всякое / taranova то и расчет

где Рр – расчетное давление с учетом максимального рабочего давления в аппарате, МПа; находят с использованием формулы (1.31) см.

п. 1.3);

Dсп – диаметр наружной спирали для принятого теплообменника, м; (расчет приведен в [16]);

[σ] – допускаемое напряжение на растяжение для выбранного материала с учетом максимальных рабочих температур, МПа; определяют по нормативному допускаемому напряжению (см. п. 1.3, формула (1.30) и табл. III.6 в приложении);

φ – коэффициент прочности сварного шва (для рассматриваемого аппарата φ=1);

С – прибавка на коррозию с учетом агрессивности среды, м.

4. Расчёт крышки аппарата.

Крышки спиральных теплообменников, в зависимости от исполнения аппарата и протекающего в нем процесса, выполняют плоскими или коническими (сферическими). Наиболее часто используют плоские круглые фланцевые крышки, если внутреннее давление не превышает 10 МПа. Расчёт таких крышек (см. рис. 2.3) заключается в определении ее высоты (толщины) в месте уплотнения и в средней части.

Рис. 2.3. Плоская фланцевая крышка

– Высота (толщина) крышки в месте уплотнения определяется по формуле

h = K	Pб	+С,	(2.83)
	[σ]	и

Где K – коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения диаметра болтовой окружности и диаметра прокладки; для спиральных теплообменников можно принять К = 0,1;

Рб – расчётное усилие в болтах на растяжение, МН; [σ]и – допускаемое напряжение на изгиб для материала крышки,

МПа;

С – прибавка на коррозию.

91

При этом, расчётное усилие в болтах на растяжение (Рб) находят

как:

	Рб =π DСП		D	СП
		P			+ b k ,	(2.84)
			4

где Р – рабочее давление (избыточное), МПа

b – эффективная ширина прокладки (принимают обычно равной действительной ширине прокладки – bпр = 0,002-0,003 м);

k – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки; например, для плоских прокладок из резины k=1; для паронита или фторопласта – k = 2,5.

– Толщину плоской крышки в средней части рассчитывают по формуле

Sк =	K Dсп		P	+С,	(2.85)
			[σ]
	ϕ0			и

где К – коэффициент конструкции; для плоских фланцевых крышей принимают К = 0,4;

φ0 – коэффициент, учитывающий ослабление крышки отверстием; определяют с учетом соотношения диаметра отверстия и диаметра аппарата; в расчетах можно принять φ0=0,85;

[σ]и – допускаемое напряжение на изгиб для материала крышки, МН/м2; для нехрупких материалов можно принять [5] в соответствии с σд

(см. табл. 2.8).

Таблица 2.8.

Сталь		Значения σд (МН/м2) при температуре, 0С
	50	100	150	200	250	300	400
ВСт3сп	138	133	130	125	120	110	90
Х18Н10Т	146	140	138	134	128	120	110

5. Проверка прочности фундамента.

Состояние опорной поверхности аппарата является наиболее напряженным при действии максимального веса аппарата (Gmax), определяемого с учетом веса металла и веса среды (или воды при гидроиспытаниях) при максимальном заполнении по формуле вида (1.39). В расчетах можно использовать также вес принятого теплообменника в соответствии с табл. 2.7.

92

Максимальное напряжение, возникающее на опорной поверхности от веса аппарата не должно превышать допускаемых напряжений для материала фундамента (см. табл.III.9 в приложении). Учитывая небольшой вес спиральных теплообменников в качестве материала фундамента можно принять, например, бетон марки 100, допускаемое напряжение на сжатие которого [σ] = 8 МН/м2.

– Максимальное напряжение на опорной поверхности фундаментной рамы определяют с учетом принятого типа опоры. При использовании опор А-образной формы нагрузка от веса аппарата равномерно распределяется на 4 опорных площадки; тогда максимальное напряжение на опорной поверхности (σф) в соответствии с (1.33) составит:

σф = Gmax /4.Fоп (Н/м2)

где Fоп – площадь опоры, м2;

Gmax – максимальный вес аппарата, в условиях максимально заполненного обоими теплоносителями аппарата (Н):

Gmax = Gсп+ 2Gкр + Gшт + Gвн + Gср

(2.86)

где Gсп , Gкр – вес спирали и крышки соответственно;

Gшт ; Gвн – вес штуцеров и внутренних устройств; в расчетах значение (Gшт + Gвн) можно принять в пределах 10-20% от веса корпуса аппарата;

Gср – вес среды при максимальном заполнении теплообменника; с учетом использования воды при проведении гидроиспытаний, вес среды соответствует весу воды.

