Компоновка межтрубного пространства.

Завершив компоновку трубного пучка, выбираем конструкцию и находим размеры межтрубного пространства теплообменника (м²) при продольном обтекании пучка труб рас­положенных в цилиндрическом корпусе при отсутствии поперечных перегородок:

Действительная скорость греющего теплоносителя (пара), м/с, в межтрубном про­странстве:

Если действительная скорость пара в межтрубном пространстве получится больше ре­комендуемого значения скорости ( 25-30 м/с), то это может привести к повышенному эро­зийному износу труб. Уменьшения скорости пара в таком случае, как правило, добиваются увеличением шага между трубами - t.

Если действительная скорость пара в межтрубном пространстве будет равна рекомен­дуемой скорости, то необходимости в установке перегородок, изменяющих площадь меж­трубного пространства нет.

Если действительная скорость пара в межтрубном пространстве подогревателя полу­чится меньше рекомендуемой скорости, то принимается решение о необходимости уста­новки в межтрубном пространстве теплообменника перегородок, уменьшающих площадь межтрубного пространства, вследствие чего, действительную скорость пара можно поднять до рекомендуемых значений, обеспечив тем самым высокую эффективность теплообмена.

Так как действительная скорость меньше рекомендуемой, необходимо установить в межтрубном пространстве теплообменника поперечные перегородки.

Примем рекомендуемую скорость греющего теплоносителя (пара) .

Площадь межтрубного пространства с учетом установки перегородок, м , будет определяться:

Принимаем перегородки поперечного расположения, кольцевого типа.

Размеры колец и дисков выбираются из расчета получения одинаковой скорости в трех сечениях: внутри кольца ( ), между кольцом и диском при поперечном обтекании труб ( ) и в кольцевом зазоре между корпусом и диском ( ). Диаметр дисков дол­жен быть такой, чтобы в нем помещался весь пучок труб. Наружный диаметр колец больше диаметра диска

Рисунок 2.15 – Поперечные перегородки кольцевого типа

Чтобы предотвратить пульсацию скорости пара в межтрубном пространстве, а, следо­вательно, и вибрацию трубного пучка, необходимо чтобы выполнялось следующее условие:

Диаметр кольца поперечной перегородки, , определяется через площадь проход­ного сечения внутри кольца, через которое проходит пучок труб с ромбической компонов­кой:

где – коэффициент заполнения решетки трубами: для одноходового пучка – 0,8÷1,0; для двух ходового пучка – 0,7÷0,85; для четырех ходового пучка – 0,6÷0,8.

Принимаем и из формулы (12) выражая получаем:

Диаметр диска, м, определяется через площадь кольцевого зазора между корпусом и диском:

Выражая из формулы (13) получаем:

Расстояние между поперечными перегородками кольцевого типа h, м, определяется через проходное сечение в вертикальном цилиндре среднего диаметра при степени заполнения его окружности трубами .

Выражая из (14) h получаем:

Если расстояние между перегородками h получается меньше 80 мм, следует принять меньшее значение скорости теплоносителя.

Определение значений коэффициентов теплопередачи.

Определение значений коэффициентов теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю.

Значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю , для всех условных зон теплообмена (ОП, СП и ОД) определяется через крите­рий Нуссельта:

где – внутренний диаметр труб, м; – коэффициент теплопроводности нагреваемой среды (воды), Вт/(м∙К), принимается по давлению и средней температуре нагреваемой среды; – критерий Нуссельта. При теплообмене с однофазной средой при течении внутри труб и в каналах произвольной формы поперечного сечения – и турбулентном режиме критерий Нуссельта определяется по формуле:

где – число Рейнольдса, определяет режим движения теплоносителя; – коэффициент кинематической вязкости, м²/с; – число Прандтля при средней температуре нагреваемой среды ; – коэффициент температуропроводности, м²/с. Все теплофизические характеристики нагреваемой среды принимаются по средней температуре воды , ⁰С.

Зона СП.

Средняя температура нагреваемой среды, определенная по формуле (7):

Определим теплофизические характеристики нагреваемой среды:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

Зона ОД.

Средняя температура нагреваемой среды, определенная по формуле (9): Определим теплофизические характеристики нагреваемой среды:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

Определение значений коэффициентов теплоотдачи от греющей среды к стенки труб.

Определение значения коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб , в условной зоне охлаждения конденсата пара (ОД) осуществляется через критерий Нуссельта:

где – наружный диаметр труб, м; – коэффициент теплопроводности нагреваемой среды (воды), Вт/(м∙К), принимается по давлению и средней температуре нагреваемой среды; – критерий Нуссельта, который определяется по формуле:

где – длина труб одного хода теплообменника, определенная ранее, м; – число Рейнольдса; – коэффициент кинематической вязкости, м²/с; – число Прандтля при средней температуре нагреваемой среды ; – коэффициент температуропроводности, м²/с. Все теплофизические характеристики нагреваемой среды принимаются по средней температуре воды , ⁰С. Коэффициенты k=0,35 и m=0,6 принимаются при расчете зоны ОД.

Зона ОД.

Средняя температура нагреваемой среды, определенная по формуле (8): – скорость дренажа пара, определенная ранее. Определим теплофизические характеристики нагреваемой среды:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи в зоне ОД:

Зона СП.

В зоне собственного подогрева (СП) при пленочной конденсации насыщенного пара и ламинарном течении пленки конденсата на вертикальных трубах и стенах без учета влияния скорости пара на теплообмен коэффициент теплоотдачи определяется по выражению:

где – эмпирический коэффициент теплообмена; – температурный напор в зоне СП. – температура насыщения пара, ⁰С; – рабочая длина одного хода подогревателя.

Коэффициент теплоотдачи в зоне СП:

Определение значений коэффициентов теплопередачи и расчетной поверхности теплообмена.

Полученные значения коэффициентов теплоотдачи для каждой условной зоны тепло­обмена позволяют оценить для каждой зоны коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплопроводности материала изготовления труб для латуни ; и – наружный и внутренний диаметры труб; – средний диаметр труб;

Коэффициент теплопередачи для зоны СП:

Коэффициент теплопередачи для зоны ОД:

По найденному значению коэффициента теплопередачи выполняется уточнение зна­чения площади поверхности теплообмена проектируемого подогревателя с учетом его теп­ловой нагрузки и показателей эффективности теплообмена.

Расчетная поверхность теплообмена зоны СП:

Расчетная поверхность теплообмена зоны СП:

Общая расчетная поверхность теплообменного аппарата:

По величине уточненной площади поверхности теплообмена выполняется определе­ние расчетной погрешности для каждой учитываемой зоны теплообмена. Если расчетная погрешность будет меньше заданной погрешности то конструирова­ние теплообменного аппарата считается законченным. В противном случае необходимо вы­полнить заново конструкторский расчет теплообменника, начиная с определения общей длины труб теплообменного аппарата при условии, что суммарная эскизная площадь будет заменена на суммарную расчетную и так до тех пор, пока .

Расчетная погрешность поверхности теплообмена: