Присложномвзаимномдвижениитеплоносителейнапримерприсмешанномиперекрестномтокевмногоходовыхтеплообменниках, средняя разность температур теплоносителей определяется с учетомпоправки[]
ºС
Длянахожденияпоправочногокоэффициента вычисляются вспомогательные коэффициенты P и R[]
(1.26)
По полученным значениям коэффициентов P и R определяем поправочныйкоэффициент([5]).
Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м², ([7]):
(1.28)
Втм²
Изосновногоуравнениятеплопередачиопределяетсянеобходимаяповерхностьтеплообменам²[]
(1.29)
(м²)
По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат []
Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции с неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79,ГОСТ 15120-79,ГОСТ 15122-79).
Таблица
| Диаметр кожуха, мм | Диаметр труб, мм | Число ходов | Общее число труб, шт. | Поверхность теплообмена(в м2) при длине труб, м | Площадь сечения потока 10-2 м2 | Площадь сечения одного хода по трубам, 10-2 м |
| В вырезе перегородок | Между перегородками |
| 3 |
| 400 | 20×2 | 166 | 31 | 1,7 | 3 | 1,7 |
Пересчитываются скорости движения и критерий Рейнольдса для греющего и нагреваемого теплоносителей, мс, ([7])
(мс)
(1.31)
(мс)
где – площадь сечения одного хода по трубам, м2, м2
– площадь сечения межтрубного пространства между перегородками, м, (м2)
(1.33)
1.5 Конструктивный расчет теплообменного аппарата
Определяется число труб в теплообменнике, ([7]):
(1.34)
шт
где – площадь поверхности теплообмена стандартного теплообменника, м2, (м
– длина труб одного хода стандартного теплообменного аппарата, м, (м).
ПоусловиютрубыпосечениютрубнойрешеткирасположеныповершинамравностороннихтреугольниковКоличествотрубокрасположенныхпосторонамбольшегошестиугольника[]
(шт.)
Количество трубок, расположенных по диагонали шестиугольника, ([7]):
(шт.).
Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно можно принять равным 0,5 · b те([7])
(1.37)
Для стандартных труб с наружным диаметром равным0мм, размещенных по вершинам равносторонних треугольников, при развальцовке принимают шаг между трубами ([7], стр.12) :
t ,
t = 1,4·20 = 28 (мм)
Рассчитанную величину шага между отверстиями в трубной решеткесравниваютсостандартнымизначениями([1])
Внутренний диаметр кожуха двухходовоготеплообменникамм, ([7]):
(1.38)
(мм
где – коэффициент заполнения трубной решетки, принимается равным 0,6 – 0,8.
1.6 Определение температуры поверхности стенок трубы
Термическоесопротивлениетеплоотдачиотгреющеготеплоносителякповерхностизагрязненийм²·КВт[]:
(1.40)
(м²·КВт
Термическоесопротивлениеслояотложенийсостороныгреющего теплоносителя, (м²· К)/Вт[]
(1.41)
((м²· К)/Вт)
где–тепловаяпроводимостьслояотложенийсостороныгреющеготеплоносителя[], ((м2· К)/Вт).
Термическое сопротивление стенки трубы, (м²· К)/Вт, ([7]):
(1.42)
((м²· К)/Вт)
где – толщина стенки трубки, м,
– коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м·К, Втм·К
Термическоесопротивлениеслояотложенийсосторонынагреваемоготеплоносителям²·КВт[]):
(1.43)
м²·КВт)
где – тепловая проводимость слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²· К)
Втм²·К)
Термическоесопротивлениетеплоотдачиотстенкизагрязненийкнагреваемомутеплоносителюм²·КВт[]формула:
Аналитически температура стенок трубы определяется по фомулам[]формулы:
(ºС) графическим способом, ([7], рис П.1.4).
Рис.4. Графический способ определения температуры поверхности стенки трубы со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей
1.7 Гидравлический расчет теплообменника
Целью гидравлического расчёта является определение величины потери давления теплоносителей при их движении через теплообменный аппарат.
Полное гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах теплообменного аппарата определяется выражением, Па, ([7]):
где ;
–потеридавленияобусловленныеналичиемместныхсопротивленийскладываютсяизсопротивленийвозникающихвсвязисизменениемплощадисеченияпотокаобтеканияпрепятствийПа
(Па)
где –коэффициенттрения[])
z – число ходов теплоносителя по трубному пространствуz=2.