Составляющие уравнения (2.86) находят по формулам

Gсп = L.Sл.lл.ρм.g; Gкр = D .S. ρм.g;	Gср = L.b.lл.ρж.g	(2.87)
Где L, b, lл – длина и ширина	канала, и ширина	ленты
соответственно, м;

ρм , ρж – плотность материала корпуса или крышки, и плотность среды (воды) соответственно, кг/м3.

– Полученное в результате расчетов значение σф сравнивают с допускаемым напряжением для материала фундамента; при этом должно выполняться условие:

σф < [σ].

93

2.5. Расчет аппаратов воздушного охлаждения

2.5.1. Порядок теплового расчета

Аппараты воздушного охлаждения используют для охлаждения жидкостей, для конденсации паров или в качестве конденсаторовхолодильников. В зависимости от назначения аппарата применяют различные методики теплового расчета. Тепловой расчет АВО, в отличие от расчета кожухотрубчатых теплообменников, имеет свои особенности связанные с использованием в аппаратах оребренных труб различного исполнения; в этой связи при проведении расчетов АВО:

–учитывают коэффициент оребрения (kор), а в качестве основного определяющего размера используют наружную поверхность условно неоребренной трубы (FН);

–используют приведенный коэффициент теплоотдачи для воздуха

(αпр) с учетом значений kор;

– коэффициент теплопередачи определяют с учетом kор и αпр. Рассмотрим основные положения теплового расчета АВО на

примере горизонтальных аппаратов (АВГ) с учетом типа протекающего в них процесса.

А. Расчет АВО для охлаждения жидкости

1.Определяют среднюю температуру охлаждаемой жидкости (tcp.p) и

еесвойства при этой температуре плотность ρр, вязкость µр, удельную

теплоемкость λр, теплопроводность cр (см. приложение I).

При этом среднюю температуру находят по формуле вида (1.23)

tcp.p.=(t1 - t2) / ln(t1 / t2)

где t1, t2 - начальная и конечная температуры охлаждаемой жидкости.

2.Принимают температуру воздуха на входе и на выходе из аппарата

–tН, tК. При этом начальную температуру (tН) принимают на 2-30С выше средней июльской температуры в месте установке аппарата по табл. II.3 в

приложении; конечную температуру воздуха (tК) принимают на 10-150С выше, чем t2, но не более 600С.

– Принимают схему распределения температур (см. п. 1.3):

t1	→	t2
t К	←	t Н
-------------------------------------------
∆tб = t1 – t К		∆tм = t2 – t Н

94

– Находят средний температурный напор с использованием общей формулы вида (1.25)

∆t	=	∆tб − ∆t м
ср		ln	∆tб
			∆t
			м

При расчете среднего температурного напора учитывают перекрестно-смешанный ток в аппаратах воздушного охлаждения, что требует проведение этих расчетов с учетом температурной поправки ε t , определяемой графически (см. рис. IV.4 в приложении для перекрестносмешанного движения теплоносителей). В дальнейших расчетах используют значение

∆t´ ср = ∆t ср · ε t

Температурную поправку (ε t ) находят с учетом вспомогательных величин (Р и R) с использованием формулы (2.63)

P =	tк − tн			R =	t1 − t2
	t	− t	н		t	к	− t	н
1

3. Принимают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи (Kор) по табл. IV.1 в приложении; рассчитывают тепловой поток (Q) и ориентировочную поверхность теплообмена (F) по формулам соответственно (1.26) и (1.28):

Q = G·Cp(t1 - t2), (Вт)

где G – производительность аппарата по потоку рабочей среды, кг/с;

F=Q/(Kор · ∆t´ ср ), (м2)

4. По поверхности теплообмена, пользуясь табл.2.9, принимают тип АВО и число секций в аппарате (ZС ). Выбор типа аппарата производится с учетом вязкости жидкости.

