений [σ_a] при числе циклов погружения, равном 10 000, за расчетный срок службы аппарата.

Рисунок 14 – График для определения допускаемого значеняе амплитуды условных упругих напряжений (до температуры 380 °С)

8. По данным при ₀ = f(_T) находим значение ₀ .

T	0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,70 0,75 0,8 0,85
0	0,2 0,15 0,2 0,25 0,30 0,37 0,44 0,51 0,59 0,60

9. Определяем коэффициенты

,	(70)
	(71)

10. По рис. 15 находим значение коэффициента f₁ соответствующее полученным значениям А' и В'.

Рисунок 15 – Зависимость f₁ от А' и В'

11. Определяем расчетную толщину трубной решетки определяем по формуле:

(72)

принимаем толщину трубной решетки с учетом прибавок на коррозию и округления до ближайшей большего стандартного значения толщины.

12. Толщину трубной решетки проверяем по формуле :

.

(73)

13. Определяем осевое усилие в кожухе по формуле

.

(74)

14. Определяем осевое усилие в трубе

.

(75)

где ,

.

15. Проверяем прочность трубы по формуле:

(76)

16. Проверяем условие прочности крепления труб в решетке:

,

(77)

где N_Ti – осевое усилие в одной трубе, Н

N_Т.Р. – допускаемая нагрузка на соединение трубы с решеткой

N_Т.Р.=d_тl_в[q]

где l_в =s_р – глубина развальцовки труб,

[q] – допускаемая нагузка на единицу условной поверхности соединения трубы с решеткой ,МПа ([q]=14,7 МПа)