Проект кожухотрубного теплообменника жесткого типа с расходом воды 754 кг/ч

Перечень чертежей:

1. Чертеж общего вид кожухотрубного теплообменика из стали 2Х18Н10Т на А1, с габаритными размерами и техническими характеристиками:

Расход газа 200 м/ч;

Расход воды 754 кг/ч;

Полная площадь поверхности теплообмена 9,5 м;

Рабочее давление в аппарате 1 МПа;

Также указаны технические требования:

При изготовлении аппарата должны выполняться требования: ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие требования безопасности."; ГОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные."

Допускаемое давление на внутреннюю поверхность труб и кожуха P=152 МПа.

Допускаемое давление на решетку при развальцовке с отбортовкой P=40 МПа.

Чертеж выполнен на основании ГОСТ 1522-79.

Сварка произведена по ГОСТ 5264-80-С2.

Дополнительные материалы:

Приведена пояснительная записка на 41 листах в формате Word.

Произведен аналитический обзор рассматриваемого процесса с рассмотрением теории процесса и кратким обзором существующего аппаратурного оформления процесса производства.

Выбрана технологическая схема.

Основой материального баланса являются законы сохранения массы вещества. Общая масса всех поступающих в аппарат материалов, то есть приход, равен общей массе выходящих материалов, то есть расходу.

По условиям: объемный расход газового потока - 200 м³/ч; содержание веществ в газе: воды -  50%; аммиака - 45%; воздуха – 5%; температура горячего теплоносителя уменьшается от 180 до 10 ; температура холодного теплоносителя увеличивается от 25 до 90 .

Объемный расход по каждому веществу: вода - 100 м³/ч; аммиак - 90 м³/ч; воздуха - 10 м³/ч.

Плотности в газовой фазе: воды - 0,59 кг/ м³;аммиака - 0,73 кг/ м³;воздуха-  1,22 кг/ м³. Массовый расход составил: воздуха - 59 кг/ч; аммиака - 65,7 кг/ч; воздуха - 12,2 кг/ч.

Степень конденсации веществ из газовой фазы в жидкую равна 98 %.

Найдено количество конденсата по каждому веществу: воздуха - 57,82 кг/ч; аммиака - 64,386 кг/ч.

Составлена таблица материального баланса конденсатора.

Определена тепловая нагрузка аппарата для нахождения поверхности теплообмена.

По рассчитанному коэффициенту теплопередачи и поверхности теплообмена, производится подбор нормализированного варианта теплообменника.

Теплота входного потока, приносимая газовым потоком и конденсацией, состоит из сумм:

Его сумма  - 100,87 кВт.

Теплота выходящего потока, отводимую газовым потоком и конденсатом:

Суммарная теплота выходного потока равна - 44,05 кВт.

По разности между количествами приходящей и расходуемой теплоты определена теплота, отводимая охлаждающей водой - 56,82 кВт.

Найден расход холодного теплоносителя - 0,758 м³/ч

Средняя разность температур - 108 К.

Средние температуры теплоносителей составили 438,5 К; 330,5 К:

Для нахождения коэффициента теплопередачи на первом этапе принято ориентировочное значение коэффициента теплопередачи - 100 Вт/( ·К) и рассчитано ориентировочное значение теплопередающей поверхности - 9,34 м². После этого по ориентировочному значению теплопередающей поверхности подобран нормализированный вариант конструкции теплообменного аппарата, а затем проведен уточнённый расчёт коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи и площади требуемой поверхности.

Параметры кожухотрубчатого теплообменника.

Рассчитан критерий Рейнольдса для холодного теплоносителя, составивший 300. Режим ламинарный.

Теплоотдача при плёночной конденсации насыщенного пара на наружной поверхности пучка вертикальных труб рассчитывает 130,5 Вт/м·К, где

Найден коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя 1766,7 Вт/м²*К.

Рассчитываем приблизительное значение коэффициента теплопроводности – 120,97 Вт/м²*К и величину необходимой поверхности теплообмена -7,72 м².

Проведено сопоставление выбранного варианта нормализированного теплообменника с расчётным по величине коэффициента запаса площади теплообмена 18,7 %

Толщина трубной решетки -

Материал трубок и кожуха примем одинаковым с целью снижения разности температурных удлинений, которые возникают, если кожух и трубки изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения.

В качестве материала для труб и кожуха принята хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева и сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур.

Проверена надежность крепления труб в решетке, результат удовлетворительный.

Исходя из результатов механического расчета величины напряжений не превышают допустимых значений для выбранного материала, а также можно использовать аппарат типа Н.

Определены основные технические параметры кожухотрубчатого теплообменника типа Н. Толщина цилиндрических обечаек - 2,3 мм.

В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах применяют стандартные эллиптические и плоские днища. Стандартное эллиптическое днище состоит из цилиндрической и выпуклой частей. Днища с наружными базовыми диаметрами  используют для корпусов из труб. Необходимая толщина эллиптических днищ -2, 5 мм, максимальный радиус кривизны днища – 326.

В теплообменниках типа ТН трубы размещают по вершинам равносторонних треугольников. Значения шага (расстояния между осями труб) определяется наружным диаметром труб.

Приваривают опоры непосредственно к корпусу теплообменника или к накладному листу прямоугольной формы для обеспечения жесткости корпуса в месте присоединения опоры. Размеры опорных лап выбирают в зависимости от максимальной нагрузки на одну опору. Общую нагрузку на опоры теплообменника, при гидравлическом испытании водой -1,97 кН:

Рассчитана массу пустого аппарата 84,15 кг

            В рабочем состоянии трубное и межтрубные пространства теплообменника заполнены теплоносителями, а при гидравлическом испытании – водой.

Определен объем трубного пространства с крышками 0,047 м³ и объем межтрубного пространства - 0,07 м³.

Общая нагрузка на опоры теплообменника, при гидравлическом испытании водой - 1,97 кН.

Гидравлический расчет теплообменника необходим для определения мощности на валах насосов и вентиляторов, а также для установления оптимального режима работы аппарата, определяют по формуле:

            Определена мощность вентилятора, необходимая для перемещения горячего теплоносителя через аппарат – 0,016 кВт. По техническим характеристикам подходит вентилятор ВЦ 14-46, мощность электродвигателя -0,18 кВт  и насос БЦП-0.4-18, мощность электродвигателя - 0,07 кВт.

Разработан проект кожухотрубчатого теплообменника, по назначению – конденсатор, жесткого типа Н, с поперечным потоком теплоносителей.

В ходе работы были составлены материальный и тепловой балансы, в результате которых были определены массовые расходы всех компонентов, также установлен расход холодного теплоносителя – воды - 754.6 кг/ч. По результатам теплового баланса был подобран стандартный кожухотрубный теплообменник с площадью поверхности теплообмена:9,5 м² и количеством труб 100.

В результате аппаратурного и механического расчетов были рассчитаны напряжения, возникающие в аппарате: труб - 3Мпа; к-1,8 Мпа, а также определены основные характеристики аппарата.

 В результате гидравлического расчета были рассчитаны сопротивления потоков, а также была определена мощность вентилятора 0,016 кВт, и насоса 0,185 кВт.

Спецификация –  2 листа 

В программе: Компас 3D v