Реферати українською » Промышленность, производство » Розрахунок теплообмінного апарату


Реферат Розрахунок теплообмінного апарату

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою РФ

>ФГАУВПО «Уральський Федеральний Університет –УПИ

їм. першого президента Росії Б.М. Єльцина»

Кафедра Промисловій теплоенергетики


>Курсовой проект

з дисципліни:

«>Тепломассообменное устаткування промислових підприємств»

Розрахунок теплообмінного апарату


Єкатеринбург 2011


Завдання курсове проектування

Тема проекту:

Вертикальнетеплообменний апарат з жорсткою трубної гратами.

Вихідні дані:

>Греющий теплоносій – насичений пар (>межтрубное простір):

>Pхат = 0,7МПа.

>Нагреваемий теплоносій - вода (трубки):

 = 15 0З;

 = 95 0З;

Р>абс =0,8МПа.

Зміст проекту:

Тепловий і конструктивний розрахунок;

>Гидравлический розрахунок;

Механічний розрахунок елементів конструкції теплообмінного апарату;

>Расчет теплової ізоляції;

КВП й О;

Вимоги «>Ростехнадзора».

Графічна частина проекту:

>Продольний і поперечний розрізи апарату (А1),деталировка верхньої кришки (А1).

 


1. Опис апарату

>Кожухотрубчатиетеплообменние апарати застосовують для нагріву і охолодження рідин і газів, і навіть для випаровування та конденсації теплоносіїв у різних технологічними процесами.

>Кожухотрубчатий теплообмінник є апарат, виконаний із пучків труб, зібраних з допомогою трубної грати, і обмежений кожухом і кришками зіштуцерами.Трубное імежтрубное простору в апараті роз'єднані, а кожне з цих просторів може бути розділено з допомогою перегородок сталася на кілька ходів.Перегородки встановлюються з метою підвищення швидкості і коефіцієнта тепловіддачі теплоносіїв.

>Теплообменник зварної з прямими трубками,завальцованними в трубні дошки. Трубки латунні з діаметром 18/16 мм. Коефіцієнт теплопровідності латуні=104,7Вт/м·К. Корпус виконаний із стали (>Ст20).

2. Тепловий і конструктивний розрахунок

 

Орієнтовно за існуючими конструкціям вибираємо:

зовнішнє діаметр трубокdнар=>181 мм;

внутрішній діаметр трубокd>вн=16 мм.

Вибираємо з довідника оптимальну швидкість теплоносія всередині трубок0 = 1,1 м/с.

Визначаємо число трубок.

Температурний натиск.

, де


0З

0З

170, 4 проЗ – температура насичення при тискуPхат = 0,7МПа

 0З

Знайдемо середні температури теплоносіїв. Припротивотоке вважають допустимим визначати середньої температури теплоносія із меншим температурним перепадом як середньоарифметичну, а середньої температури іншого теплоносія за такою формулою .

0З

>Теплоемкость води та її щільність визначається по середньої температурі з таблиць:

зв = 4,176кДж/(кгК);

>в = 983,6кг/м3;

Визначаємо теплову потужність.

>Qв==4,176∙22,22∙(95 - 15) = 7424 кВт

Витрата води Gв=80 м3/>ч=22,22кг/с

Кількість труб:

Приймаємо число трубок 100, уточнюємо швидкість:


Розташування трубок в трубної решітці: за вершинами рівностороннього трикутника.

Крок між центрами трубок:

>t =dзв1,3=0,0181,3=0,0234 м.

Визначення внутрішнього діаметра корпусу

Становище крайніх трубок.

 м.

Внутрішній діаметр (апарат приймаєтьсядвухходовим):

 м

L - найбільша сумарна довжина перегородок в днище апарату, м.

>Округляем у велику бік до стандартного значення: D>вн=0,5 м.

Для насиченого водяної пари швидкістьмежтрубном просторі не перевіряється.

Визначення коефіцієнта теплопередачі.

