Тепловой расчет

последующей отбортовкой

      Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.

      По [1, табл. 2.8] в соответствии с ГОСТ 26291-94 принимаем минимальную толщину стенки корпуса S = 6 мм.  

      2.3 Выбор конструктивной  схемы поперечных  перегородок и

            расстояния между ними. Отбойники. 

      Применяем внутренние поперечные перегородки  с диаметрально чередующимся в них сегментными средами для поддержания расстояния между трубами (рис. 6). 
 
 

      

 

Рис.6 Конструктивная схема поперечных перегородок 
 
 
 

      Диаметр отверстий для труб в перегородках 28 мм [1. с. 57]. Номинальный диаметр  поперечных перегородок D_п=310 мм [1. с.58].

      Неподвижные трубные решетки занимают место  во впадинах фланцев корпуса и крышек (рис. 7). 

      

 

Рис. 7 Узел крепления неподвижной трубной решетки

                  1 – решетка трубная; 2 – фланец; 3 – прокладка;

                  4 – трубка теплообменная; 5 – кожух; 6 – крышка. 

      Для того чтобы теплообменники лучше  работали, необходимо обеспечить минимальный  зазор между корпусом и перегородкой. Номинальный диаметр D_п поперечных перегородок принимают в зависимости от внутреннего диаметра аппарата [1, с. 58]: D_п = 310 мм при D=315 мм.

      Максимальное  расстояние между перегородками  принимаем по [1, с. 58] равным 800 мм, а минимальная толщина перегородок [1, с. 59] 8 мм.

      Взаимное  расположение поперечных перегородок  фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобства его сборки. Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками надеты распорные трубки. Число стяжек принимаем в зависимости от диаметра аппарата [1, с. 59]:

      диаметр стяжек – 12 мм,

      число стяжек – 4.

      При входе среды (пара) в межтрубное пространство теплообменника часто устанавливают отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера (рис. 7).

      

      Рис. 8 Схема размещения отбойника

      Отбойник  выполняют в виде круглой пластины. Его размер должен быть не меньше внутреннего диаметра штуцера D₁, т.е. [1, с. 59]. 

      

 ¸20), 

      D = 200+15=215 мм.

      Отбойник  не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть [1, с. 59]:  

      

, мм. 
 
 
 
 
 
 
 

      2.4 Выбор крышек и днищ аппарата 
 

      Крышки  и днища теплообменных аппаратов  выбираем в зависимости от диаметра кожуха. Наиболее распространенной формой днищ и крышек является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр (рис. 8). 
 

      

 
 
 

      Рис. 9 Днище эллиптическое с отбортовкой 
 

      По [3, табл. 16.1] выбираем размеры днища  эллиптического отбортованного стального диаметром 800 мм:

      S_d = 6 мм, Н_d = 81 мм, h_у = 25 мм.

      Днище 325 х 6-25 ГОСТ 481-58 [3, табл. 16.1].

      Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата.

      Марка стали – 09 Г 2 С [3, табл. 16.1]. 

   2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов 

     Присоединение трубопроводов к теплообменным  аппаратам бывает разъемным и неразъемным. Разъемное присоединение труб осуществляется при помощи фланцевых резьбовых штуцеров. При диаметре трубопроводов более 10 мм применяют фланцевые штуцеры.

     Диаметр штуцера зависит от расхода и  скорости теплоносителя [1, с. 64]: 

                  ,                                                          (12) 

     где V – объемный расход теплоносителя, м³/с;

      – скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с;

       S – площадь поперечного сечения штуцера, м², .

     Скорости  движения теплоносителей в штуцерах выбирают по [1, табл. 1.4], принимая их несколько большими, чем в аппарате.

     Диаметр штуцера:

                  

                  ,                                                       (13) 

     Диаметр штуцеров для входа и выхода воды рассчитываем по уравнению (13), принимая скорость движения воды в штуцерах равной 2,0 м/с.  

                 

м. 

Принимаем d_ш = 50 мм. 

     Диаметр штуцеров для насыщенного водяного пара и конденсата, расход которых D = 6,24·10^-1 кг/с.

