WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 11 |

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС 1 п =, в =, (4.12) п в ср ср п = f Pп,tп, в = f Pв,tв, (4.13) ( ) ( ) ср ср где tп, tв – средние температуры соответственно греющей (пара) и нагреваемой (воды) сред, °С.

Если принять неизменными теплоемкости теплоносителей, то их среднюю температуру, °С, можно определить по формулам [4, 5] при противотоке tt2 -tср - t( ) tср tп = ; (4.14) t-ttt2 - t1 +tср tср tв = ; (4.15) t-t при прямотоке tt2 +tср + t( ) tср tп = ; (4.16) t+ttt2 + t1 -tср tср tв =. (4.17) t+t где t1 = t1 - t1, t2 = t2 - t2.

Достаточно, однако, определить среднюю температуру одного теплоносителя, так как среднюю температуру другого легко можно найти из равенства, °С ср ср tп - tв =tср. (4.18) В практических расчетах среднюю температуру теплоносителя часто определяют как среднеарифметическую начального и конечного значений.

Такое упрощение ведет к нарушению соотношения (4.18), что затрудняет правильное определение температуры стенки. Если считать, однако, что в большинстве случаев коэффициент теплопередачи k сравнительно мало изменяются с температурой, неточность в определении средней температуры © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС теплоносителя влияет на результат расчета незначительно. Поэтому при противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя – по формуле 4.18.

Скорость теплоносителей, м/с, лимитируется оптимальным гидравлическим сопротивлением аппарата, а также эрозией материала труб в результате воздействия потока. Предварительное, ориентировочное значение скорости может быть найдено по формулам для греющей среды (пара) п = 80 п, (4.19) для нагреваемой среды (воды) в = 30 в. (4.20) При конструктивном расчете теплообменного аппарата, как правило, предварительно из стандартного ряда выбирают диаметр труб трубного пучка. Рекомендовано принимать трубы с наружным диаметром dн следующих размеров [11]: 171, 222, 252, 322,5, 382,5, 44,53, 513,5, 573,5 мм.

В промышленных теплообменниках редко применяют трубы наружным диаметром менее 17 мм. Чаще всего устанавливают трубы наружным диаметром 22, 25, 32 и 38 мм (последние два размера относятся к стальным трубам).

Для загрязненных жидкостей применяют трубы наружным диаметром 44,5, 51 и 57 мм.

После чего, при найденной скорости движения воды в, м/с, и известных средних параметрах ее в подогревателе, определяют число труб в его одном ходе:

4Gв n =, (4.21) dвнв в где dвн = dн - 2ст – внутренний диаметр трубок теплообменника, м; ст – толщина стенки труб, м.

Общая длина труб теплообменного аппарата, м, определяется по следующему выражению:

n i F эск i= l =. (4.22) dвнn Если общая длина труб теплообменного аппарата получается больше 7–9 м, то теплообменник выполняют многоходовым. При этом задаются величиной числа ходов z из четного ряда 2, 4, 6, 8, 10 или 12 так, чтобы рабо© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС чая длина одного хода подогревателя l = l z из соображений компактности и технологичности находилась в пределах от 2 до 9 м. В многоходовых аппаратах число ходов z принято выбирать четным, чтобы входной и выходной патрубки находились в одной крышке аппарата.

Если по расчету рабочая длина труб даже при большем числе ходов (6–8) получается неконструктивно велика, задаются меньшей скоростью теплоносителя или меньшим диаметром труб, либо принимают меньшими обе величины.

С учетом предварительно выбранного числа ходов общее количество труб в теплообменном аппарате определяется как N = n z. (4.23) 4.7. Компоновка трубного пучка Проведение предварительных расчетов позволяет приступить к проектированию теплообменника. Для аппаратов с трубными досками в первую очередь решают вопрос о размещении N труб в подогревателе. Размещение труб на трубной решетке производится либо по вершинам равносторонних треугольников (ромбический пучок), либо по концентрическим окружностям (рис. 4.5). Ромбическая разбивка осуществляется по периметрам правильных шестиугольников. Шаг между центрами труб t определяется из соотношения t = (1,25–1,35) dн. Для многоходовых аппаратов планируют также участки под перегородки в трубных решетках и крышках аппаратов.

При размещении труб по периметру правильных шестиугольников число шестиугольников ( m ) можно определить по выражению [4, 5] 12N - 3 - m =. (4.24) При числе окружностей ( m ) можно разместить N труб:

N = 1+ 3m + 3m2. (4.25) Если N N, то выбирается способ расположения труб на трубной доске по концентрическим окружностям. В противном случае, если N > N выбирается ромбическая схема расположения труб на трубной доске (по шестиугольникам).