Приdпорівн/>2

 - теплопровідність матеріалу зі якого виготовлено трубка для латуні, = 104,7Вт/мК;

- товщина стінки трубки, м.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі від трубок до води aм (вимушене протягом всередині трубок):

=4,7576·10-7 - кінематична в'язкість приtпорівнв = 59,8 проЗ;

=2,99 (приtпорівнв = 59,8 проЗ)

=1,55 (приtпорівнст = 112 проЗ (приймається попередньо))

l>ж1=0,6545Вт/(мК) - теплопровідність плівки конденсату.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі від пара дотрубкам aп (плівкова конденсація на вертикальної трубі):

де lж = 0,6769Вт/мК - теплопровідність плівки конденсату;

>=955кг/м3 – щільність конденсату;

g = 9,81 м2/з – прискорення вільного падіння;

>r =2047Дж/кг – питома теплотапарообразования;

=0,000273Н·с/м2 - коефіцієнт динамічної в'язкості конденсату;

;t=170,4-112=58,40З;

h =0,15 м- відстань між перегородками.

>Пересчитаем температуру стінки:

>tст0З

Похибка у визначенні температури стінки:

>=, що ні перевищує 5 %.

Коефіцієнт теплопередачі:

де=0,001м – товщина стінки трубки.

Визначення площі поверхні нагріву і середніх розмірів її елементів.

Знайдемо довжину трубок при числі ходівz =2:

м;


Ставлення K=

D>вн=>0,5м.

Вибираємо зовнішнє діаметр корпуси з низки стандартних зовнішніх діаметрів Dзв = 530 мм

Визначення діаметрів патрубків.

- діаметр патрубка для пара:

, м

Gп =>Q·(h”-h’)=7424·(2768,3-720.9)=3,63кг/с – витрата пара;

>п =0,24 м3/кг – питомий обсяг пара;

wп – швидкість пара, м/с, приймаємо 30 м/с.

м.

- діаметр патрубка для конденсату:

wв – швидкість води впатрубке, приймаємо 3 м/с.

- діаметр патрубка длянагреваемой води:

wв – швидкість води впатрубке, приймаємо 1,3 м/с.

 


3.Гидравлический розрахунок

>теплообменний опір нагрівання конденсація

На переміщення робочої середовища через апарат необхідно затратити певну потужність. Ця потужність (потужність на валу насоса), Вт, визначається за такою формулою

,

де - витрата теплоносіякг/с;

- гідравлічне опір апарату,Н/м2;

 - щільність теплоносія,кг/м3;

 - ККД насоса.

>Гидравлический розрахунок теплообмінного апарату зводиться до визначення втрат тиску з тракту кожного теплоносія від входу в апарат до виходу потім із нього.

Загальне падіння тиску з тракту складається з втрат тиску в елементах апарату: вхідних і вихіднихпатрубках, камерах і колекторах, в трубних пучках тощо. Для зручності розрахунку всі складові втрати тиску умовно поділяють на опір тертя проходячи рідини по лінійним ділянкам тракту апарату і місцеві опору, зумовлені наявністю втеплообменнике локальних перешкод, змінюють напрям, форму і швидкість потоку рідини.

Загалом вигляді повне опір підраховується за такою формулою:

,

де - опір тертя;

- місцеві опору.

Розрахунок лінійного опору тертя.

Опір лінійних ділянок – це, передусім, опір вхідного, вихідного патрубків й відвертий спротив, обумовлене течією в трубному пучку, на одне теплоносія іомиванием трубного пучка іншому.Линейная довжина патрубків підвода теплоносія, зазвичай, незрівнянно мала проти довжиною трубного пучка, тому опором патрубків нехтують. І тут падіння напору потоку теплоносія то, можливо пораховано за такою формулою

,

де L - повна довжина шляху рідини в апараті, м;

w - середня швидкість руху теплоносія, м/с;

> - щільність теплоносія за середньої температурі,кг/м2;

>dе - еквівалентний діаметр каналу, м;

- коефіцієнт опору тертя.

Розрахунок лінійного опору тертя для води:

>dе =d>вн=0,016 м;

 = 1,105 м/с;

> = 983,6кг/м3 (за середньої температурі води);

=(1,87+2·0,04)·2=3,9 м;

>P>тр1=Па.

Розрахунок місцевих опорів.

Місцеві опору визначаються як арифметична сума всіх опорів. До останнього належать повороти потоку, ділянкиогибания перегородок, зміна перерізу проходу рідини та інших., причому кожне місцеве опір розглядається окремо друг від друга, та був результати сумуються:

.

Розрахунок місцевих опорів для води.

Опору поворотів на 90° і 180° виявляться незрівнянно малими проти іншими через малої величини швидкості потоку у цих місцях - швидкість різкого впаде у результаті розширення потоку. Ними можна знехтувати.

У інженерних розрахунках місцеві опору визначаються за такою формулою

де - коефіцієнт місцевого опору.

Розрахунок>P>мс1 - опір від раптового розширення потоку біля входу до розподільну камеру.

Коефіцієнт опору при раптовому розширенні потоку:

,

що й - більше й менше перетин потоку відповідно.

Fб=>0,5F>тр.реш.=0,5 м2;

Fм2 - площа поперечного перерізу вхідного патрубка;

=;

> = 999,4кг/м3 (приtв=>15°C);

м/с;

>P>мс1=Па.

Розрахунок>P>мс2 - опір від раптового звуження потоку біля входу до трубки теплообмінного пучка.

Коефіцієнт опору при раптовому звуження потоку:

,

де Є - ступінь стискування потоку;

Fм=N м2;

Fб = 0,0982 м2;

м/с;

;

;

>P>мс2=Па.

Розрахунок>P>мс3 - опір від раптового розширення потоку на виході з трубок в поворотну камеру.

Fб=0,159 м2;

Fм=0,0286 м2;

=;

> = 983,6кг/м3 (приtв=>21°C);

 м/с;

>P>мс3=Па.

Розрахунок>P>мс4 - опір від раптового звуження потоку біля входу до трубки теплообмінного пучка з поворотною камери.

Fм=0,0201 м2;

Fб=0,0982 м2;

;

;

> = 983,6кг/м3;

 м/с;

>P>мс4=Па.

Розрахунок>P>мс5 - опір від раптового розширення потоку на виході з трубок у збірну камеру.

Fм=0,0201 м2;

Fб=0,0982 м2;

=;

> = 962,2кг/м3;

 м/с;

>P>мс5=Па.

Розрахунок>P>мс6 - опір від раптового звуження потоку перед входом потоку з збірної камери в вихідний патрубок.

Fм=0,0177 м2;

Fб=0,0982 м2;

;

;

>P>мс5=

Сумарна місцеве опір води:

>Pмс == 532+233+393+237+401+317=2113Па.

Повне опір води:

>P =P>тр +Pмс = 15858+2113 = 17971Па

Потужність на валу насоса:

Гідравлічні випробування апаратів виробляються після виконання всіх зварювальних і складальних робіт із єдиною метою перевірки міцності деталей, і щільність зварних іразъемних сполук. Випробування проводять чистої водою, яку закачують з допомогою гідравлічного насоса в апарат до тиску, регламентованого робочим кресленням. Час витримки під пробним тиском для апаратів з товщиною стінки до 50 мм має бути рівним 10 хвилин. Після зниження тиску або до робочого необхідно старанно оглянути все шви, що прилягають до ним ділянки та інші сумнівні місця апарату з виявлення можливої течі і розривів.

Апарат вважається витримали гідравлічне випробування за умови, що з огляді виявлено було розривів, течі, і навіть видимих залишкових деформацій.

4. Механічний розрахунок елементів конструкції теплообмінного апарату

Конструктивний механічний розрахунок забезпечує міцність елементів у процесі експлуатації. Для циліндричних теплообмінних апаратів виробляється розрахунок наступних елементів конструкції: товщини стінок корпусу, кришок іднищ; трубних дощок;фланцевих сполук.

Як матеріалу корпусу використовуємо сталь маркиСт20.

За виконання розрахунку за нормативнедопускаемое напруга приймається найменше із двох напруг і :

 >МПа;

 >МПа,

що й - значення краю міці й краю плинності при розрахункової температурі,МПа.

Розрахунок корпусу апарату. Товщина стінки корпусу P.S циліндричного апарату, котрий з надлишковим тискомP, визначається вираженням:

, м

Значимість прибавки З підсумовують із трьох поправок:

З = З123

З1 – прибавка на корозію, з умов роз'єднання матеріалу стінки і продовження терміну служби апарату, м;

З2 – прибавка на ерозію, якщо вона має місце під час роботи апарату, м;

З3 - прибавка на мінусовий допуск за "товщиною аркуша, із якого виготовлена корпус, м.

Розмір прибавки З приймаю 3 мм;

- коефіцієнт міцності зварного шва, =0,65 ;

D>вн = 500 мм – внутрішній діаметр корпусу;

>Pхат = 0,7МПа;

 м.

Приймаємо стандартну товщину стінки P.S = 5 мм.

В усіх випадках прийнята товщина стінки підлягає контрольної перевірці на напруження як у нійі при гідравлічному випробуванні апарату:


Розрахунокднищ і кришок.

