Этап 1. Сбор данных о свойствах теплоносителей.
На первом этапе по справочной литературе находят сведения об основных свойствах теплоносителей при заданных рабочих условиях (температура и давление):
– физические свойства (внешний вид, температура кристаллизации, кипения, вязкость, коэффициент поверхностного натяжения);
– теплофизические свойства (теплоемкость, удельная теплота парообразования, коэффициент теплопроводности);
– коррозионные свойства (скорость коррозии основных конструкционных материалов в среде теплоносителей при рабочих температурах);
– взрывопожароопасные свойства (температура вспышки, температура самовоспламенения, концентрационные пределы распространения пламени).
Все эти данные необходимы для последующего обоснованного выбора конструктивного исполнения аппарата, выполнения тепловых, гидравлических и механических расчетов, разработки мероприятий по охране труда и промышленной безопасности.
Этап 2. Выбор типа аппарата, разработка схемы соединения теплообменника трубопроводами и с другим оборудованием.
На основании полученного задания выбирают тип аппарата (испаритель, конденсатор, холодильник или теплообменник) и нормативный документ, в котором приводятся его технические показатели.
Принимают техническое решение о вертикальном или горизонтальном размещении теплообменника, о направлении движения теплоносителей по трубному и межтрубному пространствам. При этом следует выполнять следующие правила:
– теплоносители, которые только нагреваются или охлаждаются (без испарения или конденсации), должны двигаться в теплообменнике в турбулентном режиме (Reтр > 10000, Reмтр > 1000);
|
|
– если ни один из теплоносителей не испаряется или не конденсируется, они должны двигаться, как правило, противотоком;
– в трубное пространство, которое поддается механической чистке, следует подавать теплоноситель, дающий отложения на теплообменной поверхности;
– направление движения теплоносителей по возможности должно совпадать с направлением их естественной конвекции;
– при пуске и эксплуатации в теплообменнике не должны образовываться газовые «мешки», застойные зоны;
– при подготовке оборудования к ремонту из теплообменника теплоносители должны полностью удаляться.
Разрабатывают принципиальную технологическую схему соединения теплообменника трубопроводами с емкостями, насосами, реакторами, массообменными аппаратами с указанием контрольных точек технологического контроля теплообменного процесса.
Этап 3. Определение необходимых технологических и конструктивных параметров.
На этом этапе выполняют предварительный тепловой расчет, в ходе которого:
– определяют температурную схему теплообменного процесса;
– по уравнениям теплового баланса определяют расходы теплоносителей и их температуры на входе и выходе из теплообменника;
– вычисляют средний температурный напор, находят средние температуры теплоносителей;
– по приближенному значению коэффициента теплопередачи для данного вида теплообмена находят ориентировочный размер площади поверхности теплообмена;
– определяют, при необходимости, число труб в одном ходе для обеспечения турбулентного режима движения теплоносителя.
|
|
Этап 4. Подбор стандартного теплообменного аппарата.
По нормативному документу (каталогу, техническим условиям, стандарту) выбирают стандартный теплообменный аппарат, который соответствует найденным параметрам, и выписывают его конструктивные параметры. При необходимости используют группу одинаковых теплообменников, соединенных последовательно или параллельно.
Этап 5. Поверочный расчет выбранного аппарата. Выполняют тепловые, гидравлические и механические расчеты. При выполнении тепловых расчетов:
– по справочной литературе или с помощью специализированных методик и программ находят теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах;
– рассчитывают коэффициент теплопередачи или удельный тепловой поток;
– определяют избыток/недостаток фактической площади теплообменной поверхности по отношению к рассчитанному значению и принимают решение о возможности применения выбранного теплообменника.
Этап 6. Оформление расчетно-пояснительной записки, проектирование теплообменного аппарата и защита курсового проекта комиссии согласно графику. Правила оформления и аттестации курсового проекта представлены в методических указаниях [21].