7. Расчёт газоохладителя

   1. Расчёт расхода охлаждающей воды

Расчёт охлаждающей воды W (л/с) определяют, учитывая, что общий тепловой поток Q, отводимый от газа в охладителе, складывается из теплового потока Q₁ при охлаждении сухого газа и дополнительного теплового потока Q₂, обусловленного охлаждением и частичной конденсацией водяного пара, содержащегося в газе:

. (68)

При незначительных изменениях теплоёмкости газа при постоянном давлении, тепловой поток при охлаждении сухого газа:

, (69)

где m – массовый расход газа через охладитель, кг/с;

t₁ и t₂ – температуры газа при входе в охладитель и при выходе из него, К,

где К.

Дополнительный тепловой поток находится из уравнения:

, (70)

где – средняя удельная теплоёмкость водяного пара при постоянном

давлении, Дж/(кг∙К);

и – абсолютная влажность газа при входе в охладитель и при выходе из него;

Дж/кг – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

Дж/(кг∙К) – удельная теплоёмкость воды.

, (71)

, (72)

где – газовая постоянная, Дж/(кг∙К);

Дж/(кг∙К) – газовая постоянная водяного пара;

φ – относительная влажность газа на всасывании в ступень перед охладителем;

– давление насыщенного водяного пара при температуре всасывания в ступень сжатия

перед охладителем, МПа.

– то же за охладителем, МПа;

– давление насыщенного водяного пара при температуре газа на выходе из

охладителя, МПа.

Всё это, конечно, очень интересно, но мы сделаем приближённый расчёт, при котором:

. (73)

Таким образом, получаем:

Дж,

Дж,

Дж.

Необходимый расход охлаждающей воды через газоохладитель:

, (74)

где и – температура воды на входе и выходе из газоохладителя, К. Примем .

л/с.

2. Расчёт необходимой площади поверхности теплообмена

Необходимую площадь поверхность теплообмена определяют из уравнения:

, (75)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

F – площадь поверхности теплообмена, м²;

– средний температурный напор.

По экспериментальным данным, предложенным кафедрой КВиХТ СПбГПУ,

принимаем k = 100 Вт/м²∙К.

Средний температурный напор определяется по формуле:

, (76)

где – поправочный коэффициент, зависящий от температур теплоносителей на входе в охладитель и на выходе из него и взаимной ориентации направлений потоков охлаждаемой и охлаждающей жидкостей газов. Он зависит от безразмерных комплексов R и P:

, (77)

. (78)

По графикам [1], стр. 252, рис.9.8 находим :

,

;

При таких R и P, для кожухотрубной схемы газоохладителя .

К;

м².

3. Определение основных геометрических параметров газоохладителя

Количество трубок в пучке газоохладителя определяется по формуле:

, (79)

где F – поверхность теплообмена, м²;

d₁ – внутренний диаметр трубок, м;

L – длина трубок, м.

Площадь загромождения трубками проточной части для газа:

, (80)

где d₂ – наружный диаметр трубок, м.

Принимаем внутренний и наружный диаметр соответственно равными: d₁=0,008м, d₂=0,01м; а длину трубок с учётом конструктивных особенностей охладителя газа равной: L=1м.

Площадь для прохода газа между трубками вычисляется по формуле:

, (81)

где м/с – допустимая скорость газа для поперечного обтекания трубок;

принимаем м/с.

, (82)

где Р_ХОЛ – давление газа на входе в газоохладитель,

. (83)

Площадь внутренней поверхности кожуха газоохладителя:

, (84)

Внутренний диаметр кожуха:

. (85)

Стенки кожуха газоохладителя при таких давлениях рекомендуется брать равными 10мм.

Таким образом, получаем:

;

м²;

К,

кг/м³,

м²;

м²;

м.

м.

8. Выбор и расчет клапанов

В качестве комплектующих изделий в данном курсовом проекте приняты прямоточные клапаны. Согласно размерам цилиндров ступеней посадочный диаметр клапанов равен 110 мм. По стандарту выбираем клапан ПИК 110–0,4А со следующими параметрами: Ф_ЭКВ = 16,2 см²; m = 1,4 кг; d₁ = 110 мм; d₂ = 122 мм.

1. Расчет числа М

Число Маха газа, протекающего через клапана, определяется по формулам:

, (86)

; (87)

, (88)

; (89)

где Т_НI и Т_НII определяют исходя из формул:

К, (90)

К. (91)

Таким образом, получаем:

,

,

,

,

2. Расчет относительной доли хода процессов всасывания и нагнетания ступеней

Относительная доля хода поршня, на котором происходит всасывание или нагнетание, определяется по формулам:

, (92)

; (93)

, (94)

; (95)

Получаем:

,

,

,

.

3. Определение относительной работы, теряемой в клапанах

Зная число Маха, можно определить теоретическую работу, теряемую на проталкивание газа через клапаны (см. [1], стр. 214, рис. 7.17 и рис.7.18):

; ;

; ;

4. Определение мощности, теряемой на клапанах

Дополнительная мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений в клапанах, определяется по формулам:

, (100)

. (101)

Принимая , , получим:

кВт, кВт,

кВт,

кВт,

Итак, дополнительная мощность, необходимая компрессору:

(102)

и

, (103)

кВт.

кВт.

кВт.

Мощность, потребляемая компрессором N_К = 82,810 кВт. Значение ΔN_КЛ не превышает 11% мощности компрессора, следовательно, клапаны выбраны верно.