Механический расчёт теплообменника

3.1 Выбор конструкционных материалов

Для изготовления кожуха, распределительной камеры, крышек, крышек теплообменника приняли конструкционный материал, согласно ГОСТ 14637-79

Для изготовления трубной решётки теплообменника приняли конструкционный материал согласно ГОСТ 8733-74.

Маркируем теплообменник:

800 ТНГ – 0,6 – 0,4 – М - 2

25 Г -6

3.2 Механические свойства сталей

Согласно [6, с.39, 57, 66] составим таблицу 7.

Таблица 7 – Механические свойства сталей

Материал	Технические требования	_в		_m
B Cm 3 Сп 5	ГОСТ 380 - 71	380	26	250
Сm 20	ГОСТ 8731 - 74	420	21	250

3.3 Определение допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение для рабочих условий , МПа. для стали B Cm 3 Сп 5 определим по таблице:

Таблица 8 - Допускаемые напряжения для сталей

Расчетная температура, °С	Допускаемое напряжение σ^* МПа, для сталей
Расчетная температура, °С	ВСт3	20, 20К	09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1	10Г2	12ХМ	12ХМ	15Х5М	15Х5М-У	15Х5М-У	08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т	03Х21Н21 М4ГБ	03Х18Н11	03Х16Н15 МЗ	06ХН28М ДТ, 03ХН28МДТ
20	140	147	183	180	147	147	155	146	240	240	180	160	153	147
100	134	142	160	160	-	-	-	141	235	207	173	133	140	138
150	131	139	154	154	-	-	-	138	230	200	171	125	130	130
200	126	136	148	148	145	145	152	134	225	193	171	120	120	124
250	120	132	145	145	145	145	152	127	220	173	167	115	113	117
300	108	119	134	134	141	141	147	120	210	167	149	112	103	110
350	98	106	123	123	137	137	142	114	200	-	143	108	101	107
375	93	98	116	108	135	135	140	110	180	-	141	107	90	105

Продолжение таблицы 8

Расчетная температура, °С	ВСт3	20, 20К	09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1	10Г2	12ХМ	12ХМ	15Х5М	15Х5М-У	15Х5М-У	08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т	03Х21Н21 М4ГБ	03Х18Н11	03Х16Н15 МЗ	06ХН28М ДТ, 03ХН28МДТ
400	85	92	105	92	132	132	137	105	170	-	140	107	87	103
410	81	86	104	86	130	130	136	103	160	-	-	107	83	-
420	75	80	92	80	129	129	135	101	155	-	-	107	82	-
430	70	75	86	75	127	127	134	99	140	-	-	107	81	-
440	-	67	78	67	126	126	132	96	135	-	-	107	81	-
450	-	61	71	61	124	124	131	94	130	-	-	107	80	-
460	-	55	64	55	122	122	127	91	126	-	-	-	-	-
470	-	49	56	49	117	117	122	89	122	-	-	-	-	-
480	-	44	53	44	114	114	117	86	118	-	-	-	-	-
490	-	-	-	-	105	105	107	83	114	-	-	-	-	-
500	-	-	-	-	96	96	99	79	108	-	-	-	-	-
520	-	-	-	-	69	69	74	66	85	-	-	-	-	-
540	-	-	-	-	50	47	57	54	58	-	-	-	-	-
560	-	-	-	-	33	-	41	40	45	-	-	-	-	-

^* (22)

где n – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

^* - нормативно допускаемое напряжение, МПа

Допускаемое напряжение из условия испытания , МПа определим по формуле

(23)

где _m₂₀ - минимальное значение предела текучести при температуре 20 ⁰С, МПа.

Таблица 9 – Предел текущей стали

Температура t, ⁰С	Марка стали				Температура t, ⁰С	Марка стали
Температура t, ⁰С	ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС	Температура t, ⁰С	ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
20	210	195	220	280	350	147	132	159	185
100	201	188	213	240	375	140	123	147	174
150	197	183	209	231	400	-	-	-	158
200	189	177	204	222	410	-	-	-	156
250	180	168	198	218	420	-	-	-	138
300	162	150	179	201

3.4 Определение пробного давления испытания согласно [2, с.9]

(24)

где P_p - расчётное давление, МПа

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

(25)

где С_э - прибавка для компенсации эрозии;

П - проницаемость среды в материале ( скорость коррозии)

- срок службы аппарата.

3.6 Расчёт на прочность цилиндрической обечайки

Расчётная толщина стенки цилиндрической части корпуса, определяется по формуле:

(26)

где P_p - расчётное давление, МПа;

P_и - пробное давление, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва;

- допускаемое напряжение при рабочих условиях, МПа;

- допускаемое напряжение из условия испытания, МПа.

