РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА
Им. И.М. Губкина
ФАКУЛЬТЕТ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
КАФЕДРА ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Курсовая работа по теплотехнике
«РАСЧЕТ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА»
Научный руководитель,
доцент _
Выполнил,
студент группы _
Работа принята:
Оценка:
Москва
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
Исходные данные…………………………………………………………………5
Конструктивный тепловой расчет. 5
Проверочный тепловой расчет. 10
Гидравлический расчет теплообменного аппарата. 11
Графическая часть. 12
Список использованной литературы: 13
ВВЕДЕНИЕ
Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности.
Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными), либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными).
Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать:
1. По взаимному направлению потоков теплоносителей:
- прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении;
- противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях;
- с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно;
- с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока.
2. По роду теплоносителей:
- аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные);
- аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, - конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя);
- аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторы – испарители).
3. По конструктивному оформлению:
- трубчатые;
- трубчато-ребристные;
- пластинчатые;
- пластинчато-ребристые;
- трубчато-пластинчатые.
Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник – типа «труба в трубе» - состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи - другим, который протекает в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух.
В инженерной практике при выборе теплообменного аппарата необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчеты, а также гидравлический расчет теплообменных аппаратов.
Конструктивный тепловой расчет проводится для того, чтобы выбрать теплообменный аппарат при их серийном производстве на заводах или спроектировать новый аппарат. В результате конструктивного расчета выбирается тип аппарата, его конструкция, схема течения теплоносителей, материал для изготовления отдельных элементов и определяется размер и масса теплообменного аппарата.
Проверочный тепловой расчет проводится с целью определить мощность теплообменного аппарата и конечные температуры теплоносителей, омывающих поверхность нагрева теплообменного аппарата, конструкция и площадь поверхности нагрева которого известны. Проверочный расчет обычно выполняется тогда, когда необходимо выяснить возможность использования уже установленного или проектируемого теплообменного аппарата в условиях, отличных от расчетных.
Гидравлический расчет теплообменного аппарата необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, перекачивающих теплоносители.
Исходные данные
Горячий теплоноситель: топливо Т-5
кг/с
°C
°C
Холодный теплоноситель: нефть
кг/с
°C
Конструктивный тепловой расчет
Теплофизические свойства горячего теплоносителя (топливо Т-5) при средней температуре:
°C
Вт/(м·К)
кг/м3
Дж/(кг·К)
м2/с
Определим мощность ТА:
η=0,95 (ТА ставится в наиболее трудные условия при расчете).
Вт
Определяем температуру выхода холодного теплоносителя, методом итерации:
, °C где 
Дж/(кг·К) при t = 25℃
°C
°C
Дж/(кг·К)
°C
°C
Принимаем 
°C
°C
Дж/(кг·К) при t = 49,5℃
Теплофизические свойства холодного теплоносителя (нефть):
°C
Вт/(м·К)
кг/м3
Дж/(кг·К)
м2/с
Вычислим среднюю арифметическую разность температур между теплоносителями в теплообменном аппарате:
°С
°С
°С
Определим площади проходных сечений трубного fтр и межтрубного пространства fмт р при минимальной скорости течения жидкости.
Будем считать, что в трубах теплообменного аппарата течет топливо Т-5, а межтрубье – нефть:
м2;
м2;
На основании полученных данных, произведем выбор теплообменного аппарата.
Тип аппарата – ТА с U-образными теплообменными трубками;
Число рядов труб в пучке Z=16;
Число рядов труб в окнах перегородок Zn=8;
Число рядов труб между полостями, проходящими через кромки перегородок Zвп=4;
| Диаметр кожуха, мм | Наружный диаметр труб dn,мм | Число ходов по трубам nx | Площадь проходного сечения f, 10-2,м2 | Площадь поверхности теплообмена F (м2) при длине труб l (мм) | ||||
| Наруж-ный | Внут-ренний | Одного хода по тубам | В вырезе пере-городки | Между пере-городками | ||||
| 1,2 | 2,0 | 3,3 |
Уточним значение скорости горячего теплоносителя, в соответствии с выбранным теплообменным аппаратом, и вычислим число Рейнольдса:
м/с; 
Режим течения турбулентный.
Используя метод итерации, при котором выполняется условие | tc(n+1) – tc(n)|<0,15, найдем αг и αх.
°С
Вт/(м2·К)
Скорость холодного теплоносителя в кольцевом пространстве:
м/с;
Число Рейнольдса
Режим течения переходной.
Вт/(м2·К)
°С
°С => Находим αг и αх при tc(2).
Prг,с(2)=10,7
Prх,с(2)=864
Вт/(м2·К)
°С
°С
αг = 560 Вт/(м2·К) и αх = 29 Вт/(м2·К)
Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю:
, Вт/(м2·К)
, Вт/(м2·К)
Необходимая площадь поверхности теплообмена:
м2
На основании выполненного расчета выбираем теплообменник
| Диаметр кожуха, мм | Наружный диаметр труб dn,мм | Число ходов по трубам nx | Площадь проходного сечения f, 10-2,м2 | Площадь поверхности теплообмена F (м2) при длине труб l (мм) | |||
| Наруж-ный | Внут-ренний | Одного хода по тубам | В вырезе пере-городки | Между пере-городками | |||
| - | 6,9 | 6,9 | 7,0 |