Гидромеханический расчет.

Содержание

Введение 3

1. Исходные данные 5

2. Тепловой расчет 6

3. Конструктивный расчет 10

4. Поверочный расчет 12

5. Гидромеханический расчет 14

6. Расчет изоляции 16

7. Список используемой литературы 17

 

Введение

Пластинчатые теплообменные аппараты (рекуператоры) предназначены для передачи тепла от горячей рабочей среды к холодной через теплопередающую поверхность.

В зависимости от конструкции пластинчатые теплообменники разделяют: на разборные, неразборные (сварные) и разборные со сдвоенными пластинами (полуразборные).

Поверхности теплообмена в этих аппаратах изготовляют из коррозионно-стойкой стали и титана.

Разборные теплообменники могут работать при давлении от 0,002 до 1 МПа (от 0,02 до 10 кгс/ ) и температуре рабочих сред от 253 до 453 К (от -20 до +180 ⁰С), площадь поверхности теплообмена 1-800 .

Пластинчатые теплообменные аппараты характеризуются высокой интенсивностью процессов теплоотдачи и теплопередачи при умеренных гидравлических сопротивлениях. Их можно применять для рекуперации тепла между потоками рабочих сред для нагрева, охлаждения, конденсации и испарения жидкостей, паров и их смесей. Теплообменники могут быть двухпоточными и многопоточными, т. е. могут применяться для теплообмена между двумя рабочими средами (двухпоточные), а также для теплообмена между тремя и большим числом сред в одном аппарате.

В теплообменниках осуществляется теплообмен между рабочими средами: жидкость - жидкость, пар - жидкость, пар + газ – жидкость, газ – жидкость, газ – газ.

Разборные теплообменники можно применять для тепловой обработки суспензий с твердыми частицами размером не более 4 мм. При отложении загрязнений на теплопередающих поверхностях можно периодически переключать каналы на такие рабочие среды, которые очищают поверхности от загрязнений без разборки аппарата.

В теплопередающих пластинах разборных теплообменников по контуру предусмотрен паз, в котором закреплены уплотнительные прокладки из резин специальных теплостойких марок. Пластины устанавливают на раму теплообменника, состоящую из несущих штанг, подвижных и неподвижных плит с зажимными винтами. Неподвижная плита обычно прикреплена к полу, подвижная – ролике подвешена к верхней штанге и может по ней перемещаться. На плитах расположены штуцера для присоединения технологических трубопроводов.

При однопакетной компоновке пластин допускается установка всех четырех штуцеров на неподвижной плите, что облегчает эксплуатацию аппарата.

Разборные теплообменники устанавливают на консольной раме (исполнение 1), на двухопорной раме (исполнение 2), на трехопорной раме или раме с неподвижной опорой в середине рамы (исполнение 3).

Основная деталь разборного пластинчатого теплообменного аппарата – гофрированная теплопередающая пластина.

В каналах аппарата, составленных из пластин, предусмотрены точки опоры гофр, что позволяет выдерживать в аппарате разность давлений по обе стороны пластины, а также повышенное внутреннее давление в каналах при сохранении герметичности.

Группа пластин, образующая систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет.

Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и подвижной плитами, образуют секцию. При сборке пакета пластины повернуты одна относительно другой на 180⁰, причем все резиновые прокладки обращены в сторону подвижной плиты. В углах пластин расположены отверстия для прохода рабочей среды. В промежуточных и концевых пластинах может быть одно, два или три отверстия, количество которых определяют в соответствии со схемой компоновки пластин в теплообменнике.

Каждая пластина в работающем аппарате омывается двумя рабочими средами: с одной стороны – охлаждаемой, а с другой – нагреваемой; в результате между средами происходит теплообмен. Среды, протекающие поперек гофров, турбулизуются, что способствует интенсификации теплообмена.

При компоновке пластинчатых разборных теплообменников, определенной расчетом, можно получить оптимальное количество каналов в пакете и пакетов в секции для каждой рабочей среды.

Компоновку готового теплообменника можно изменить в соответствии с конкретным количеством каждой рабочей среды, имеющимся напором и заданным тепловым режимом. В таком случае гидромеханическую характеристику теплообменника можно приблизить к оптимальной и повысить коэффициент теплопередачи.

