Расчет водонагревательной установки непрерывного действия

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В курсовой работе рассматриваются и выбираются из стандартного ряда горизонтальный кожухотрубный и пластинчатый теплообменники.

Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости, следовательно, и интенсивности теплообмена теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между паром и жидкостями или между жидкостями и газами. Они применяются тогда, когда требуется большая поверхность теплообмена.

В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полу-разборными и неразборными (сварными).

В пластинах разборных теплообменников имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладкам между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов.

Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита - закрепляются в специальной раме. Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых данный теплоноситель движется только в одном направлении, составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухтрубчатых теплообменниках.

Цель курсовой работы - расчет водонагревательной установки непрерывного действия.

Для этого необходимо:

- рассчитать тепловую нагрузку теплообменника;

- выполнить приближенную оценку коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности нагрева;

- выбрать теплообменники из стандартного ряда;

- выполнить поверочный расчет теплообменника;

- выбрать и рассчитать тепловую изоляцию кожухотрубного теплообменника;

- выполнить гидравлический расчет и выбрать насос (насосы) для подачи воды и возврата конденсата;

- составить схему водонагревательной установки.

1. Расчет тепловой нагрузки теплообменного аппарата

Уравнение теплового баланса в общем виде:

Тепловая нагрузка Q из уравнения теплового баланса для одного из теплоносителей:

,

где Q1 - теплота, переданная греющим теплоносителем (паром), Вт; Q2 - теплота, воспринятая нагреваемым теплоносителем (водой), Вт; з - КПД теплообменника, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

Определяющая средняя температура воды:

о С.

Физические свойства воды при =95°С:

плотность с2=911,85 кг/мі;

теплоемкость С2=4,214 кДж/(кг·К);

теплопроводность л2=0,6815 Вт/(м·К);

динамический коэффициент вязкости м2=298,7·10-6 Па·с;

число Прандтля Pr2=1,85.

Теплота, воспринятая нагреваемым теплоносителем без изменения его агрегатного состояния:

Q2=G2C2(t2к- t2н)=40·4,214 (150-40)10-3=18,54 МВт,

где - расход нагреваемого теплоносителя, кг/с; - удельная теплоемкость нагреваемого теплоносителя при средней температуре , кДж/(кг·К); , - начальная и конечная температуры нагреваемого теплоносителя, С.

Теплота, переданная греющим теплоносителем при конденсации сухого насыщенного пара:

Q1=Qкон= G1 (hн-hк)= G1r,

где Qкон - теплота, выделившаяся при конденсации; G1 - расход греющего теплоносителя, кг/с; r - теплота парообразования, Дж/(кг·К).

При заданном давлении P1 = 0,7 МПа определяем температуру насыщения tн=179,88оС и теплоту парообразования r=2014,4 кДж/(кг·К).

Теплофизические показатели конденсата при tн=179,88 С:

теплоемкость С1 = 4,417 кДж/(кг·К);

плотность с1 = 886,9 кг/мі;

теплопроводность л1 = 0,674 Вт/(м·К);

динамический коэффициент вязкости м1 = 153·10-6 Па·с;

кинематический коэффициент вязкости н1 = 0,173·10-6 м2/с.

число Прандтля Pr1 =1,00.

Тепловая нагрузка аппарата (теплота, переданная греющим теплоносителем):

МВт.

Уравнение теплового баланса теплообменника:

G1(hн-hк)з = G1r=G2C2(t2к-t2н).

Расход греющего теплоносителя:

кг/с.

Определение среднего температурного напора.

Греющий теплоноситель имеет постоянную температуру, следовательно, средние логарифмические напоры при противотоке и прямотоке будут равны. Выбираем в качестве схемы движения теплоносителей противоток.

На рис. 1 изображено изменение температур теплоносителей по поверхности теплообменника при противотоке.

Определяем большую Дtб и меньшую Дtм разности температур двух теплоносителей на концах теплообменника (рис. 1):

Дtб = tн-t2н = 179,88 - 40 = 139,88 С;

Дtм = tн-t2к= 179,88 - 150 = 29,88 С.