Коэффициент трения определяется по формуле:
(1.49)
где – относительная шероховатость труб, ([7],стр.14);
– высота выступов шероховатостей ,принимаем = 0,2 мм, ([7],стр.14).
Потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений, Па,([7]):
Па)
где – суммакоэффициентовместныхсопротивленийтрубного
пространства[]:
(1.51)
где –коэффициентысопротивленийвходнойивыходнойкамер([1]
, – коэффициенты сопротивлений входа в трубы и выхода из них []), ,
– коэффициент сопротивления поворота между ходами, ([1]), .
Величина потерь давления греющего теплоносителя в теплообменномаппаратеПа[]
(1.52)
Па)
Величина потерь давления нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве теплообменника, Па, ([7]):
Па
где – суммакоэффициентовместныхсопротивлениймежтрубногопространства[])
где – коэффициент сопротивления входа и выхода жидкости ([1]), ,
– коэффициент сопротивления пучка труб, ([7]):
(1.55)
х – число сегментных перегородок ([1]
–коэффициентопределяющийповоротчерезсегментнуюперегородку[]
1.8 Определение толщины тепловой изоляции аппарата
Тепловаяизоляцияпредставляетсобойконструкциюизматериаловсмалойтеплопроводностьюпокрывающуюнаружныеповерхностиоборудованиятрубопроводовдляуменьшениятепловыхпотерь
Толщинутепловойизоляциинаходятизравенстваудельныхтепловыхпотоковчерезслойизоляциииотповерхностиизоляциивокружающую среду, ([7])
где–температураизоляциисостороныокружающейсредыкотораянедолжнапревышать°Cсогласнотребованийтехникибезопасности[]стрпринимаем°C);
– коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м²·К, ([7],стр.16), принимаем (Вт/м²·К;
–температураизоляциисостороныаппаратаввидунезначительноготермическогосопротивлениястенкиаппаратапосравнениюстермическимсопротивлениемслояизоляции принимают равной средней температуре нагреваемого теплоносителя, °C, ([7],стр.16),принимаем (°C) ;
– температура окружающей среды; для изолируемых поверхностей, расположенных в помещении принимается 20°С [6];
– коэффициент теплопроводности изолятора, Вт/(м· К);
Если в качестве изолятора принять полотно стеклянное теплоизоляционное марки ИПС-TlТУтокоэффициенттеплопроводностиизолятора[]
= 0,047+0,00023 tm,
(Вт/(м· К));
где tm – средняя температура теплоизоляционного слоя, °С;
На открытом воздухе в летнее время, в помещении, в каналах, тоннелях, технических подпольях, на чердаках и в подвалах зданий: ([7]):
tm =
(°С)
гдеtw – средняя температура теплоносителя, омывающего стенку, °С.
При расчетах задать температурный напор –) °С.
Толщина тепловой изоляции, м[]:
(1.60)
(см)
ТЕПЛОВОЙРАСЧЕТПЛАСТИНЧАТОГОТЕПЛООБМЕННИКА
Впластинчатыхтеплообменникахповерхностьтеплообменаобразовананаборомтонкихштампованныхгофрированныхпластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными (сварными). В пластинах разборных теплообменников (рисунок 1, Приложение 2) имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладкам между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами дляприсоединения трубопроводов. Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в специальной раме.
Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых теплоноситель движется только в одном направлениисверхувнизилинаоборотсоставляетпакетПакетпосуществуаналогиченодномуходупотрубамвмногоходовыхкожухотрубчатых теплообменниках. На рисунках 1 и 2 Приложения 2 даны примеры компоновки пластин. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплообмен, но увеличивает гидравлическое сопротивление. Дополнительный канал со стороны хода нагреваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.
В соответствии с каталогом ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1990) выпускаются теплообменники пластинчатые следующих типов: полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинамитипарир
Техническиехарактеристикиуказанныхпластиниосновныепараметрытеплообменниковсобираемыхизэтихпластинданывтаблицах 1 и 2Приложения
Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок. Для теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным является применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в табл. 3приложения Условноеобозначениетеплообменногопластинчатогоаппаратапервыебуквыобозначаюттипаппарата–теплообменникРРСразборныйполусварнойследующееобозначение–типпластиныцифры после тире –толщинапластиныдалее–площадьповерхноститеплообменааппаратам2), затем – конструктивное исполнение (в соответствиистабл 1 Приложения 2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл.ПриложенияПослеусловногообозначенияприводитсясхемакомпоновкипластин