Коэффициент прочности сварного шва принимали по таблице 10.

Таблица 10 - Коэффициент прочности сварных швов (φ)

Вид сварного шва	φ
Вид сварного шва	при контроле 100% длины шва	при контроле от 10 до 50% длины шва
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой	1,0	0,9
Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный вручную	1,0	0,9
Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в про0цессе сварке металлическую подкладку со стороны корня шва	0,9	0,8
Тавровый, с конструктивны зазором свариваемых деталей	0,8	0,65
Стыковой, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны, с флюсовой или керамической подкладкой	0,9	0,8
Стыковой, выполненный вручную с одной стороны	0,9	0,65

Исполнительная толщина стенки S, м определяется по формуле:

S=S_p+C+C₀ (27)

где S_p - расчётная толщина стенки

C - прибавка к расчётной толщине стенки. М;

C₀ - прибавка на округление размера до стандартного размера, м

По рекомендациям ОСТ 26-91 и по соображениям жёсткости конструкции принимаем S = 6мм

3.7 Определение толщины крышки

Расчётная толщина крышки S_пр определяется по формуле:

(28)

где к – коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки.

3.8 Определение толщины трубной решётки.

Толщина трубной решётки S ,м, определяется исходя из условия закрепления труб сваркой по формуле:

(29)

где d_н - наружный диаметр трубок, м;

t - шаг трубок, м

3.9 Выбор фланцевого соединения

Согласно [ 2, с.91] приняли плоские приварные фланцы типа выступ-впадина. Материал BCm 3 Сп 3

3.10 Расчёт температурных напряжений в трубах и корпусе

Расчёт ведём по формуле

(30)

где - коэффициент линейного расширения материала и труб соответственно

t_к,t_т - средняя температура корпуса и труб;

Е_к,Е_т - модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

F_т,F_к - площадь сечения труб и корпуса соответственно.

F_т=n· ·(d_н²-d_вн²) (31)

где n- общее число труб;

d_н- наружный диаметр труб, м;

d_вн- внутренний диаметр труб, м

Площадь сечения корпуса

F_к = (Д_н²-Д_вн²) (32)

где Д_н - наружный диаметр аппарата, м;

Д_вн - внутренний диаметр аппарата, м.

Примеры технологического, гидравлического и механического расчетов теплообменных аппаратов приведены в [8].

Варианты контрольных заданий

Рассчитать и пообобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата при следующих данных:

Рабочая среда	Назначение аппарата	Параметры рабочей среды
		Массовый расход G, кг/ч	температура, ⁰С		абсолютное давление Pх10^-5, Па	допускаемые потери давления Pх10^-5, Па
		Массовый расход G, кг/ч	начальная	конечная	абсолютное давление Pх10^-5, Па	допускаемые потери давления Pх10^-5, Па
Спирт этиловый	холодильник	22000	90	40	1,5	0,20
Бензол		30000	100	30	2,0	0,13
Толуол		16000	110	25	1,3	0,12
Этилацетат		18000	77	30	10,0	0,15
Азот		26000	150	20	2,0	0,3
Хлорбензол		12000	130	30	1,5	0,15
Кислота уксусная (50%)		24000	90	40	1,0	0,11
Воздух	нагреватель	12000	20	110	2,5	0,19
Хлорбензол		20000	30	100	1,3	0,20
Четырёххлористый углерод		14000	25	90	2,0	0,13
Спирт метиловый		22000	35	100	3,0	0,25
Азот		7000	30	130	2,0	0,30
Толуол		16000	25	95	1,3	0,12
Спирт этиловый		26000	40	90	1,5	0,20
Бензол		10000	40	70	1,0	0,14
Бензол	конденсатор	9500	-	-	2,5	0,16
Толуол		12000	-	-	1,3	0,23
Уксусная кислота (50%)		2000	-	-	1,5	0,16
Спирт бутиловый		5500	-	-	1,0	0,11
Толуол		10000	-	-	1,5	0,20
Спирт метиловый		18000	-	-	1,5	0,12
хлорбензол		3500	-	-	1,2	0,14
Спирт этиловый		8000	-	-	1,5	0,18
Четырёххлористый углерод		21000	-	-	2,0	0,16
Бензол	испаритель	18000	40	-	1,4	-
Толуол		32000	30	-	1,2	-
Спирт этиловый		24000	25	-	1,0	-
Спирт бутиловый		48000	20	-	1,1	-
Четырёххлористый углерод		21000	28	-	1,2	-
Уксусная кислота (50%)		20000	35	-	1,3	-

Литература

1 Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. – 496 с.