Проверяем соотношение:

Так как отношение Дtб/Дtм<4,5, средний температурный напор при противотоке:



Рисунок 1 - График изменения температур теплоносителей по поверхности теплообмена при противотоке

Основное уравнение теплопередачи:

откуда ориентировочная площадь поверхности теплообмена:

,

где - ориентировочный коэффициент теплопередачи.

Ориентировочный коэффициент теплопередачи для вынужденного движения соответствует развитому турбулентному режиму течению и оптимальному режиму работы аппарата.

2. Расчет и выбор кожухотрубного теплообменника из стандартного ряда

Выбираем теплообменник типа ПСВ-130-7-15 со следующими характеристиками (рис. 2):

внутренний диаметр кожуха Dв = 800 мм;

наружный диаметр труб dнЧд = 25Ч2 мм;

число ходов z = 2;

общее число труб n = 442;

высота труб H = 4 м;

площадь поверхности теплообмена F = 139 м2;

диаметр условного прохода штуцеров для трубного пространства d=150 мм.

Условное обозначение теплообменника ПСВ-130-7-15: П - подогреватель; С - сетевой воды; В - вертикальный; 130м2 - поверхность теплообмена; 1,5 МПа (15 кгс/см2) - рабочее избыточное давление воды в трубной системе и водяных камерах.

Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами.

Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости, а, следовательно, и интенсивности теплообмена.

Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между жидкостями и газами. В большинстве случаев пар (греющий теплоноситель) вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубкам. Конденсат из межтрубного пространства выходит к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха.

Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. В верхней части обечайки корпуса расположен патрубок подвода пара, а ниже расположены: патрубок подвода конденсата, патрубок отсоса воздуха, муфты для подсоединения указателя уровня, патрубок для подсоединения датчика регулятора уровня. В днище установлен патрубок выхода конденсата пара и патрубок для регулятора уровня.

Трубная система состоит из верхней и нижней трубных досок, каркасных труб, прямых теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубных досках. На верхней трубной доске предусмотрена установка воздушного клапана для отвода воздуха из корпуса при гидроиспытании и клапана для слива воды из верхней водяной камеры.

Рисунок 2 - Вертикальный подогреватель сетевой воды типа ПСВ-130-7-15: 1 - верхняя водяная камера; 2 - корпус; 3 - трубная система; 4 - водоуказательный прибор; 5 - нижняя водяная камера

Расчет коэффициентов теплоотдачи с греющей и нагреваемой стороны.

Коэффициент теплоотдачи вычисляем по формуле:

.

Здесь определяющим размером является внутренний диаметр трубок, который можно вычислить по формуле:

Для определения расчетной формулы критерия Нуссельта необходимо рассчитать:

- скорость движения нагреваемой воды в трубках;

- площадь сечения пучка труб,

где n=442 и z=2 - соответственно число трубок и число ходов. Тогда критерий Рейнольдса равен:

- режим течения турбулентный.

При турбулентном течении жидкости в прямых трубах и каналах с различной формой поперечного сечения для определения критерия Нуссельта справедлива формула М.А. Михеева:

,

поскольку tc~tж, то поправка Prж/Prc =1.

Тогда формула принимает вид:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:

.

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, определяем по уравнению:

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, рассчитываем также с учетом числа Григуля (Z):

где - коэффициент при ; - температура стенки; - высота вертикальных труб.

При Z>2300 коэффициент теплоотдачи определяется по формуле Лабунцова:

где - коэффициент при ;

Pr = 0,949 и Prcт = 1,298 - критерии Прандтля соответственно при температурах насыщения tн и tст.

Выполняем проверку температуры стенки:

Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена.

Для вновь проектируемых теплообменных аппаратов термическим сопротивлением загрязнения можно пренебречь, а при формула коэффициента теплопередачи упрощается, а также рассчитываем его при большем значении

,

где = 0,002 м - толщина стенки; ст=105 Вт/(мС) - теплопроводность для латунной стенки.