При заданном расходе рабочих сред, проходящих через теплообменник, в зависимости от схемы компоновки пластин можно изменять скорости движения сред в межпластинных каналах. Следовательно, имеется возможность регулировать гидравлическое сопротивление и коэффициент теплопередачи в аппарате. В каждом отдельном случае при составлении схем компоновок пластин необходимо рассчитать оптимальную схему для рационального использования располагаемого напора.

Техническая характеристика и основные параметры пластинчатых и теплообменных аппаратов определяются в основном конструкцией и размерами применяемых пластин и свойствами материалов, из которых они изготовлены.

 

Исходные данные.

1. Расход греющего теплоносителя

()

2. Начальная температура греющего теплоносителя

3. Конечная температура греющего теплоносителя

4. Начальная температура нагреваемого теплоносителя

5. Конечная температура нагреваемого теплоносителя

6. Рабочее давление в аппарате

7. Максимально допустимое гидравлическое сопротив-

ление по стороне хода греющего теплоносителя

8. Максимально допустимое гидравлическое сопротив-

ление по стороне хода нагреваемого теплоносителя

9. Теплофизические свойства греющего теплоносителя

при средней температуре

плотность

удельная теплоемкость

коэффициент теплопроводности

кинематическая вязкость

10. Теплофизические свойства нагреваемого теплоноси-

теля при средней температуре

плотность

удельная теплоемкость

коэффициент теплопроводности

кинематическая вязкость

11. В связи с большим расходом, исходя из условий экономичности, теплообменник намечено проектировать на базе пластин Р-1,3.

Геометрические размеры пластин и образуемых ими

каналов:

площадь поверхности теплообмена одной

пластины:

эквивалентный диаметр межпластинного ка-

нала:

площадь поперечного сечения одного канала

длина канала (приведенная):

диаметр условного прохода углового

отверстия:

 

Тепловой расчет.

1. Количества тепла, передаваемого в единицу времени:

 

2.1

= 0,98 – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду.

 

2. Расход нагреваемого теплоносителя:

 

2.2

 

2.3

3. Средний температурный напор:

Схема потоков:

 

 

2.4

4. Рациональная скорость движения греющего теплоносителя в каналах теплообменника с учетом заданного :

для ориентировочного расчета скорости

зададимся коэффициентом теплопередачи от воды к воде:

 

 

где К- коэффициент теплопередачи;

- коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала,

тогда:

 

2.5

 

 

5. Критерий Рейнольдса:

 

 

2.6

6. Проверяем принятое значение коэффициента общего гидравлического сопротивления:

 

2.7

что достаточно близко к принятой величине .

7. Значения критериев Прандтля:

при

 

2.8

при

 

8. Критерий Нуссельта:

 

 

2.9

9. Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке:

 

2.10

 

10. Рациональная скорость движения греющего теплоносителя в каналах теплообменника с учетом заданного :

для ориентировочного расчета скорости принимаем:

 

где К- коэффициент теплопередачи;

- коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала,

тогда:

 

2.11

 

11. Критерий Рейнольдса:

 

 

2.12

12. Проверяем принятое значение коэффициента общего гидравлического сопротивления:

 

2.13

что достаточно близко к принятой величине .

13. Значения критериев Прандтля:

при

 

при

 

14. Критерий Нуссельта:

 

 

2.14

15. Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке:

 

2.15

16. Термическое сопротивление стенки пластины и загрязнений на ней:

термическое сопротивление загрязнений на стенке со стороны греющего теплоносителя:

термическое сопротивление стенки при ее толщине

термическое сопротивление загрязнений на стенке со стороны нагреваемого теплоносителя:

17. Коэффициент теплопередачи:

 

2.16

18. Общая площадь поверхности теплообмена аппарата:

 

2.17

Принимаем ближайшую стандартную площадь поверхности теплообмена

 

Пример условного обозначения пластинча­того разборного теплообменного аппарата: теп­лообменник Р 1,3р-0,8-16-1К-01 - теплообмен­ник разборный (Р) с пластинками типа 1,3р, тол­щиной 0,8 мм, площадью поверхности теплооб­мена 16 м², на консольной раме, в коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патруб­ков - сталь 12Х18Н10Т; материал прокладки - теплостойкая резина 359; схема компоновки:

что означает над чертой - число каналов в каж­дом ходе для греющей воды, под чертой - то же, для нагреваемой воды.

Дополнительный канал со стороны хода на­греваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь

 

Конструктивный расчет.

1. Площадь поперечного сечения пакета:

по стороне хода греющего теплоносителя:

 

3.1

по стороне хода нагреваемого теплоносителя:

 

3.2

2. Число каналов в одном пакете:

для греющего теплоносителя:

 

 

3.3

 

принимаем

 

для нагреваемого теплоносителя:

 

 

3.4

 

принимаем

3. Число пластин в одном пакете:

для греющего теплоносителя:

 

 

3.5

для нагреваемого теплоносителя:

 

 

3.6

4. Площадь поверхности теплообмена одного пакета:

для греющего теплоносителя:

 

3.7

 

для нагреваемого теплоносителя:

 

3.8

5. Число пакетов (ходов) в аппарате:

по стороне хода греющего теплоносителя:

 

3.9

принимаем

по стороне хода нагреваемого теплоносителя:

 

3.10

принимаем .

6. Расчетное число пластин в аппарате:

 

3.11

принимаем число пластин

7. Схема компоновки пластин в аппарате при и

Сх =

 

8. Фактическая площадь поперечного сечения пакетов:

 

3.12

 

3.13

 

К установке принамаем:

теплообменник Р 1,3 р – 1,0 – 600 – 3К – 03. ТУ 26-01-665-87.

 

Сх ; пластины из стали 12Х18Н10Т, прокладки из

 

резины марки 4326-1.

 

Поверочный расчет.

1. Фактическая скорость движения греющего теплоносителя и нагреваемого теплоносителя в каналах теплообменника:

 

4.1

 

4.2

2. Проверим величину выбранной площади поверхности теплообмена при фактических скоростях рабочих сред:

а) критерий Рейнольдса:

 

4.3

 

4.5

б) критерий Нуссельта:

 

4.6

 

4.7

в) коэффициент теплоотдачи:

 

4.8

 

4.9

 

г) коэффициент теплопередачи:

 

 

4.10

 

д) площадь поверхности теплообмена:

 

 

4.11

3. Средний температурный напор:

 

 

 

 

 

Гидромеханический расчет.

Из предыдущих разделов расчета имеем:

1. Фактические скорости движения греющего теплоносителя и нагреваемого теплоносителя в каналах теплообменника:

 

5.1

критерий Рейнольдса:

 

5.2

2. Коэффициенты общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала:

 

5.3

3. Гидравлическое сопротивление пакетов пластин:

 

5.4

 

5.5

4. Проверим скорости движения теплоносителей в штуцерах:

 

5.6

 

 

5.7

Т.к. скорости теплоносителей в штуцерах меньше предельных (0,99<3,61м/с; 1,1<3,61м/с), то местное сопротивление штуцеров учтено при расчете коэффициентов и .

5. Общее гидравлическое сопротивление теплообменника:

для греющего теплоносителя:

5. Сопоставим заданные максимальное допустимые гидравлические сопротивления с расчетными:

для греющего теплоносителя:

для нагреваемого теплоносителя:

 

 

Расчет изоляции.

Рассчитываем так, чтобы температура поверхности была не более . Для изоляции принимаем маты на синтетическом связующем марки 75.

Коэффициент теплопроводности:

 

6.1

 

6.2

 

Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую воздух:

 

6.3

 

Список используемой литературы:

 

1. Н.М. Зингер, А.М. Тарадай, Л.С. Бармина. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения.-М.:Энергоатомиздат, 1995.-256с.:

 

2. Б.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. М., «Энергия», 1975 год.

 

3. ГОСТ 15518-83 Аппараты теплообменные пластинчатые. Типы, основные параметры и размеры. Технические требования.

 

4. Каталог. Пластинчатые теплообменные аппараты. Москва 1983, 1990год. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ.

 

5. Строительные нормы и правила Российской Федерации. СНиП 41-03-2003. «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».