2 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

3 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

4 Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. Т.2. – Калуга: Изд. Н.Бочкаревой, 2002. – 1028 с.

5 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., Химия, 1974. – 344 с.

6 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с.

7 Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование МАХП.- Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.

8 Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): учебное пособие. – М.: Альфа-М, 2008. – 720 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица I – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

Пересчет в СИ: 1 кгс/см²= 9,81^.10⁴ Па.

Давление (абсолютное) Р, кгс/см²	Температура t, ^оС	Удельный объем g, м³/кг	Плотность r, кг/м³	Удельная энтальпия жидкости i^/, кДж/кг	Удельная энтальпия пара i^//, кДж/кг	Удельная теплота парообразования r, кДж/кг
1	2	3	4	5	6	7
0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 11	6,6 12,7 17,1 20,7 23,7 28,6 32,5 35,8 41,1 45,4 49,0 53,6 59,7 68,7 75,4 80,9 85,5 89,3 93,0 96,2 99,1 104,2 108,7 112,7 116,3 119,6 132,9 142,9 151,1 158,1 164,2 169,6 174,5 179,0 183,2	131,60 89,64 68,27 55,28 46,53 35,46 28,73 24,19 18,45 14,96 12,60 10,22 7,977 5,331 4,072 3,304 2,785 2,411 2,128 1,906 1,727 1,457 1,261 1,113 0,997 0,903 0,6180 0,4718 0,3825 0,3222 0,2785 0,2454 0,2195 0,1985 0,1813	0,00760 0,01116 0,01465 0,01809 0,02149 0,02820 0,03481 0,04133 0,05420 0,06686 0,07937 0,09789 0,1283 0,1876 0,2456 0,3027 0,3590 0,4147 0,4699 0,5246 0,5790 0,6865 0,7931 0,898 1,003 1,107 1,618 2,120 2,614 3,104 3,591 4,075 4,536 5,037 5,516	27,7 53,2 71,6 86,7 99,3 119,8 136,2 150,0 172,2 190,2 205,3 224,6 250,1 287,9 315,9 339,0 358,2 375,0 389,7 403,1 415,2 437,0 456,3 473,1 483,6 502,4 558,9 601,1 637,7 667,9 694,3 718,4 740,0 759,6 778,1	2506 2518 2526 2533 2539 2548 2556 2562 2573 2581 2588 2596 2607 2620 2632 2642 2650 2657 2663 2668 2677 2686 2693 2703 2709 2710 2730 2744 2754 2768 2769 2776 2780 2784 2787	2478 2465 2455 2447 2440 2429 2420 2413 2400 2390 2382 2372 2358 2336 2320 2307 2296 2286 2278 2270 2264 2249 2237 2227 2217 2208 2171 2141 2117 2095 2075 2057 2040 2024 2009

Продолжение таблицы I

1	2	3	4	5	6	7
12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 225	187,1 190,7 194,1 197,4 200,4 203,4 206,2 208,8 211,4 232,8 249,2 262,7 274,3 284,5 293,6 301,9 309,5 323,1 335,0 345,7 355,4 364,2 374,0	0,1668 0,1545 0,1438 0,1346 0,1264 0,1192 0,1128 0,1070 0,1017 0,06802 0,05069 0,04007 0,03289 0,02769 0,02374 0,02064 0,01815 0,01437 0,01164 0,00956 0,00782 0,00614 0,00310	5,996 6,474 6,952 7,431 7,909 8,389 8,868 9,349 9,83 14,70 19,73 24,96 30,41 36,12 42,13 48,45 55,11 69,60 85,91 104,6 128,0 162,9 322,6	795,3 811,2 826,7 840,9 854,8 867,7 880,3 892,5 904,2 1002 1079 1143 1199 1249 1294 1337 1377 1455 1531 1606 1684 1783 2100	2790 2793 2795 2796 2798 2799 2800 2801 2802 2801 2793 2780 2763 2746 2726 2705 2684 2638 2592 2540 2483 2400 2100	1995 1984 1968 1956 1943 1931 1920 1909 1898 1800 1715 1637 1565 1497 1432 1369 1306 1183 1061 934 799 617 0

Таблица II – Физические свойства воды (на линии насыщения)

Пересчет в СИ: 1 кгс/см²=9,81^.10⁴ Па.