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС Рис. 4.5. Схемы разбивки трубной решетки по шестиугольникам (а) и по концентрическим окружностям (б); мостик между трубами (в) При m > 6 сегменты между краем трубной решетки и сторонами наружного шестиугольника желательно заполнять трубами.

Размещение труб по концентрическим окружностям производится так, чтобы был выдержан радиальный шаг (t ), т. е. расстояние между окружностями, и примерно такой же шаг между трубами по окружности. Число труб по окружности с шагом (t ) будет примерно равным:

ni = 2i, (4.26) где i – номер окружности.

Расчетный внутренний диаметр теплообменника, м, определяется по формуле Dвн = D + dн + 2x, (4.27) где D = 2mt – диаметр наибольшей окружности при кольцевой разбивке трубных досок или наибольшая диагональ шестиугольника при ромбической разбивке, м; x – кольцевой зазор между крайними трубами и корпусом, принимается в расчетах 6–10 мм. Для аппаратов с приварными и зажатыми между фланцами с трубными досками кольцевой зазор x принимается минимальным, но не менее 6 мм. В аппаратах с плавающей камерой зазор определяется конструкцией и формой фланца плавающей камеры, аппаратах с поперечными перегородками в межтрубном пространстве из условия оптимальной скорости протекания теплоносителя через него.

Найденное значение внутреннего диаметра корпуса Dвн принимается равным значению ближайшего диаметра (в большую сторону) из стандартного сортамента (ряда) труб (по ГОСТ 9617–79, см. стр. 20) и после чего выполняется проверка правильности выбора числа ходов z теплообменника [11]. За окончательное значение числа ходов подогревателя принимается та© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС кое значение z при котором выполняются следующие соотношения: l Dвн = 2–4 и l = l z = 2–9 м. В случае, если хотя бы одно из соотношений не выполняется необходимо задать новое значение числа ходов z и повторить расчет начиная с формулы (4.23). Если значение l Dвн < 2, то необходимо умень z шить число ходов z, если l Dвн > 4 – то следует увеличить.

После выбора способа расположения труб на трубной доске принимается решение по способу их закрепления (см. рис. 4.6). Выбор способа крепления труб осуществляется исходя из следующих соображений.

Наиболее распространенным способом закрепления труб 2 в отверстиях трубных решеток 1 является вальцовка – прочноплотное соединение, образующееся в результате деформации трубы в радиальном направлении под действием силы, создаваемой вальцовочным инструментом. Для обеспечения осевой прочности пучка в отверстиях трубных решеток 1 выполняют как минимум две кольцевые расширительные канавки 3 шириной 2–3,5 мм и глубиной 0,4–1 мм (рис. 4.6, а). При конической развальцовке входного участка труб 2 снижается коэффициент местного сопротивления, а следовательно, вероятность эрозии на этом участке ввиду предотвращения отрыва потока на входной кромке (рис. 4.6, б).

Передовой технологией закрепления труб является их взрывное вальцевание, при котором взрывной заряд подрывается внутри трубы в толще трубной решетки (рис. 4.6, г). С помощью детонатора заряд подрывается, энергия взрыва затрачивается на деформацию трубы в радиальном направлении, в результате чего даже толстостенные трубы образуют с трубной решеткой весьма прочное соединение, которое трудно получить обычной вальцовкой. При этом требование к геометрии трубы и отверстия существенно снижаются, что позволяет использовать способ взрывного вальцевания при ремонте труб.

Если трубы подвержены вибрации, циклическому нагреву, большим перепадам давления или на концах труб может возникнуть тепловой удар, то концы труб следует приваривать к трубной решетке. Шов 4 может быть утопленным, валиком и валиком с канавкой (рис. 4.6, д), канавкой (применяется при тонких трубных решетках), а также зубчатым (рис. 4.6, е). Сваривать лучше толстостенные трубы или трубы аппаратов, работающих в напряженных условиях. В этих случаях рекомендуются сварка взрывом. Этот способ закрепления труб отличается от взрывной вальцовки мощностью заряда, требует конической раззенковки отверстия трубной решетки с наружной стороны и большой высоты выступающей части трубы над трубной решеткой. Хотя соединение получается исключительно прочное, в зазоре труба – коническое отверстие возможно возникновение щелевой коррозии.

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС а б в е д г з ж и Рис. 4.6. Способы закрепления концов труб в трубной решетке: а – вальцовка при использовании двух кольцевых расширительных канавок в трубной решетке; б – коническая развальцовка входного участка; в – взрывом; г – сварка со швом и валиком с канавкой; д – сварка со швом канавкой; е – сварка с зубчатым швом; ж – автоматическая сварка плотным швом без раззенковки отверстий; з – автоматическая сварка с конической раззенковкой в трубной решетке с наружной стороны; и – автоматическая сварка с плавно очерченным входным участком Сварной шов любого типа постоянно находится под эрозионнокоррозионным воздействием, поэтому в процессе длительной эксплуатации может произойти разуплотнение труб. В связи с этим на отечественных предприятиях освоен способ вальцовки с автоматической приваркой концов труб к трубным решеткам плотным швом 5 (рис. 4.6, ж, з, и). Развальцовочные канавки при этом не выполняются, а соединение характеризуется высокой прочностью.

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС Далее вычерчивается эскиз теплообменника. По эскизу трубной доски с нанесенной разбивкой труб и свободными (без отверстий) участками под перегородками уточняют число труб в каждом ходу, стремясь достичь их приблизительного равенства. Существует несколько способов распределения труб по ходам в многоходовом теплообменнике. В крышках двух- и четырехходовых теплообменников ходы могут разделяться параллельными перегородками (рис. 4.7, а, б).

а б в г Рис. 4.7. Варианты установки перегородок в крышке: а – четыре хода с параллельными перегородками; б – шестиходовой с разбивкой по секторам; в – восьмиходовой; г – двенадцатиходовой (сплошными линиями показаны перегородки в верхней крышке, пунктирными – в задней крышке) Определяется тип крышки аппарата. Крышки теплообменных аппаратов могут быть различных форм. На рис. 4.8 представлены основные разновидности крышек теплообменников.

Крышка с патрубком, ось которого перпендикулярна плоскости разъема (рис. 4.8, а), неудобна тем, что снятие ее с корпуса связано с демонтажем трубопровода. При снятии крышки с боковым патрубком (рис. 4.8, б) требуется только отсоединение трубопровода. Съёмное днище крышки (рис. 4.8, в) допускает ревизию теплообменника без отсоединения трубопровода. Однако дополнительное фланцевое соединение усложняет конструкцию. Если выполнить крышку с одним соединением выше патрубков (рис. 4.8, г), то можно ограничится одним разъемом, но это менее удобно при смене и развальцовке труб.

а б в г Рис. 4.8. Типы крышек теплообменных аппаратов © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС По выбранным скоростям теплоносителей, определяют проходные сечения патрубков. Размеры их следует согласовать с размерами подводимых к аппарату патрубков. Диаметр патрубка (м) для подвода греющей среды (пара) определяется по выражению:

Dп Dпатр = 1,13, (4.28) пп где Dп – расход греющего пара, кг/с; п – плотность пара, кг/м3; п – скорость пара, м/с, рассчитывается по формуле (4.19).

Диаметр патрубка для отвода конденсата греющего пара (м) с учетом подачи расхода конденсата Dк, кг/с, с вышестоящего подогревателя Dп + Dк Dпатр = 1,13, (4.29) дд где д = f Pп,tд – плотность конденсата греющего пара, кг/м3, определяе( ) мый по параметрам конденсата пара на выходе из подогревателя;

д = 30 д – скорость конденсата пара, где д = f Pп,tд – удельный объем ( ) конденсата пара на выходе из подогревателя.

Диаметры патрубков подвода и отвода нагреваемой среды принимаются одинаковыми и рассчитываются по формуле Gв Dпатр = 1,13, (4.30) вв ср где в = f Pв,tв – плотность нагреваемой среды, кг/м3, определяемая по ( ) ср давлению Pв и средней температуре tв нагреваемой среды. При этом расчет средней температуры выполняется по формулам (4.15, 4.17 или 4.18).

4.8. Компоновка межтрубного пространства Завершив компоновку трубного пучка, выбирают конструкцию и находят размеры межтрубного пространства теплообменника (м2) при продольном обтекании пучка труб расположенных в цилиндрическом корпусе при отсутствии поперечных перегородок [4, 5] Sмтр = (Dвн - Ndн ), (4.31) где Dвн – внутренний диаметр корпуса теплообменника, м, определяется по © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС формуле (4.27); N – общее количество труб в теплообменном аппарате, шт, определяется по формуле (4.23); dн – наружный диаметр труб, м.

Действительная скорость греющего теплоносителя (пара), м/с, в межтрубном пространстве определяется по выражению Vп д п =, (4.32) Sмтр где Vп – объемный секундный расход греющей среды, м3/с, определяемый по формуле (4.10).

д Если действительная скорость пара в межтрубном пространстве п порек лучится больше рекомендуемого значения скорости (п = 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 д рек равна рекомендуемой скорости (п = п ), то необходимости в установке перегородок, изменяющих площадь межтрубного пространства нет.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 11 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.