Расчет теплообменного аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Казанский государственный энергетический университет

Кафедра ЭХП

Пояснительная записка к расчетно-графической работе на тему:

Расчет теплообменного аппарата

Выполнил: Хатанов Д.В.

Группа: ЭХП-1-07

Проверил: Фетисов Л.В

Казань 2011



1. Построение температурного графика

Параметры горячего теплоносителя приводятся в задании. Обычно для теплоснабжения используются горячая вода с температурой прямой сетевой = 130-170 С и водяной пар давлением р = 0,07-0,5 МПа. При этом вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром:

* большую возможную протяженность теплотрассы;

* возможность как количественного, так и качественного регулирования.

Качественное регулирование предполагает изменение температуры прямой сетевой воды с изменением температуры наружного воздуха. Приведенные в задании параметры греющего теплоносителя соответствуют пиковому расчетному режиму работы теплосети при расчетной температуре наружного воздуха для системы отопления, которая представляет собой среднюю температуру наиболее холодной пятидневки года в данной местности по восьми самым холодным зимам за 50 лет; аналогичная расчетная температура для систем вентиляции - это средняя температура самого холодного месяца года (января). Для ряда городов эти температуры приведены в табл. 1.

теплообменник аппарат температура

Таблица 1. Расчетные температуры наружного воздуха

Город	Расчетная температура наружного воздуха, С	Средняя температура отопительного периода , С
Москва	-26	-15	-3,7

2. Выбор рабочих температур

Выбираемый для теплового пункта теплообменный аппарат должен обеспечивать нормальную работу системы как на пиковом, так и на базовом режимах, при котором условия теплообмена ухудшаются из-за уменьшения температурного напора между теплоносителями. Поэтому расчет выполняется на пиковом и на базовом режимах.

Для базового режима температуры воды в подающем и обратном трубопроводах определяются по температурному графику при средней температуре наружного воздуха за отопительный период (табл. 1), а на пиковом - при расчетной температуре . Для выбора теплообменного аппарата центрального теплового пункта (ЦТП) надо знать еще санитарные нормы, по которым температура вторичного теплоносителя на выходе из теплообменника (входе в отопительные устройства зданий) должна быть 85 С - для больниц и детских учреждений; 95 С - для жилых и общественных зданий (точка Е на температурном графике) и 120 С - для производственных помещений с хорошей вентиляцией.

Температура вторичного теплоносителя на выходе из отопительных устройств потребителя (на входе в подогреватель ЦТП) = 60-65 С. Приведенные значения температур вторичного теплоносителя соответствуют пиковому режиму. При потеплении наружного воздуха эти температуры падают и найти их можно по вспомогательному графику (линии ЕС и GC).

3. Определение тепловых потерь зданий

Во время отопительного периода в помещениях поддерживается расчетная температура внутреннего воздуха (табл. 2), превышающая температуру наружного воздуха, поэтому имеют место тепловые потери здания в окружающую среду через ограждения (стены, окна, полы, потолки).



Таблица 2. Расчетные температуры внутреннего воздуха

Назначение помещения	, С	Назначение помещения	, С
Жилые здания		Бани и прачечные
Жилая комната	18	Вестибюль	18
Кухня	15	Раздевалка	25
Ванная	25	Моечная	30
Лестничная клетка	16	Приемка и хранение белья	15
Лечебные учреждения		Магазины
Палаты для взрослых	20	Торговый зал продуктов	12
Палаты для детей	22	Торговый зал промтоваров	15
Операционные	25	Кладовые	10
Врачебные кабинеты	20	Столовые	16
Детские учреждения		Производственные помещения
Детские ясли и сады	20	Незначительные тепловыделения:
Школьные классы	16	при легкой работе	16-20
Учительская, канцелярия	18	при тяжелой работе	10-15
Спортивный зал	15
Кинотеатры		Значительные тепловыделения:
Зрительный зал	16	при легкой работе	16-25
Вестибюль	12	при тяжелой работе	10-20

Тепловые потери через ограждения (стены, потолки, полы, окна, двери) рассчитываются по уравнениям теплопередачи отдельно для всех помещений, кВт:

. (1.1)

При определении общих тепловых потерь здания надо просуммировать потери всех его помещений. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться приближенными формулами. Тогда теплопотери через ограждения, кВт:

(1.2)



Для пикового режима:

Для базового режима:

При наличии вентиляции следует учитывать также тепловые потери с вентиляционным воздухом, кВт:

. (1.3)

Для пикового режима:

Для базового режима:

Таблица 3. Удельные тепловые потери

Тип здания	Объем, тысяч мі	, кВт/(міК)	, кВт/(міК)
Бытовые и административные здания	0,5-1 1-2 2-5 5-10 10-20	0,69-0,53 0,53-0,47 0,47-0,39 0,39-0,35 0,35-0,29	0,22-0,30 0,17-0,22 0,17-0,14 0,14-0,13 0,13-0,11

C учетом тепловыделений внутренних источников, задаваемых в виде доли от суммарные тепловые потери здания, кВт:

. (1.4)

Для пикового режима:

Для базового режима:



4. Краткое описание теплообменного аппарата

Подогреватели могут быть водо-водяными и паро-водяными. На рис. 1. изображен водо-водяной секционный теплообменник типа МВН-2050-24.

Геометрические размеры подогревателя, мм

Типоразмер		D			C	F	G	L
МВН-2050-24	70	260	57	57	180	240	800	4080	4362	4413	4464

Трубные пучки этих подогревателей набраны из стальных труб диаметрами = 16 / 13,2 мм и длинами 2046 или 4086 мм, закрепленных в трубных решетках, приваренных к корпусу теплообменника. Для компенсации температурных деформаций на каждой секции теплообменника установлен линзовый компенсатор диаметром D. Греющая вода, как правило, проходит внутри труб, а нагреваемая - в межтрубном пространстве. Необходимая поверхность теплообмена набирается из нескольких секций, смонтированных последовательно.

5. Тепловой расчет и выбор теплообменника

Любой теплообменный аппарат можно рассчитать по двум уравнениям теплового баланса и теплопередачи [3]:

, (1.7)

Тепловой поток Q можно определить по уравнению теплопередачи, Вт:



. (1.8)

Для пикового режима:

Для базового режима:

Для предварительного выбора секции теплообменника, в первом приближении задается примерное значение коэффициента теплопередачи 2 кВт/(мІК)

, (1.9)

Для пикового режима:

Для базового режима:

если > 1,7, или среднеарифметическая, К:

(1.10)

Для пикового режима:

Для базового режима:

Для базового режима требуется большая поверхность F, поэтому для дальнейших расчетов выбираем F=65,9.

Рис. 1 Изменение температур теплоносителей по длине теплообменника

По уравнению (1.8) находится тепловой поток Q, после чего по формуле (1.7) - массовые расходы горячей и холодной воды и , затем - объемные расходы теплоносителей, мі/с:

; (1.11)

, (1.12)

где плотности воды , и теплоемкости , находятся по табл. 4 при средних температурах и .

Таблица 4. Теплофизические свойства воды на линии насыщения [3]

, С	,	с,	,	,	,	Pr
39	993,5	4,159	0,635	0.641		4,11
44	991	4,164	0,641	0.602		3,85
50	988	4,17	0,648	0,556	4,49	3,54
60	983	4,18	0,659	0,478	5,11	2,98
70	978	4,19	0,668	0,415	5,70	2,55
80	972	4,20	0,674	0,365	6,32	2,21
90	965	4,21	0,680	0,326	6,95	1,95
100	958	4,22	0,683	0,295	7,52	1,75
110	951	4,23	0,685	0,272	8,08	1,60
120	943	4,25	0,686	0,252	8,64	1,47
130	935	4,27	0,686	0,233	9,19	1,36
140	926	4,29	0,685	0,217	9,72	1,26
150	917	4,31	0,684	0,203	10,3	1,17

Находится необходимое проходное сечение теплообменника по трубам, мІ:

. (1.13)

По определенному проходному сечению выбирается секция теплообменника, уточняются для нее скорости теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве, м/с:

, (1.14)

, (1.15)

Определяются режимы движения теплоносителей:

(1.16)

, (1.17)

- числа Прандтля теплоносителей при температуре стенки труб, которая принимается в первом приближении, С:

(1.18)

По критериальному уравнению (1.17) определяются числа подобия Нуссельта для теплоносителей:

, (1.19)

Из (1.19) находятся коэффициенты конвективной теплоотдачи, Вт/(мІК):

. (1.20)

Учитывая малую толщину стальных труб и высокий коэффициент теплопроводности стали, коэффициент теплопередачи можно определить по формуле для плоских стенок, Вт/(мІК):

, (1.21)



Затем находится в первом приближении необходимая поверхность теплообмена по формуле (1.8), мІ:

, (1.22)

где средний температурный напор по формуле (1.9), с учетом уравнения (1.10). Находится температура стенки, С:

. (1.23)

По найденной в (1.22) поверхности определяется количество секций теплообменника:

, (1.24)

6. Гидравлический расчет теплообменника

Полное гидравлическое сопротивление складывается из потерь на трение и местных сопротивлений , МПа:

(1.25)



Сопротивление трения определяется по формуле, МПа:

, (1.26)

При для гладких и шероховатых каналов универсальной является формула Альтшуля:

, (1.28)

Таблица 5. Абсолютная шероховатость поверхности

Характер поверхности	К, мм
Цельнотянутые трубы из меди, латуни, стекла	0,0015-0,01
Цельнотянутые новые стальные трубы	0,02-0,10
Цельнотянутые стальные трубы, бывшие в эксплуатации	0,12-0,20

Местные потери обусловлены вихреобразованием в местах изменения сечения канала и других препятствий (вход, выход, поворот и др.) и могут быть определены по формуле, МПа:

. (1.29)



Таблица 6. Коэффициенты местных сопротивлений

Вид препятствия	n
Вход в трубы	1	1,5
Выход из труб	1	1,5
Поворот на 180 из одной секции в другую через колено	3	2
Вход в межтрубное пространство	1	1,5
Выход из межтрубного пространства	1	1
Переход из одной секции в другую	3	2,5

Полная длина канала в формуле (1.26) для горячей воды (в трубах) и холодной воды (в межтрубном пространстве), м:

; (1.30)

, (1.31)

Мощность привода насоса определяется по уравнению, кВт:

. (1.32)



Литература

1. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий / Под ред. Б.Н. Голубкова. - М.: Энергия, 1972. - 423 с.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энергия, 1975.

3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973. - 319 с.

4. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1970. - 408 с.

5. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки. - М.: Высшая школа, 1967. - 259 с.

Размещено на Allbest.ru