Давление Р, кгс/см²	Температура t, ^оС	Плотность r, кг/м³	Удельная энтальпия i, кДж/кг	Удельная теплоемкость с, кДж/(кг^.К)	Коэффициент теплопроводности l^.10², Вт/м^.К	Коэффициент температуропроводности а^.10⁷, м²/с	Коэффициент динамической вязкости m^.10⁶, Па^.с	Коэффициент кинематической вязкости n^.10⁶, м²/с	Коэффициент объемного расширения b^.10⁴, К^-1	Коэффициент поверхностного натяжения s^.10⁴, кг/с²	Критерий Прандтля Pr
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,03 1,46 2,02 2,75 3,68 4,85 6,30 8,08 10,23	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	1000 1000 998 996 992 988 983 978 972 965 958 951 943 935 926 917 907 897 887	0 41,9 83,8 126 168 210 251 293 335 377 419 461 503 545 587 629 671 713 755	4,23 4,19 4,19 4,18 4,18 4,18 4,18 4,19 4,19 4,19 4,23 4,23 4,23 4,27 4,27 4,32 4,36 4,40 4,44	55,1 57,5 59,9 61,8 63,4 64,8 65,9 66,8 67,5 68,0 68,3 68,5 68,6 68,6 68,5 68,4 68,3 67,9 67,5	1,31 1,37 1,43 1,49 1,53 1,57 1,61 1,63 1,66 1,68 1,69 1,69 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72	1790 1310 1000 804 657 549 470 406 355 315 282 256 231 212 196 185 174 163 153	1,79 1,31 1,01 0,81 0,66 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,268 0,244 0,226 0,212 0,202 0,191 0,181 0,173	–0,63 +0,70 1,82 3,21 3,87 4,49 5,11 5,70 6,32 6,95 7,5 8,0 8,6 9,2 9,7 10,3 10,8 11,5 12,2	756 762 727 712 697 677 662 643 626 607 589 569 549 529 507 487 466 444 424	13,70 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,58 1,43 1,32 1,23 1,17 1,10 1,05 1,01

Таблица III – Параметры кожухотрубных конденсаторов и испарителей* в соответствии с ГОСТ 15118–79, ГОСТ 15119–79 и ГОСТ 15121–79

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Площадь поверхности теплообмена (в м²)** при длине (в м)				Площадь сечения одного хода по трубам, м²
Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	2,0	3,0	4,0	6,0	Площадь сечения одного хода по трубам, м²
1	2	3	4	5	6	7	8	9
600 800 1000 1200 1400	20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2	2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4	370 334 316 257 240 206 196 690 638 618 465 442 404 384 1138 1072 1044 747 718 666 642 1658 1580 1544 1083 1048 986 958 2298 2204	– – – 40 – – – – – – 73 – – – – – – 117 – – – – – – – – – – – –	70 63 60 61 57 49 46 130 120 116 109 104 95 90 214 202 197 176 169 157 151 – – – 256 – – – – –	93 84 79 81 75 65 61 173 160 155 146 139 127 121 286 269 262 235 226 209 202 417 397 388 340 329 310 301 – –	139 126 119 – 113 97 91 260 240 233 – 208 190 181 429 404 393 – 338 314 302 625 595 582 – 494 464 451 865 831	0,037 0,016 0,009 – 0,042 0,018 0,011 0,069 0,030 0,020 – 0,077 0,030 0,022 0,114 0,051 0,034 – 0,124 0,055 0,036 0,165 0,079 0,049 – 0,179 0,084 0,052 0,230 0,110

Продолжение таблицы III

1	2	3	4	5	6	7	8	9
	25´2	6 1 2 4 6	2162 1545 1504 1430 1396	– – – – –	– 372 – – –	– 486 – – –	816 – 708 673 657	0,072 – 0,260 0,118 0,080
* Испарители могут быть только одноходовыми. ** Рассчитана по наружному диаметру труб.

Таблица IV – Параметры кожухотрубных холодильников в соответствии с ГОСТ 15118–79, ГОСТ 15120–79 и ГОСТ 15122–79