     Тогда объемный расход пара: 

                   м³/с,

   а конденсата:  

                   м³/с. 

Тогда, принимая скорость пара в штуцере  м/с, получаем:

                   м.

  Принимаем d_п = 100 мм. 

   Скорость  конденсата в штуцере  м/с, тогда

                   м. 

     Принимаем d_к = 32 мм.

                  

     Принимаем штуцера со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом  (тип 1 – рис. 10). 

      

    Рис. 10 Фланец для штуцеров 

        Выбираем по D_у и р_у = 0,6 МПа [3, табл. 21.9].

    Основные  размеры фланцев: 

• фланцы  штуцеров для ввода и вывода воды – Фланец 50-3 ГОСТ 1255-67:   D_у = 50 мм, D_б =110 мм, D_ф = 140 мм, h = 13 мм, z = 4 шт, d_б =12мм;
• фланец штуцера для ввода водяного пара – Фланец 100-3 ГОСТ 1255-67:   D_у =100 мм, D_б = 170 мм, D_ф =  205 мм,  z =  4 шт, h = 15 мм, d_б = 16 мм;
• фланец штуцера для вывода конденсата – Фланец 30-3 ГОСТ 1255-67:

      D_у =32 мм, D_б =  90мм, D_ф = 120 мм, h =  15 мм, z = 4 шт, d_б =  18 мм. 

    Для присоединения крышек к корпусу  аппарата используем тип 2 диаметром 325 мм (рис. 10).

       Рис. 11 Фланец для аппарата 

       По [3, табл. 21.9] выбираем основные размеры  фланцев для аппарата:

       фланец  I-325-3 ГОСТ 1235-67:

       D_б = 395 мм, D_ф = 435 мм, h = 20 мм, d_б = 20 мм, z = 12т;

       прокладка – паронит ГОСТ 481-80. 
 
 
 
 
 
 
 

      2.6 Проверка необходимости  установки компенсирующего устройства 

      Жесткое крепление трубных решёток к  корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.

      В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее  кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).

      По  данным [1 табл.1.7] допускаемая разность температур кожуха и труб (не требующая  установки компенсирующего устройства) при давлении Р_y 1,6 МПа составляет 60 ^оС.

      Для рассматриваемого теплообменного аппарата температура стенки трубок 

      

 ⁰С. 

      (см. подраздел 1.7), а минимальная температура  кожуха может быть принята равной температуре пара, т.е. t_{ст (к)} = 133 ^оС.

      Разность  температур кожуха и трубок      

      

 ⁰С,

      следовательно,  установка компенсирующего устройства не требуется.   
 

      2.7 Опоры аппарата 

      Химические  аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции при помощи опор. Тип опоры выбирают в зависимости от конструкции оборудования, нагрузки и способа установки. При установке вертикальных аппаратов широко применяются лапы на полу или на фундаментах. При наличии нижних опор аппарат устанавливают на три или четыре точки, при подвеске между перекрытиями – на три лапы и более.

      Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести  его в условиях эксплуатации или  гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой) с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок от силы тяжести трубопроводов, арматуры и т. д. Вес аппарата (с жидкостью) делится на число «лап», и по допустимой нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по [1, табл. 2.13].

      Принимаем число лап равным 3, а допустимую нагрузку равную 4000 Н.

      По [1, табл. 2.13] выбираем основные размеры  опор вертикального аппарата при допустимой нагрузке 4000 Н: a=75 мм, a₁=95 мм, b=95 мм, с=20 мм, c₁=50 мм, h=140 мм, h₁=10 мм, S₁=5 мм, k=15 мм, k₁=25 мм, d=12 мм. 
 

      

Рис. 12 Опора вертикального аппарата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                              3. Гидравлический  расчет 

     Цель  гидравлического расчета – определение  величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды.

    Теплоносители должны подаваться в теплообменный  аппарат под некоторым избыточным давлением для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата и системы технологических трубопроводов за аппаратом, переместить теплоноситель из одной точки пространства в другую (например, поднять его) и иметь возможность сообщить ему дополнительную скорость. При этом теплоноситель должен обладать достаточной энергией в заданной точке технологической схемы.