>Днища і кришки виготовляються із такого самого металу, як і корпус апарату. У теплообмінних апаратах найчастіше застосовуються еліптичні чи сферичні днища зотбортовкой задля забезпечення якісного зварювання з циліндричною частини депутатського корпусу чи кришки.

Розрахункова товщина стінки кришки, м, підданого внутрішньому тиску, визначається за такою формулою:

м

hв =0,25·0,530=0,1325 м - висота опуклої частини кришки, м;

>k – коефіцієнт, ,

>d – найбільший діаметрнеукрепленного отвори в кришці;

 - коефіцієнт міцності зварного шва, ;

З – прибавка на корозію, м.

Прийнята товщинаS=6 мм стінки кришки підлягає контрольної перевірці на допустимі напруги при гідравлічному випробуванні апарату:

Розрахункова товщина стінки днища, м, підданого внутрішньому тиску, визначається за такою формулою:


м

hв =0,1325 м - висота опуклої частини днища, м;

>k – коефіцієнт, ,

 - коефіцієнт міцності зварного шва, ;

З – прибавка на корозію, м.

Прийнята товщинаS=5 мм стінки днища підлягає контрольної перевірці на допустимі напруги при гідравлічному випробуванні апарату:

Розрахунок трубних решіток.

Для теплообмінних апаратів жорсткої конструкції товщина грати, м, визначається за словами

,

де До = 0,162 – конструктивний коефіцієнт;

р – різниця тисків в протилежні боки дошки,Па, приймається рівному найбільшому з надлишкових тисків теплоносіїв:

>p = 0,49МПа;

Коефіцієнт ослаблення дошки отворами визначається за такою формулою:


 

 - мінімальний крок між отворами.

 м

отримана величина перевіряється на допустимі напруги від вигину:

.

Умова виконується.

Розрахунок зміцнення отворів.

>Неукрепленними вважаються отвори підразвальцовку, під різьблення, і навіть отвори, ущільненілазовимилючками чи іншими затворами, але мають укріплень по контуру.

Найбільший діаметр, м,неукрепленних отворів судин і апаратів, працюючих під тиском ні перевищувати граничне значення, обумовлений за такою формулою:

,

- граничний діаметр, м,неукрепленного отвори. Отвори, мають більший діаметр, зміцнюютьсяштуцерами чи накладками, або тим і тим разом. Для корпусу:


м

Розрахункова висота, м, зовнішньої частини зміцнювального штуцера і найменша товщина стінки штуцера, м, обчислюються по формулам:

м;

м, приймаємо P.S=4 мм

деd – діаметрукрепляемого отвори, м;

 - нормативнедопускаемое напруга,МПа.

Для кришки:

м

м;

м, приймаємо P.S=4 мм

Розрахунокфланцевих сполук.

Розрахунокфланцевих сполук складається з розрахунку фланців і болтів.

Навантаження на болти у робочих умовах складається з силиQР, що компенсує силу внутрішнього тиску, і сили R, що створює тиск прокладання, що забезпечує герметичність сполуки, визначених по формулам:


 ,

D>ср.п. – середній діаметр прокладки;

b – ширина прокладки, м;

>qп – попереднє удільне тиск прокладання,МПа; для прокладок зпаронитаq = 15МПа;

Р – розрахункове тиск,Па;

Розрахунок товщини тарілки плоскогоприварногофланца h для корпусу апарату.

0,160∙106 М;

 М,

>Задаемся діаметром болта Dб=0,024 м, визначаємодопускаемую навантаження, М, однією болт:

,

і кількість болтів:

, приймаємо nб=20 прим.

плечі моментів сил, діючих нафланец, м: дляпаронитових прокладок


=0,5(0,62-0,545-0,024)=0,0255 м;

=0,5(0,62-0,545)=0,0375 м;

=0,5(0,62-0,545-2∙0,006)=0,0325;

P.S= 0,006 м - товщина стінкиобечайки;

D>вн = 0,5 м - внутрішній діаметробечайки;

D>нф= 0,67 м - зовнішнє діаметрфланца;

Dб=0,62 м – діаметрболтовой окружності

>Е=20104 >МПа - модуль пружності матеріалуфланца,МПа;

- припустимий кут викривленняфланца (=4·10-4 - дляпаронитових прокладок).

>h=1,5=0,02977 м

Вибираємо стандартний пласкийприварнойфланец з товщиною тарілки 40 мм.