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Площадь поверхности теплообмена (в м²) при длине труб (в м)							Площадь самого узкого сечения потока в межтрубном пространстве, м²	Площадь сечения одного хода по трубам, м²
Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	9,0		Площадь сечения одного хода по трубам, м²
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12
159 273 325 400 600	20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2	1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 4 6 1 2	19 13 61 37 100 90 62 56 181 166 111 100 389 370 334 316 257 240	1,0 1,0 4,0 3,0 – – – – – – – – – – – – – –	2,0 1,5 6,0 4,5 9,5 8,5 7,5 6,5 – – – – – – – – – –	2,5 2,0 7,5 6,0 12,5 11,0 10,0 9,0 23,0 21,0 17,0 16,0 49 47 42 40 40 38	3,5 3,0 11,5 9,0 19,0 17,0 14,5 13,0 34,0 31,0 26,0 24,0 73 70 63 60 61 57	– – – – 25,0 22,5 19,5 17,5 46,0 42,0 35,0 31,0 98 93 84 79 81 75	– – – – – – – – 68 63 52 47 147 139 126 119 121 113	– – – – – – – – – – – – – – – – – –	0,003 0,004 0,007 0,009 0,011 0,011 0,013 0,013 0,017 0,017 0,020 0,020 0,041 0,041 0,041 0,037 0,040 0,040	0,004 0,005 0,012 0,013 0,020 0,009 0,021 0,010 0,036 0,017 0,038 0,017 0,078 0,037 0,016 0,009 0,089 0,042

Продолжение таблицы IV

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12
800 1000 1200	20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2	4 6 1 2 4 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6	206 196 717 690 638 465 442 404 385 1173 1138 1072 1044 747 718 666 642 1701 1658 1580 1544 1083 1048 986 958	– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –	– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –	32 31 90 87 80 73 69 63 60 – – – – – – – – – – – – – – – –	49 46 135 130 120 109 104 95 90 221 214 202 197 176 169 157 151 – – – – – – – –	65 61 180 173 160 146 139 127 121 295 286 269 262 235 226 209 202 427 417 397 388 380 329 310 301	97 91 270 260 240 219 208 190 181 442 429 404 393 352 338 314 302 641 625 595 582 510 494 646 451	– – 405 390 361 329 312 285 271 663 643 606 590 528 507 471 454 961 937 893 873 765 740 697 677	0,040 0,037 0,069 0,069 0,069 0,070 0,070 0,070 0,065 0,101 0,101 0,101 0,096 0,106 0,106 0,106 0,102 0,145 0,145 0,145 0,131 0,164 0,164 0,164 0,142	0,018 0,011 0,144 0,069 0,030 0,161 0,077 0,030 0,022 0,236 0,114 0,051 0,034 0,259 0,124 0,055 0,036 0,342 0,165 0,079 0,049 0,375 0,179 0,084 0,052

Таблица V – Параметры кожухотрубных холодильников с плавающей головкой в соответствии с ГОСТ 15118–79, ГОСТ 14246–79 и ГОСТ 14247–79

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб*, мм	Число ходов**	Площадь сечения одного хода по трубам³*, м²		Площадь поверхности теплообмена (в м²) при длине труб (в м)					Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве³*, м²
Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб*, мм	Число ходов**	Площадь сечения одного хода по трубам³*, м²		3,0	6,0³*		9,0³*
1	2	3	4		5	6		7		8
325 400 500 600 800 1000 1200	20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2 20´2 25´2	2 2 2 2 2 2 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6	0,007 0,007 0,012 0,014 0,020 0,023 0,030 0,013 – 0,034 0,015 – 0,056 0,025 – 0,060 0,023 – 0,092 0,043 – 0,103 0,141 – 0,135 0,064 – 0,155 0,072 –	– – – – – – 0,034 0,014 0,008 0,037 0,016 0,007 0,063 0,025 0,016 0,069 0,024 0,018 0,106 0,049 0,032 0,119 0,051 0,034 0,160 0,076 0,046 0,179 0,086 0,054	13 10 23 19 38 31 – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –	26 20 46 38 76 62 117 107 – 96 86 – 212 197 – 170 157 – 346 330 – 284 267 – 514 494 – 423 403 –	– – – – – – 131 117 113 105 94 87 243 225 216 181 173 164 402 378 368 325 301 290 604 576 563 489 460 447	– – – – – – 176 160 – 144 129 – 318 295 – 255 235 – 519 495 – 426 400 – 771 741 – 635 604 –	– – – – – – 196 175 – 157 141 – 364 337 – 286 259 – 603 567 – 488 451 – 906 864 – 733 690 –	0,012 0,012 0,020 0,019 0,031 0,030 0,048 0,048 0,048 0,043 0,043 0,043 0,078 0,078 0,078 0,074 0,074 0,074 0,115 0,115 0,115 0,117 0,117 0,117 0,138 0,138 0,138 0,126 0,126 0,126	– – – – – – 0,042 0,042 0,042 0,040 0,040 0,040 0,071 0,071 0,071 0,068 0,068 0,068 0,105 0,105 0,105 0,112 0,112 0,112 0,147 0,147 0,147 0,113 0,113 0,113

Продолжение таблицы V

1	2	3	4		5	6		7		8
1400	25´2	2 4 6 2 4 6	0,188 0,084 – 0,214 0,099 –	0,220 0,102 0,059 0,247 0,110 0,074	– – – – – –	715 693 – 584 561 –	831 798 782 675 642 626	1072 1040 – 876 841 –	1246 1197 – 1012 963 –	0,179 0,179 0,179 0,174 0,174 0,174	0,198 0,198 0,198 0,153 0,153 0,153
* Трубы диаметром 25´2 мм должны быть изготовлены из высоколегированных сталей; допускаются трубы из углеродной стали, но диаметром 25´2,5 мм. ** Шесть ходов по трубам может быть только у конденсаторов. ³* Данные в правых столбцах относятся к расположению труб в трубных решетках по вершинам равносторонних треугольников, остальные – по вершинам квадратов (по ГОСТ 13202–77).

Таблица VI – Параметры кожухотрубных теплообменников с U-образными трубами (по ГОСТ 14245–79)

D кожуха, мм	Площадь сечения одного хода по трубам*, м²		Поверхность теплообмена (м²) при трубе, м					Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве**, м²
D кожуха, мм	Площадь сечения одного хода по трубам*, м²		3,0	6,0**		9,0**
325 400 500 600 800 1000 1200 1400	0,007 0,013 0,022 0,031 0,057 0,097 0,142 0,197	– – – 0,039 0,067 0,112 0,165 0,234	14 26 43 – – – – –	27 51 85 120 224 383 564 790	– – – 150 258 437 651 930	– – – 178 331 565 831 1160	– – – 223 383 647 961 1369	0,011 0,020 0,032 0,047 0,085 0,120 0,135 0,161	– – – 0,037 0,073 0,108 0,151 0,187
* Рассчитана по наружному диаметру труб. ** Данные в правых столбцах к расположению труб в трубной решетке по вершинам равносторонних треугольников, остальные – по вершинам квадратов (по ГОСТ 13203–77).

Таблица VII – Параметры кожухотрубных испарителей с паровым пространством (по ГОСТ 14248–79)

D кожуха, мм	Число трубных пучков, шт.	Число труб в одном пучке*, шт.		Поверхность теплообмена*, м²		Площадь сечения одного хода по трубам*, м²
800 1000 1200 1600 2400 2400 2400 2400 2400 2600 2800	1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 2	134 220 310 572 134 220 310 572 310 310 572	82 132 204 362 – – – – 204 204 362	51 85 120 224 51 85 120 224 240 360 448	38 62 96 170 – – – – 192 288 362	0,013 0,022 0,031 0,057 0,013 0,022 0,031 0,057 0,031 0,031 0,057	0,013 0,020 0,031 0,055 – – – – 0,031 0,031 0,055
* Данные в правых столбцах относятся к трубным пучкам с плавающей головкой, остальные – с U-образными трубами.

Таблица VIII – Диаметры условного прохода штуцеров кожухотрубчатых теплообменников

D кожуха, мм	Диаметр (в мм) условного прохода штуцеров для трубного пространства при числе ходов по трубам				Диаметры условного прохода штуцеров для межтрубного пространства, мм
D кожуха, мм	1	2	4	6
159 273 325 400 600 800 1000 1200 1400	80 100 150 150 200 250 300 350 –	– – 100 150 200 250 300 350 350	– – – – 150 200 200 250 250	– – – – 100 150 150 200 200	80 100 100 150 200 250 300 350 –

Таблица IX – Число сегментных перегородок в нормализованных кожухотрубчатых теплообменниках

D кожуха, мм	Число сегментных перегородок при длине труб, м
D кожуха, мм	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	9,0
159 273 325 400 600 800 1000 1200	6 4 – – – – – –	10 8 6 – – – – –	14 12 8 6 4 4 – –	26 18 14 (16) 10 8 6 4 –	– – 18 14 10 8 6 6	– – (36; 38) 22 (24; 26) 18 (16) 14 (12) 10 8	– – – – (24) 22 (20) 16 (18) 14 (12)
Примечание. Числа в скобках относятся к теплообменникам с плавающей головкой и с U-образными трубами

Таблица X – Масса кожухотрубчатых теплообменников, холодильников, испарителей и конденсаторов со стальными трубами (по ГОСТ 15119–79 – ГОСТ 15122–79)

