В данной курсовой работе производится тепловой расчет, механический расчет, расчет тепловой изоляции горизонтального бойлера-аккумулятора, а также подбор приборов КИПиА и соответствие теплообменника правилам “Ростехнадзора”. Емкость бойлера-аккумулятора 5м3. Греющий теплоноситель: насыщенный водяной пар при избыточном давлении Ризб.= 0,5МПа. Нагревается вода от 20 до 800С за 7 часов при давлении Рабс.= 0,5МПа.
Исходные данные:
-
Температура насыщенного водяного пара: ts = 158,84ºC
-
Давление насыщенного водяного пара: Рабс1 = 0,6МПа
-
Температура воды на входе: t’2 = 20ºC
-
Температура воды на выходе: t’’2 = 80ºC
-
Давление воды: Pабс2 = 0,5МПа
-
Время нагревания воды до исходной температуры:
1.Тепловой расчет
1.Определяем среднелогарифмический температурный напор:
где = 158,84 – 20 = 138,84 0С;
= 158,84 – 80 = 78,84 0С.
График изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.
t,0C
пар
ts =158,840C
tmin=78,840C
tmax=138,840C
t2’’=800C
t2’=200C
вода
F
2.Определяем среднюю температуру нагреваемой воды:
3.По средней температуре нагреваемой воды определяем теплоемкость, плотность и расход нагреваемой воды.
С2 = 4,180кДж/(кг*К)
ρ2 = 986,71кг/м3
G2 = V* ρ2 = 5*986,71 = 4933,55 кг
4.Находим удельную производительность аппарата.
5.Определим среднюю температуру стенки:
6.Зададимся наружным диаметром трубок
Выбираем трубки 32х2 по ТУ 14-3-190-2004 из Ст.20
По средней температуре стенки определяем из таблиц коэффициенты вязкости , теплопроводности и плотность:
μж = 270,64*10-6 Па*с
λж = 0,680 Вт/(мК)
ρж = 954,09кг/м3
7.По температуре насыщения определяем из таблиц удельную теплоту парообразования:
r = 2086,0 кДж/кг
8.Определим коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубки:
9.Определим коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к жидкости:
Критерий Грасгофа (Gr):
При определяем теплофизические свойства жидкости и критерий Прандтля (Pr):
Находим произведение Gr на Pr и по таблице определяем коэффициенты С и n:
C=0.135, n=
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи:
10.Определяем коэффициент теплопередачи:
11.Проверяем температуру стенки:
поэтому не делаем перерасчет.
12.Определяем поверхность нагрева и объем аппарата:
13.Определим расход пара:
Расчёт геометрических размеров аппарата
1.Задаемся диаметром аппарата D=1.22м и определяем его длину.
2.Задаемся скоростью пара и определяем количество трубок:
3.Находим общую длину труб:
4.Находим длину одной трубки:
5.Уточняем скорость газов:
2. Механический расчет
Корпус аппарата изготовлен из стали типа: Сталь-20. Коэффициент прочности сварных швов:
1.Расчет корпуса аппарата:
Принимаем толщину корпуса равной : S = 6мм.
Рассчитанная толщина стенки должна выдерживать давление гидравлических испытаний:
Напряжение гидроиспытаний меньше чем предел текучести следовательно, стенка данной толщины будет выдерживать давление гидроиспытаний.
Для унификации конструкции теплообменника воспользуемся сортаментом труб по ТУ 14-3-190-2004 и будем использовать для изготовления корпуса трубу:
1220х11(Dy1200)
2.Расчет днищ и крышек:
Принимаем толщину корпуса равной : S=5мм
Принятая толщина стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлических испытаниях:
Напряжение гидроиспытаний меньше чем предел текучести, следовательно стенка данной толщины будет выдерживать давление гидроиспытаний.
Для улучшения процесса стыковки корпуса с днищем принимаем толщину днища равной 10мм (согласно стандартной линейке толщин днищ по ГОСТ 6533-78).
3.Расчет диаметра патрубков входа и выхода нагреваемой воды:
Скорость истечения:
Время истечения:
Расход нагреваемой воды:
Площадь сечения патрубка:
Согласно полученного значения выбираем стандартную трубу по ГОСТ 8732-78: 45х3 (Dy 40)
Проверка патрубков на прочность:
4.Расчет диаметров патрубков на входе и выходе греющего пара:
Скорость пара:
Согласно полученного значения выбираем стандартную трубу по ГОСТ 8732-78: 50х5 (Dy 40)
Проверка на прочность:
5.Расчет фланцев.
Сила, компенсирующая силу внутреннего давления:
где - ширина прокладки.
Dy 40 -
Dy 65 -
Сила, создающая давление на прокладку:
где - предварительное удельное давление на прокладку.
Dy 40 -
Dy 65 -
Определим допускаемую нагрузку на один болт:
Dy 40 -
Dy 65 -
Число шпилек принимаем согласно ГОСТ 12815-80:
Dy 40 - 4шт
Dy 65 - 4шт
Толщину плоского приварного фланца принимаем согласно ГОСТ 12820-80:
Dy 40 - 17мм
Dy 65 - 13мм
6.Расчет опор аппарата:
Горизонтальные аппараты устанавливаются на 2 седловые опоры:
Площадь опорной плиты должна удовлетворять условию:
Выбираем бетон марки 300:
Расчетная толщина опорной плиты:
Принимаем толщину опорной плиты: Sпф=10мм
7.Расчет на устойчивость:
Критическая длина тонкостенной оболочки:
Критическое давление:
8.Расчет тепловой изоляции:
Определяем среднюю температуру изоляции:
Принимаем температуру снаружи аппарата tн = 45 0С.
Температура стенки берем из теплового расчета tст = 102,44 0С.
Тогда = = 73,72 0С.
Теплопроводность при заданной средней температуре.
.
Толщина слоя изоляции.
,
где= 11,9 Вт/(м2*К) - коэффициент теплоотдачи изоляции.