Уточняем площадь поверхности теплообмена:

Запас поверхности:

.

Так как запас поверхности составил 12,62%, в рекомендуемых пределах (до 20%), принимаем к установке ранее выбранный теплообменник ПСВ-130-7-15.

3. Расчет и выбор пластинчатого теплообменника из стандартного ряда

Выбираем теплообменник ТПР 0,6Е-80-1-2-10 (рис. 3) с поверхностью теплообмена F = 80 м2, поверхностью пластины f = 0,6 м2 и числом пластин N = 136.

Конструктивные характеристики данного теплообменника:

эквивалентный диаметр канала dэ= 8,3 мм;

поперечное сечение канала S = 0,00245 м2;

приведенная длина канала l= 1,01 м;

диаметр условного прохода штуцеров dшт = 200 мм.

Условное обозначение теплообменника ТПР 0,6Е-100-1-2-10: Т - теплообменник; П - пластинчатый; Р - разборный; 0,6 м2 - площадь одной пластины; Е - тип пластины; 100 м2 - площадь поверхности теплообмена; 1 - на консольной раме; 2 - марка материала; 10 - марка материала прокладки (стойкая резина СУ-359).

В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полу-разборными и неразборными (сварными).

В пластинах разборных теплообменников имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких резин.

Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что, благодаря прокладкам, между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов.

Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в специальной раме. Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых данный теплоноситель движется только в одном направлении, составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубных теплообменниках.

Рисунок 3 - Пространственная схема движения теплоносителей в однопакетном пластинчатом разборном теплообменнике: 1 - неподвижная плита; 2 - теплообменная пластина; 3 - прокладка; 4 - концевая пластина; 5 - подвижная плита

Скорость нагреваемой воды и число Рейнольдса в N/2 = 85 каналах равны:

м/с;

так как то наблюдается турбулентный режим.

Критерий Нуссельта:

.

Коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м2·К).

Определяем значение и температуры стенки :

.

При этом:

число Рейнольдса:

,

так как Re>50, то наблюдается турбулентный режим;

критерий Нуссельта:

;

где 240 - коэффициент, зависящий от площади пластины, при f = 0,6 м2.

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке:

Вт/(м2·К).

Вт/(м2·К);

где д=0,001м - толщина пластин, л=18 Вт/(м•К) теплопроводность нержавеющей стали. Уточняем значения и температуры стенки :

.

Тогда площадь поверхности теплообмена:

Сопоставляем стандартную (ранее выбранную) поверхность теплообмена с рассчитанной, то есть запас поверхности равен:

.

Площадь поверхности стандартного теплообменника больше расчетной, запас поверхности составляет 23%. Выбранный теплообменник ТПР 0,6Е-80-1-2-10 (рис.4) подходит, принимаем его к установке.

Сравнительный анализ теплообменных аппаратов.

По результатам расчетов теплообменных аппаратов можно сделать следующий вывод, что пластинчатый теплообменник более предпочтителен в использовании, так как его коэффициент теплопередачи значительно выше, чем у кожухотрубного .

Пластинчатые теплообменники экономически выгодны, так как они наиболее компактные и не имеют большой массы, нежели кожухотрубные, что важно при их транспортировке, сборке и эксплуатации.

Длина канала пластинчатого теплообменника и стандартная площадь поверхности теплообмена меньше, чем у кожухотрубного, длина труб у которого и стандартная площадь поверхности теплообмена .

4. Гидравлический расчет кожухотрубного теплообменника

Целью расчета является определение перепада (потери) давления теплоносителя ?P=P2-P1 на участке между входом и выходом, который необходим для преодоления: сопротивления трения при движении теплоносителя; местных сопротивлений на пути потока; сил тяжести в гравитационном поле; инерционных сил при ускорении по длине канала из-за изменения объёма при нагревании теплоносителя.

На рис. 4 представлена схема водонагревательной установки непрерывного действия.