Р, МПа	D кожуха, мм	Чис-ло ходов	Трубы Æ 20´2 мм, длиной, м						Трубы Æ 25´2 мм, длиной, м
Р, МПа	D кожуха, мм	Чис-ло ходов	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	9,0	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	9,0
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
			Масса теплообменников и холодильников, кг, не более
1,6 1,6 1,6 1,6 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,6 0,6 0,6 0,6 1,0 1,0 1,6 1,6 1,0 1,0	159 273 325 325 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200 600 800	1 1 1 2 1 2 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6	196 388 495 510 – – – – – – – – – – – – – – – –	217 455 575 575 860 870 1540 1650 2560 2750 – – – – – – – – – –	263 590 735 740 1130 1090 1980 2100 3520 3550 5000 5450 – – – 1970 2050 – 3600	– – 895 890 1430 1370 2480 3500 4150 4350 6250 6750 9000 9750 – 2420 2510 – 4400	– – – – 1850 1890 3450 3380 5800 5950 9030 9250 12800 13400 – 3320 3450 – 5900	– – – – – – – – 8400 8500 12800 12850 18400 18900 – – – – –	192 465 485 485 – – – – – – – – – – – – – – – –	211 527 540 550 780 820 1350 1480 2280 2520 – – – – 1340 – 1400 – 2300 –	255 649 680 690 1035 1040 1810 1890 3130 3230 4500 4850 – – 1760 1780 1790 1850 3200 3200	– – 820 820 1290 1260 2410 2290 3720 3950 5600 6100 8000 8700 2180 2220 2200 2250 3660 3900	– – – – 1750 1600 3150 3130 5360 5360 7850 8166 11250 11860 – 2930 – 3060 – 5200	– – – – – – – – 7400 7480 11200 11400 16000 16550 – – – – – –

Продолжение таблицы X

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
			Масса теплообменников и холодильников, кг, не более
1,6 1,6 1,0 1,0 1,6 1,6 1,0 1,0 1,6 1,6 1,0 1,0 1,6 1,6	1000 1200 1400	1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6 1 2, 4, 6	– – – – – – – – – – – – – –	– – – – – – – – – – – – – –	– 3850 – 5450 5750 – – – – – – – –	4500 – 6700 7100 – 10100 – 10400 – – – –	6100 – 9250 9700 – 13450 – 13700 – 18390 – 18790	– – – – – – – – – – – –	– – – – – – – – – – – – – –	2400 – 3600 – 3800 – – – – – – – –	3350 3450 4850 4950 5000 5250 6700 – 7000 8630 – 11200 –	3840 4050 5950 6100 6050 6350 8150 9100 8600 9380 10680 – 13200 –	– 5600 – 8120 – 8650 – 12000 – 12150 – 16260 – 16830	– – – – – – – – – – – – – –
Примечание. 1. Испарители могут быть только одноходовыми из труб 25´2 мм. 2. Для труб длиной 1 м теплообменников и холодильников равна 174 кг при D=159 мм и 320 кг при D=273 мм.

Таблица XI – Средние значения шероховатости стенок труб

Трубопроводы

D, мм

Трубы стальные цельнотянутые и сварные при незначительной коррозии Старые заржавленные стальные трубы Трубы из кровельной стали проолифенные Чугунные трубы водопроводные, бывшие в эксплуатации Алюминиевые технически гладкие трубы Чистые цельнотянутые трубы из латуни, меди и свинца; стеклянные трубы Нефтепроводы при средних условиях эксплуатации и паропроводы насыщенного пара Паропроводы, работающие периодически Воздухопроводы сжатого воздуха от компрессора Конденсатопроводы, работающие периодически

0,2 0,67 и выше 0,125 1,4 0,015–0,06 0,0015–0,01 0,2 0,5 0,8 1,0

Таблица XII– Соотношение между единицами измерения

Величины	Единицы измерения в СИ	Соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем
1	2	3
Длина	м	1 мкм = 10^{-6 м} 1 Ǻ = 10^{-10 м}
Масса	кг	1 т = 1000 кг 1 ц = 100 кг
Температура	К	t ^оС = (t + 273,15) К t ^оF = К
Угол плоский	рад	1^о = рад 1^/ = рад 1 оборот = 2p рад = 6,28 рад
Вес (сила тяжести)	Н	1 кг = 9,81 Н 1 дин = 10^-5 Н
Вязкости коэффициент динамический	Па^.с	1 П = 1 дин^.с/см² = 0,1 Па^.с 1 сП = = 10^-3 Па^.с = 1 мПа^.с
Вязкости коэффициент кинематический	м²/с	1 Ст = 1 см²/с = 10^-4 м²/с
Давление	Па	1 бар = 10⁵ Па 1 мбар =100 Па 1 дин/см² = 1 мкбар = 0,1 Па 1 кгс/см² = 1 атм = 9,81^.10⁴ Па = 735 мм рт.ст. 1 кгс/м² = 9,81 Па 1 мм вод.ст. = 9,81 Па 1 мм рт.ст. = 133,3 Па
Мощность	Вт	1 кгс^.м/с = 9,81 Вт 1 эрг/с = 10^-7 Вт 1 ккал/ч = 1,163 Вт
Натяжение поверхностное	Н/м	1 кгс/м = 9,81 Дж/м² 1 эрг/см² = 1 дин/см = 10^-3 Дж/м² = 10^-3 Н/м
Объем	м³	1 л = 10^{-3 м3} = 1 дм³
Объем удельный	м³/кг	1 м³/т = 10^-3 м³/кг 1 дм³/кг = 1 см³/г = 10^-3м³/кг
Плотность	кг/м³	1 т/м³ = 1 кг/дм³ = 1 г/см³ = 10³ кг/м³ 1 кгс^.с²/м⁴ = 9,81 кг/м³

Продолжение таблицы XII

Плотность теплового потока (теплонапряжение, удельная тепловая нагрузка)	Вт/м²	1 ккал/(м^{2 .}ч) = 1,163 Вт/м²
Работа, энергия, количество теплоты	Дж	1 кгс^.м = 9,81 Дж 1 эрг = 10^-7 Дж 1 кВт^.ч = 3,6^.10⁶ Дж 1 ккал = 4,1868^.10³ Дж = 4,19 кДж
Расход объемный	м³/с	1 л/мин = 16,67^.10^-6 м³/с
Скорость угловая	рад/с	1 об/мин = рад/с 1 об/с = 2p рад/с
Теплоемкость удельная массовая	Дж/(кг^.К)	1 ккал/(кг^{. о}С) = 4,19 кДж/(кг^.К) 1 эрг/(г^.К) = 10^-4 Дж/(кг^.К)
Теплоотдачи коэффициент, теплопередачи коэффициент	Вт/(м^{2 .}К)	1 ккал/(м^{2 .}ч^{. о}С) = 1,163 Вт/(м^{2 .}К)
Теплопроводности коэффициент	Вт/(м^.К)	1 ккал/(м^.ч^{. о}С) = 1,163 Вт/(м^.К)
Теплота удельная (фазового превращения)	Дж/кг	1 ккал/кг = 1 кал/г = 4,19 кДж/кг
Частота	Гц	1 Гц = 1 с^-1 1 об/с = 1 Гц 1 об/мин = Гц
Энтальпия удельная	Дж/кг	1 ккал/кг = 1 кал/г = 4,19 кДж/кг
Энтропия удельная	Дж/(кг^.К)	1 ккал/(кг^{. о}С) = 4,19 кДж/(кг^.К)

Содержание

Введение 1

1 Конструкция теплообменных аппаратов 1

1.1 Классификация теплообменных аппаратов и предъявляемые к ним 1

требования

1.2 Кожухотрубчатые теплообменные аппараты, типы и конструктивное

исполнение 3

1.3 Аппараты воздушного охлаждения 16

1.4 Теплообменные аппараты типа -«труба в трубе» 18

1.5 Погружные аппараты 21

1.6 Оросительные аппараты 22

1.7 Пластинчатые теплообменники 22

1.8 Спиральные теплообменные аппараты 25

2 Технологический расчет оборудования 29

2.1 Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов 30

2.2 Тепловые балансы теплообменных аппаратов 33

2.3 Средняя разность температур теплоносителей 35

2.4 Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи 37

2.5 Теплопередача в поверхностных теплообменниках 41

2.6 Последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообмен-

ника 42

2.7 Гидравлический расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов 43

2.7.1 Расчет потери давления в трубном пространстве 44

2.7.2 Расчет потери давления в межтрубном пространстве 46

3 Механический расчёт теплообменника 47

Варианты контрольных заданий 52

Литература 53

Приложение 54

Редактор Л.А.Матвеева

Подписано в печать 00.09.09. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16.

Гарнитура "Таймс". Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 4,2 Уч.-изд. л. 4,18.

Тираж 100 экз. Заказ №

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического

университета

Адрес издательства:

450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

Отпечатано методом ризографии.

Адрес типографии:

453118, г.Стерлитамак, пр. Октября, 2.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 991; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67

Мы поможем в написании ваших работ!