Находят площадь поверхности для одной секции

FС = F/ZС , (м2)

(2.88)

и выбирают теплообменную секцию по поверхности теплообмена условно неоребренной трубы (FН), пользуясь табл.2.10.

95

Таблица 2.9

Основные параметры АВО

Тип	Площадь	Чис-	Число	Длина	Коэффи	Диа-	Чис-	Мощ-
аппара-	поверх-	ло	рядов	труб,	циент	метр	ло	ность
та	ности	сек-	труб в	l, м	оребре-	венти	венти	вентилято
	теплооб-	ций	секции,		ния,	лятора	лято-	ра, кВт
	мена,	Zc	nc		Кор	, м	ров	ВЗ	НВЗ
	Fп, м2				9; 14,6;
АВМ	105-840	1	4; 6; 8	1,5-3		0,8	1,2	22	10
АВГ		3		4; 8	20; 22	2,8		30	18
АВГ-В	840-3590				7; 8;			37	25
					5; 15			40
АВГ-	630-1270	8	5
ВВ					9; 14,6;
АВГ-Г	7060-26870	12	4; 6; 8	8			4	37
АВЗ	265-9800	6		6	20; 22	5	1	40	40
								75
								90
АВЗ-Д	3540-13100			8		2,8	2	22	18
								30	10
								37	25
								40

Дополнительные обозначения: М - малогабаритный, Г – горизонтальный, В – для вязких жидкостей, Т - трехконтурный (секции располагаются в три этажа), З – зигзагообразный, Д – с двумя вентиляторами, ВЗ – взрывозащищенный двигатель, НВЗ – невзрывозащищенный двигатель

Принимают основные параметры секции:

FС - площадь поверхности теплообмена секции, м2 (должна быть больше расчетной);

L - длину труб, м;

nС - число рядов труб в секции; kop - коэффициент оребрения.

5. Проводят уточненный тепловой расчет, определяя коэффициенты теплоотдачи для рабочей среды и воздуха и рассчитывая коэффициент теплопередачи; при этом реализуют следующую общую цепочку расчета:

V→ w → Re→ Nu → α→ K → F

где V и w – объемные расходы и скорости движения потоков;

Re и Nu – критерии Рейнольдса и Нуссельта для рабочей среды

ивоздуха;

αи K – коэффициенты теплоотдачи (для рабочей среды и воздуха) и теплопередачи.

96

Таблица 2.10 Технические характеристики секций аппаратов типа АВГ

Коэффи	Число				Наружная площадь
				поверхности теплообмена
циент	рядов	Число ходов	Число труб в			FН , м2
оребре-	труб в	по трубам	одном ходе
				Неоребренной			Оребренной
ния	секции	Zx	nx	трубы длиной,			трубы
Кор	nс				м		длиной, м
				4		8	4	8
9	4	1	94	33		66	295	590
		2	27
		4	24; 23
		1	141
	6	2	71; 70	49		98	440	880
		3	47
9		6	24; 23
		1	188
	8	2	94	65		130	582	1165
		4	47
		8	24; 23
	4	1	82	28		57	415	830
		2	41
		4	21; 20
		1	123
14,6	6	2	61; 62	42		85	632	1265
		3	41
		6	21; 20
		1	164
	8	2	82	57		114	850	1700
		4	41
		8	21; 20

При проведении уточненного теплового расчета АВО учитывают его особенности, связанные с использованием воздуха и оребренных труб, а именно: при расчете α2 (для воздуха) используют приведенное значение

(αпр) этого коэффициента с учетом значений kор, которое используют далее и при расчете коэффициента теплопередачи (рассчитывают также с учетом

kор и αпр).

Уточненный тепловой расчет АВО проводят в следующей последовательности.

– Находят среднюю температуру воздуха с использованием формул вида (1.23)

97

tcp.в. = (tн + tк) /2 ( при tк/tн < 2) или: tcp.в. = tcp.p .- ∆t´ ср ( при tк/tн >2)

– Определяют свойства воздуха при средней температуре: плотность ρв, вязкость µв, удельная теплоемкость Cв, теплопроводность λв (см. табл. II. 2 в приложении) и находят расход воздуха:

Vв = Q / ρв·Cв·(tк -				tн), м3/c		(2.89)
– Рассчитывают наименьшую площадь сечения межтрубного
пространства:				). f	, м2
f	м.т	. = Z	·в·(L - 2δ			(2.90)
		c	p	c

где: в - ширина просвета секции, в расчетах принимают в = 1,26 м; δp - толщина трубной решетки, (м), в зависимости от давления и

числа рядов труб в секции nc (принимают по табл. 2.11);

fc - относительное свободное сечение секции, (м2), принимаемое с учетом коэффициента оребрения:

fc = 0,34 при kop=9,0 fc = 0,38 при kop=14,6.

Таблица 2.11 Зависимость толщины трубной решетки (δð ) от давления в трубном

пространстве ( Р ) и числа рядов труб в секции ( nc )

nc			δ ð (мм) при Р (МПа), равном
	0,6	1,0		1,6	2,5		4,0	6,4
4	20	25		32	39		50	62
6	25	32		39	50		62	78
8	30	39		50	60		76	96

– Находят скорость воздуха в узком сечении межтрубного пространства, как:

wм.т. = Vв / fм.т., м/c	(2.91)
– Рассчитывают коэффициент теплоотдачи α2 (для воздуха)
α2 = C2·λв· (wм.т.·ρв / µв)0,65·Pr0,35, Вт/(м2·K)	(2.92)

где С2 – коэффициент, принимаемый с учетом коэффициента оребрения:

98

C2 = 0,5 при kop=9,0; C2 =	0,48 при kop=14,6.
– Определяют приведенный коэффициент теплоотдачи
αпр = C1·α2		(2.93)
где С1 = 0,83 при kop=9,0;	С1 = 0,65 при kop=14,6

–Рассчитывают коэффициент теплоотдачи α1 (от рабочей жидкости)

сиспользованием общей формулы вида (1.8), как:

α1 = Nu·λp / dв

где: λp – коэффициент теплопроводности для охлаждаемой жидкости, определенный по п.1;

dв – внутренний диаметр трубы (м), зависящий от исполнения трубы:

для монометаллической – dв=22·10-3 м; для биметаллической – dв=21·10-3 (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4. Вид оребрения труб: 1 – монометаллические; 2 - биметаллические

Для расчета α1 принимают турбулентный режим движения (Re=104) и определяют скорость движения жидкости в трубах (wp) и количество

труб в одном ходе (nx), обеспечивающий турбулентный режим движения, по формулам:

wp = Re·µp / (dв·ρp ), м/c

nx = Vp /(0,785·dв2·wp),

(2.94)

где: µp , ρp – вязкость и плотность рабочей среды (см.п.1);

99

Vp – объемный расход жидкости, м3/с, равный:

Vp=Gp / ρp

– По табл.2.10 принимают секцию аппарата с предварительно принятой поверхностью (Fc ) и близким к расчетному значением nx. При этом учитывают необходимость сохранения турбулентного режима движения в трубах; т.е. количество труб в одном ходе следует принимать меньше расчетных значений.

– Уточняют значения wp и Re для аппарата с выбранным значением

nx:

wp' = Vp /(0,785·dв2·nx ),

где: nx – число труб в одном ходе, принятое по табл.2.10;

Re = wp'·dв·ρp / µp

– Находят значение критерия Нуссельта (Nu), используя формулу (2.3), с учетом действительного значения критерия Рейнольдса (Re) и критерия Прандтля (Pr), определенного с учетом свойств среды при средней температуре (см. п.1):

Nu = 0,021·Re0,8·Pr0,43, где Pr = Cp·µp / λp

– С учетом полученных значений критерия Nu находят коэффициент теплоотдачи для рабочей среды - α1 , используя формулу (1.8):

α1 = Nu·λp / dв

– Рассчитывают уточненное значение коэффициента теплопередачи, по формуле вида

K = 1/(1/α1	+ Σr + 1/(α	·k )), Вт/(м2·K)	(2.95)
	пр	op

где: Σr – общее термическое сопротивление стенки (м2·K/Вт), определяемое по формуле вида:

Σr=rЗ,1 + δст /λст + rЗ,2

rз,1, rз,2 – термические сопротивления со стороны рабочей жидкости и воздуха, Вт/(м2·K); см. табл. IV. 5 в приложении;

100