Рисунок 4 - Схема водонагревательной установки непрерывного действия: Е1 - емкость исходной воды, находящаяся под атмосферным давлением; ОК1 - обратный клапан на линии нагреваемой воды; ЦН1 - центробежный насос на линии нагреваемой воды; З - задвижка на линии греющего пара; П - подогреватель; К - конденсатоотводчик; ОК2 - обратный клапан на линии отведенного конденсата; ЦН2 - центробежный насос для отвода конденсата; Е2 - емкость сбора конденсата под атмосферным давлением

Полный напор , необходимый для движения жидкости или газа через теплообменник, определяется по формуле:

,

где - сумма гидравлических потерь на трение; - сумма потерь напора в местных сопротивлениях; - сумма потерь напора, обусловленных ускорением потока; - перепад давления для преодоления гидростатического столба жидкости.

Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубного теплообменника.

Скорость воды в трубах.

Критерий Рейнольдса - режим течения турбулентный.

Коэффициент трения при можно определить по формуле:

,

где е=Д/d - относительная шероховатость труб; Д=0,2 мм - высота выступов шероховатостей.

Определяем диаметр условного прохода штуцеров для трубного пространства .

Скорость воды в штуцерах:

.

Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве: - входная и выходная камеры; - поворот между ходами; - вход в трубы и выход из них.

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, три поворота на 180є, четыре входа в трубы и четыре выхода из них.

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве:

Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, можно найти по формуле:

.

Округляя в большую сторону, получим .

Определяем число сегментных перегородок .

Диаметр условного прохода штуцеров для межтрубного пространства .

Скорость конденсата в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью равна:

.

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход конденсата через штуцера, 14 поворотов через сегментные перегородки (по их числу ) и 15 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании ().

Число Рейнольдса для межтрубного пространства:

.

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:

5. Гидравлический расчет трубопровода нагреваемого теплоносителя

Потери напора на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений в трубопроводах:

где - коэффициент трения; - трубопровода; - эквивалентный диаметр трубопровода; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Формулы для расчета коэффициента трения зависят от режима движения и шероховатости трубопровода.

Относительная шероховатость трубы:

,

где - абсолютная шероховатость трубы.

Выбираю стальные трубы, бывшие в эксплуатации, с незначительной коррозией. Для них .

.

Так как то коэффициент гидравлического сопротивления трения определяется по формуле:

.

Значения коэффициентов местных сопротивлений зависят от вида местного сопротивления и режима движения жидкости.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений теплообменника:

вход в трубу с острыми краями ;

выход из трубы .

Суммарный коэффициент местных сопротивлений:

.

Потери напора в теплообменнике:

.

Внутренний диаметр подводящего трубопровода нагреваемой воды рассчитывают по формуле:

.

Расход перекачиваемой воды известен, и, следовательно, для расчета диаметра трубопровода требуется определить единственный параметр - скорость воды. Чем больше скорость, тем меньше требуемый диаметр трубопровода, то есть меньше стоимость трубопровода, его монтажа и ремонта. Однако с увеличением скорости растут потери напора в трубопроводе, что приводит к увеличению перепада давления, необходимого для перемещения среды, и, следовательно, к росту затрат энергии на ее перемещение.

На практике при перекачивании насосами скорость воды в трубах рекомендуется принимать .

.

Принимаем ближайший диаметр трубопровода из стандартного ряда =0,180 м.

Пересчитываем скорость воды в трубах:

.

Относительная шероховатость трубопровода:

.

Число Рейнольдса:

.

Определяем зону трубопровода:

.

Для зоны, автомодельной по отношению к числу Рейнольдса:

.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений трубопровода:

на входе в трубу с острыми краями ;

на выходе из трубы ;

потери в вентиле ;

потери в изгибах под углом .

Суммарный коэффициент местных сопротивлений:

.

Потери напора в трубопроводе:

,

где - длина трубопровода на линии всасывания.

Общие потери напора:

.

Находим потребный напор насоса:

,

где p1 и р2 - давление в аппарате, из которого перекачивается вода и давление в аппарате, в который подается вода (принимаем p1=0,1МПа (атмосферное); p2=0,8 МПа), Нг = zl +hк=2•4+5 = 13 м вод.ст. - геометрическая высота подъема жидкости, зависящая от высоты аппарата и в соответствии с числом ходов; z - число ходов; l- длина трубопровода; hп=0,637 м - общие потери напора; hв=5м - высота соединительного трубопровода для воды.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателем, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле:

.

Принимая зпер=1 - КПД перемещения и зн=0,75 - КПД насоса как для центробежного, находим мощность на выходном валу двигателя при установившемся режиме работы по формуле:

.

 устанавливаем, что заданную подачу и напор будет обеспечивать центробежный насос марки Х 280/72, для которого при оптимальных условиях работы V2=810-2 м3/с, , . Насос обеспечен электродвигателем АО-102-4 номинальной мощностью ,. Частота вращения вала .

Запас напора, необходимый для исключения кавитации:

.

Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания может быть больше следующей величины:

,

где рt=7,38·103 Па - давление насыщения перекачиваемой воды при температуре t2н=40С; м/с - скорость воды во всасывающем патрубке насоса; - потеря напора во всасывающей линии; - запас напора, необходимый для исключения кавитации.

Таким образом, расположение насоса возможно на высоте над уровнем воды в баке.

6. Гидравлический расчет трубопровода конденсата

Потери напора в трубопроводе:

где - коэффициент трения; - длина трубопровода; - эквивалентный диаметр трубопровода; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

На практике при перекачивании насосами скорость конденсата в трубах рекомендуется принимать . Диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:

Принимаем ближайший диаметр трубопровода из стандартного ряда =0,133 м.

Пересчитываем скорость воды в трубах:

.

Относительная шероховатость трубопровода:

.

Определение потерь на трения и местные сопротивления.

Число Рейнольдса:

то есть режим течения турбулентный. В турбулентном потоке различают три зоны: в нашем случае зона автомодельная по отношению к Re. Коэффициента трения определяется по формуле:

1=0,11е0,25=0,11•(0,0017)0,25=0,0185.

Значения коэффициентов местных сопротивлений трубопровода:

- в прямоточных вентилях;

- для входа в трубу;

- для выхода из трубы.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений:

Окончательная формула определения потери напора в трубопроводе:

.

Общие потери напора:

.

Напор насоса:

,

где Р1 и Р2 - соответственно давление перед насосом и давление в емкости, в которую подается конденсат (принимаем Р1=0,7МПа; Р2=0,7МПа); Нг= zl+ +hк=2·4+6=14м геометрическая высота подъема жидкости, зависящая от высоты аппарата в соответствии с числом ходов; z - число ходов; l - длина трубы; hп=2,18 м - суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях; hк=6 м - высота соединительного трубопровода конденсата.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле:

.

Принимаем и (для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя:

.

Устанавливаем, что заданную подачу и напор будет обеспечивать центробежный насос марки Х20/18:

расход = ;

частота n=48,3 с-1;

КПД насоса зн=0,60;

развиваемый напор Н=10,5 м вод. ст.;

Электродвигатель:

Тип АО2-31-2;

номинальная мощность Nн = 3 кВт.



Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации составляет:

Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания не должна превышать следующее значение:

где рt=7,38·103 Па - давление насыщенного пара перекачиваемого конденсата при температуре t2н=40С; м/с - скорость конденсата во всасывающем патрубке насоса; - потеря напора во всасывающей линии; - запас напора, необходимый для исключения кавитации.

Таким образом, расположение насоса возможно на высоте над уровнем конденсата в баке.

7. Выбор конденсатоотводчика

Конденсатоотводчики предназначаются для автоматического отвода конденсата из теплообменных аппаратов. Они должны обеспечивать полную конденсацию пара в теплообменнике, а в некоторых случаях и частичное переохлаждение конденсата.

Самым распространенным типом механического конденсатоотводчика является поплавковый со сферическим поплавком. Данный конденсатоотводчик обладает большой пропускной способностью. Отводит конденсат сразу после образования. Содержит встроенный биметаллический клапан для выпуска воздуха. Внутренние компоненты выполнены из нержавеющей стали.

При отсутствии конденсата поплавок опущен и клапан закрыт. По мере поступления конденсата в поплавковую камеру поплавок начинает всплывать и открывает клапан, выпускающий конденсат. При поступлении пара уровень конденсата снижается, и поплавок опускается, закрывая выпускной клапан.

Данный тип конденсатоотводчика рекомендуется для удаления конденсата из нагревателей, теплообменников, сушилок, варочных котлов и другого оборудования в отапливаемых помещениях.

В данном случае выбираем конденсатоотводчик типа FLT конденсатоотводчик первой группы, максимальным давлением 1,3МПа, максимальной температурой 300?С. Конденсатоотводчик FLT-17 (альтернатива IB) применим для всех типов паровых систем низкого и среднего давления. Типичным применением является узел нагрева с теплообменником, сушильные аппараты, сосуды с паровой рубашкой, другие устройства, где необходимо осуществлять непрерывный отвод конденсата.

Присоединение - внутренняя резьба или фланцевое.

Монтажное положение - горизонтальное (стандарт) или вертикальное.

Основные характеристики: непрерывный отвод конденсата при температуре насыщенного пара;

нечувствительны к резким и значительным изменениям давления и расхода конденсата;

эффективный отвод воздуха с помощью термостатического воздушного клапана.

Таблица 1 - Технические характеристики конденсатоотводчика

Рабочая среда	Насыщенный и перегретый пар
Максимальное давление	1,3 МПа
Максимальная температура рабочей среды	250?С
Максимальное эксплуатационное давление	1,1 МПа
Присоединение	трубная цилиндрическая резьба ISO 7/1, фланцевое по DIN
Монтажное положение	горизонтальное (справа - налево) или вертикальное (сверху - вниз)

Рисунок 5 - Конденсатоотводчик: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 ? прокладка безасбестовая; 4 ? седло (нержавеющая сталь); 5 ? затвор (нержавеющая сталь); 6 - рычаг; 7 - поплавок; 8 - воздухоотводчик; 9 - болты

кожухотрубный теплообменник турбулентный

8. Расчет тепловой изоляции

Для определения толщины изоляционного слоя, обеспечивающего предотвращение потерь теплоты в окружающую среду, необходимо произвести расчет тепловой изоляции.

В курсовой работе рассчитаем тепловую изоляцию теплообменника кожухотрубного.

В качестве изоляционного материала принимаем плиты из стеклянного штапельного волокна полужесткие, технические марки ППТ-50 по ГОСТ 10499-78:

плотность конструкции с=42-58 кг/м3;

теплопроводность лk=0,042+0,00035tm;

применяется при температуре от -60 до +180С;

коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции бе=10 Вт/(м2·С).

Толщина теплоизоляционного слоя для цилиндрических объектов с положительными температурами диаметром менее 2 м определяется по формуле:

д=d/2(В-1),

где В=di /d - отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру изолируемого объекта; лk - теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м С); определяема; бе - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции, Вт/(м2·С); rtot - сопротивление теплопередачи на 1 м длины теплоизоляционной конструкции цилиндрических объектов диаметром менее 2 м, (м·C)/Вт; rm - термическое сопротивление стенки трубопровода, (м·С)/Вт; d - наружный диаметр изолируемого объекта, м.

Теплопроводность теплоизоляционного слоя:

лиз=0,042+0,00035tm=0,042+0,00035·179,88=0,11 Вт/(м·К).

Наружный диаметр кожуха составляет D=800 мм (см. выше), температура среды в теплообменнике tвн=179,88 °С. Принимаем толщину стенки аппарата 20 мм, тогда внутренний диаметр составит dint =760 мм; теплопроводность материала стенки (нержавеющая сталь) составляет лcm=18 Вт/(м•К).

Термическое сопротивление:



Сопротивление теплопередаче:

где ql = 215,6 Вт/м - нормированная линейная плотность теплового потока с 1 м длины цилиндрической теплоизоляционной конструкции; tн=20С - температура окружающей среды, К1 =1,09 - коэффициент, принимаем согласно.

тогда В=1,16.

Тогда диаметр изоляции составит

di=BD=1,16·800=904 мм,

откуда толщина изоляции д=37 мм. Принимаем стандартную толщину изоляции 52 мм.

В качестве покровного слоя тепловой изоляции используем пленку вини-пластовую каландированную КПО (ГОСТ 16398-81) толщиной 0,4-1,0 мм, горючая.

Тепловые потери с наружной поверхности изоляции теплообменника составляют:

где F=рH (di - D)=3,14•4•(0,904-0,8)= 1,1 м2 - площадь поверхности тепловой изоляции; =0,11 Вт/(м·К) - теплопроводность наружной поверхности изоляции; tвн=179,8С - температура на внутренней поверхности изоляции; tiн=40С - температура наружной поверхности изоляции.

Тепловые потери от величины теплового потока составляют 0,001 %.

Заключение

В курсовой работе был произведен тепловой расчет теплообменных аппаратов непрерывного действия двух типов. В результате были выбраны стандартные теплообменники.

Стандартный кожухотрубный теплообменник ПСВ-130-7-15 с конструктивными характеристиками:

наружный диаметр кожуха D=800 мм;

диаметр труб dнЧд=25Ч2 мм;

число ходов z=2;

общее число труб n=442;

высота труб H = 4 м;

площадь поверхности теплообмена F=139 м2.

Запас площади поверхности теплообмена составил 12,62%, что является допустимым.

Стандартный пластинчатый теплообменник типа ТПР 0,6Е-80-1-2-10 с конструктивными характеристиками:

площадь поверхности теплообмена F=80 м2;

количество пластин N=136 шт.;

площадь пластины f =0,6 м2;

эквивалентный диаметр канала dэ=8,3 мм;

приведенная длина канала L=1,01 м;

поперечное сечение канала S=24,5· м2.

Запас площади поверхности теплообмена составил 23%, что является допустимым.

Составлена схема водонагревательной установки (рис. 4). На схеме изображен кожухотрубчатый теплообменник с трубопроводами, подводящими греющий теплоноситель - пар под давлением - от источника теплоты, а также с трубопроводами подвода нагреваемой воды из бака. Подогретая вода отводится к потребителю.

Выполнен гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника, подводящих и отводящих трубопроводов, на основании которого выбраны насосы для подачи нагреваемого теплоносителя Х280/72 и для отвода конденсата греющего теплоносителя Х20/18. Для отвода конденсата выбран конденсатоотводчик.

Рассчитана и выбрана тепловая изоляция кожухотрубного теплообменника. В качестве изоляционного материала приняты плиты из стеклянного штапельного волокна полужесткие технические марки ППТ-50 по ГОСТ 10499-78. В качестве покровного слоя тепловой изоляции выбрана пленка винипластовая каландированная КПО по ГОСТу 16398-81 толщиной 0,4-1 мм, горючая. Потери с поверхности изоляции в окружающую среду составили 0,001%, что не превышает допустимых 5%.

Литература

1. Картавская В.М. Тепломассообменное оборудование ТЭС и промпредприятий: учеб.пособие. ? Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014.

2. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 168с.

3. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки: учебник. - М.: Энергия, 1972. - 317с.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Альянс, 2008. - 493с.

5. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488с.

6. Тепломассообменное оборудование для промышленных установок и систем теплоснабжения. Промышленный каталог. - М.: ФГУП ВНИИАМ, 2004.

7. СНиП 41-03-2003, СНиП 2.04.14-88* Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. - М.: Госстрой России, 2003, М.: ГУП ЦПП, 2004.

Размещено на Allbest.ru