Тепловой расчет кожухотрубного теплообменника

кожухотрубный водоподогреватель турбулизатор 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, следовательно, и интенсивности теплообмена теплоносителей. Горизонтальные секционные скоростные водоподогреватели по ГОСТ 27 590 с трубной системой из прямых гладких или профилированных труб отличаются тем, что для устранения прогиба трубок устанавливаются двухсекторные опорные перегородки, представляющие собой часть трубной решетки.

Рис. 1. Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного водоподогревателя с опорами-турбулизаторами

Такая конструкция опорных перегородок облегчает установку трубок и их замену в условиях эксплуатации, так как отверстия опорных перегородок расположены соосно с отверстиями трубных решеток.

Водоподогреватели состоят из секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками — по межтрубному. Патрубки могут быть разъемными на фланцах или неразъемными сварными. В зависимости от конструкции водоподогреватели для систем горячего водоснабжения имеют следующие условные обозначения: для разъемной конструкции с гладкими трубками — РГ, с профилированными — РП; для сварной конструкции — соответственно СГ, СП.

1). Максимальный расход греющей воды, проходящей по межтрубному пространству теплообменника, можно определить из уравнения:

Тогда расход.

и .

Тепловые потери из-за несовершенства теплоизоляции для водоподогревателей по ГОСТ 27 590 принимаются от 5 до 9%. При расчете примем потери 7%, тогда. Теплоемкость греющей воды при ср. температуре принимается равной и плотность (Авчухов В. В. Задачник по процессам тепломассообмена — таблица № 3 «Физические свойства воды на линии насыщения», стр. 103−104).

.

2). Для определения расхода нагреваемой воды задаемся конечной температурой, теплоемкость воды при ср. температуре принимается равной и плотность (Авчухов В. В. Задачник по процессам тепломассообмена — таблица № 3 «Физические свойства воды на линии насыщения», стр. 103−104).

3). Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках, равной, и исходя из двухпоточной компоновки определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя, кв. м, по формуле:

В соответствии с полученной величиной по табл. 1 прил.7 СП 41−101−95 выбираем необходимый типоразмер водоподогревателя.

Таблица 1.

4). Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам:

5). Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле.

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м, принимается по таблице параметров теплообменника.

6). Коэффициент теплопередачи от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле.

7). Коэффициент теплопередачи водоподогревателя определяем, как:

где — коэффициент эффективности теплообмена, в нашем случае для гладкотрубного теплообменника с блоком опорных перегородок принимается ;

— коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимаем .

8). При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя определяется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя по формуле:

Рис 2. График изменения температур теплоносителей

где — среднелогарифмический температурный напор, определяемый, как:

В нашем случае, поэтому и (см. рис 2).

Подставив числовые данные, получаем:

Тогда поверхность нагрева будет равна.

9). Для выбранного типа водоподогревателя при его двухпоточной компоновке число секций водоподогревателя в одном потоке:

Площадь одной секции принимается из таблицы № 1.

Действительная площадь теплообмена будет равна.

.

10). Потери давления в водоподогревателе при принятой длине секции 2 м определяем по формулам:

для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:

где — коэффициент, учитывающий накипеобразование (принимается в пределах от 2 до 3);

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:

Для теплообменника полученной конфигурации коэффициент В=11 (по таблице № 3 из прил.7 СП 41−101−95).

Рис. 3. Конструктивные размеры водоподогревателя: 1 — секция; 2 — калач; 3 — переход; 4 — блок опорных перегородок; 5 — трубки; 6 — перегородка опорная; 7 — кольцо; 8 — пруток

Все конструктивные размеры (см. рис. 3) полученного теплообменного аппарата занесем в таблицу № 2 (все размеры приведены в мм):

Таблица 2.