Розрахунок товщини тарілки плоскогоприварногофланца h патрубка для пара.

0,0291∙106 М;

 М,

>Задаемся діаметром болта Dб=0,02 м, визначаємодопускаемую навантаження, М, однією болт:

,

і кількість болтів:


, приймаємо nб=8 прим.

=0,5(0,265-0,22-0,02)=0,0125 м;

=0,5(0,265-0,22)=0,0225 м;

=0,5(0,265-0,22-2∙0,004)=0,0185;

P.S= 0,004 м - товщина стінки патрубка;

D>вн = 0,2 м - внутрішній діаметр патрубка;

D>нф= 0,3 м - зовнішнє діаметрфланца;

Dб=0,265 м – діаметрболтовой окружності;

>Е=20104 >МПа - модуль пружності матеріалуфланца,МПа;

- припустимий кут викривленняфланца (=4·10-4 - дляпаронитових прокладок).

>h=1,5=0,01514 м

Вибираємо стандартний пласкийприварнойфланец з товщиною тарілки 25 мм.

Розрахунок товщини тарілки плоскогоприварногофланца h патрубка для води.

0,0174∙106 М;

 М,

>Задаемся діаметром болта Dб=0,02 м, визначаємодопускаемую навантаження, М, однією болт:


,

і кількість болтів:

, приймаємо nб=8 прим.

=0,5(0,24-0,185-0,02)=0,0175 м;

=0,5(0,24-0,185)=0,0275 м;

=0,5(0,24-0,185-2∙0,004)=0,0235;

P.S= 0,004 м - товщина стінки патрубка;

D>вн = 0,15 м - внутрішній діаметр патрубка;

D>нф= 0,28 м - зовнішнє діаметрфланца;

Dб=0,24 м – діаметрболтовой окружності;

>Е=20104 >МПа - модуль пружності матеріалуфланца,МПа;

- припустимий кут викривленняфланца (=4·10-4 - дляпаронитових прокладок).

>h=1,5=0,01532 м

Вибираємо стандартний пласкийприварнойфланец з товщиною тарілки 20 мм.

Розрахунок товщини тарілки плоскогоприварногофланца h патрубка для конденсату.

0,0266∙106 М;

 М,


>Задаемся діаметром болта Dб=0,016 м, визначаємодопускаемую навантаження, М, однією болт:

,

і кількість болтів:

, приймаємо nб=4 прим.

=0,5(0,11-0,07-0,016)=0,012 м;

=0,5(0,11-0,07)=0,02 м;

=0,5(0,11-0,07-2∙0,004)=0,016;

P.S= 0,004 м - товщина стінки патрубка;

D>вн = 0,04 м - внутрішній діаметр патрубка;

D>нф= 0,145 м - зовнішнє діаметрфланца;

Dб=0,11 м – діаметрболтовой окружності;

>Е=20104 >МПа - модуль пружності матеріалуфланца,МПа;

- припустимий кут викривленняфланца (=4·10-4 - дляпаронитових прокладок).

>h=1,5=0,0157 м

Вибираємо стандартний пласкийприварнойфланец з товщиною тарілки 20 мм.

5. Розрахунок товщини теплової ізоляції

Визначаємо середньої температури ізоляції:

, 0З

Температура поверхні ізоляції за вимогами санітарним нормам береться = 450З. Товщина шару ізоляції.

м

aз=8Вт/(м2>К) – коефіцієнт тепловіддачі;

>з=0,06559Вт/(м·К) – коефіцієнт теплопровідності.

Приймаємо стандартний розмір ізоляції .

Після визначення товщини ізоляції проведемо перевірку отриманої величини подопустимому тепловому потоку []. І тому розрахуємо теплової потік з ізольованій поверхні апарату за такою формулою

Отриманий результат задовольняє умові ,q>доп=>140Вт/м2, розрахунок закінчено.


6.Контрольно вимірювальні і регулюючі прилади

Для управління роботою та забезпечення безпечних умов експлуатації апарати залежно від призначення необхідно обладнати приладами для вимірювань тиску, приладами для виміру температури, запобіжними пристроями, покажчиками рівня рідини.

При випробуванні теплообмінних апаратів в експлуатаційних умовах зазвичайзамеряются:

1) температура води на вході у апарат;

2) температура води виході з апарату;

3) тиск води на вході у апарат;

4) тиск води виході з апарату;

5) витрата води через апарат.

Для виробництва

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація