Файл: Курсовой проект по пахт разработка конструкции и расчет теплообменного аппарата для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 H.docx

Расчёт трубных решёток проводим п методике, изложенной в [10].

В теплообменниках типа КНВ трубы размещают по вершинам правильных шестиугольников. Значения шага (расстояния между осями труб) определяется наружным диаметром труб:

При d_н= 20, шаг труб t_р= 1,3 · d_н =1,3·0,02 = 0,026 мм.

снаружи с учётом прибавок на коррозию

h=16+10·0,1=17 мм

коэффициент ослабления решётки отверстиями

номинальная расчётная высота решётки посередине

учётом прибавок на коррозию и на округление:

h`=35+1=36 мм

Подбор опор проводим по методике, изложенной в [10].

Опорные стойки для вертикальных аппаратов состоят из двух вертикальных косынок и горизонтального основания.

Приваривают опоры непосредственно к корпусу теплообменника или к накладному листу прямоугольной формы для обеспечения жесткости корпуса в месте присоединения опоры.

Размеры опорных стоек выбирают в зависимости от нагрузки G на одну опору.

m₁ – масса всех труб:

m1 = F_т1 ∙ lтр ρм= 0,0721·6·7920 = 3427,12 кг,

где F_т – площадь поперечного сечения труб

F_т=π · (d_в+s_т) · s_т· n = π · (0,02− 0,002) ·0,002 ⸱638 = 0,0721 м²

m₂ – масса корпуса:

m₂ =F_к1 ·l_к · ρм = 0,0254 · 6 · 7920 =1208,62 кг;

где F_к – площадь поперечного сечения корпуса

F_к=π ·(D_в+s_к) s_к= π·(0,8+ 0,01) 0,01= 0,0254 м²

m₃масса днищ

m₃=36,2·2=72,4 кг

m₄ – масса трубных решеток:

;

Масса стандартных изделий приведена в таблице 10:

Таблица 10 - Масса стандартных изделий

Детали	кол-во	масса, кг	Σ масса, кг
фланец 1-800-1-0-12Х18Н10Т ГОСТ 28759.2-90	6	51,5	309
штуцер 200-1-1-1-180-12Х18Н10Т АТК 24.218.06-90	2	15,5	31
штуцер 400-1-1-1-200-12Х18Н10Т АТК 24.218.06-90	1	46	46
штуцер 150-1,6-1-1-240-12Х18Н10Т АТК 24.218.06-90	1	13,2	13,2
болт М20х190 ГОСТ 15589-70	240	0,5369	128,86
гайка М20-6Н ГОСТ 15521-70	240	0,04333	10,399
Суммарно m_ст, кг			538,46

Масса пустого аппарата составит:

m = m₁+ m₂+ m₃+ m₄+m_ст = =3427,12+1208,62+72,4+172,6+538,46=

=5419,19 кг.

Объем трубного пространства и объем межтрубного пространства составляют, м²:

объём днища (таблица 9)

V_дн= 2·0,0796 = 0,159 м³

Объём, заполненый хладагентом

V_хлад=V_тр+2· V_дн= 0,77+0,159 = 0,93 м³

Тогда общая нагрузка на опоры при гидравлическом испытании составит:

Q = 10^-6 · [m+ (V_хлад ·+ V_мт·)·] g =

= [5419,19 + 0,93· 1083,5+2.45·1000] · 9,81 = 0,085 Н.

Для вертикальных аппаратов с эллиптическим днищем необходимо использовать в качестве опор стойки. Примем необходимое количество стоек равным четырём. Нагрузка, приходящаяся на одну стойку:

Q =Q_общ /4 = 0,085/4 = 0,0213 МН.

Подходящими характеристиками обладают опоры ОВ III-А-4000 ОН 26-01-69-68 с допускаемой нагрузкой Q=0,04 МН. Размеры опорных стоек для данной нагрузки представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Конструктивные размеры опорных стоек, мм

G·10², МН	2,5	B	140	L	150
a	10	B₁	105	L₁	170
a₁	105	H	350	d	24
b	22	h	20	d_Б	M20
b₁	90	s	10	m, кг	11,8
a₂	20	B₂	200	L₂	130

где L – расстояние между косынками;

L₁ – ширина основания;

b – длина основания

;

b₁ – длина косынки;

H – высота опоры;

h – высота основания;

d – диаметр отверстия.

Рисунок 10 – опоры ОВ III-А-2500 ОН 26-01-69-68

Определение необходимости установки компенсаторов для кожуха [10].

Согласно требованиям ТУ 3612-024-00220302-02, ОСТ 26-291 "Сосуды и аппараты стальные сварные" и "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ 10–115) Госгортехнадзора России, кожухотрубные конденсаторы диаметре кожуха 0,8 м, длине труб 6м, диаметре труб 0,02 м, толщине стенки труб 0,002 м должны работать при давлении в трубах р_т=0,6 Мн/м², давление в межтрубном пространстве

р_м=1 Мн/м².

Для необходимости установки компенсатора должно не выполнятся хотя бы одно из условий:

σ^к< σ^к_д (1)

σ^т< σ^т_д (2)

σ^т^t< σ^т^t_д (3)

площадь поперечного сечения корпуса при толщине стенки корпуса s_к:

F_к=π ·(D_в+s_к) s_к= π·(0,8+ 0,01) 0,01= 0,0254 м²

площадь поперечного сечения корпуса при толщине стенки s_к с учётом коррозии:

F_к1= π· (D_в+s_к+2С_к ) · (s_к− С_к ) =

= π · (0,8+0,01+2 ⸱0,001) · (0,01− 0,001) = 0,0229 м²

площадь поперечного сечения труб при толщине стенки s_т:

F_т=π · (d_в+s_т) · s_т· n = π · (0,02− 0,002) ·0,002 ⸱638 = 0,0721 м²

площадь поперечного сечения труб при толщине стенки s_т с учётом коррозии:
F_т1=π · (d_в+s_т+2C_к) · (s_т − C_к) ·n =

= π · (0,02 − 0,002+2⸱0,001) · (0,002−0,001)⸱638= 0,040 м²

сила взаимодействия корпуса и труб (при жёстком соединении их друг с другом) за счёт температурных напряжений:

сила взаимодействия корпуса и труб за счёт температурных напряжения с учётом коррозии:

сила, растягивающая в осевом направлении корпус и трубы от давления среды в трубном и межтрубном пространствах:

суммарное напряжение на растяжение в корпусе:

Мн/м²< 294,375 Мн/м²

Условие σ^к< σ^к_д обеспечено.

суммарное напряжение на растяжение в корпусе с учетом коррозии:

Мн/м²< 294,375 Мн/м²

Условие σ^к₁< σ^к_д также обеспечено.

суммарное напряжение на сжатие в трубах:

Мн/м²< 294,375 Мн/м²

Условие σ^т< σ^т_д обеспечено.

Суммарное напряжение на сжатие в трубах с учётом коррозии:

Мн/м²< 294,375 Мн/м²

Условие σ^т₁< σ^т_д также обеспечено.

величина температурных напряжений в трубах:

Мн/м²<

Мн/м²

Условие σ^т^t< σ^т^t_д обеспечено.

величина температурных напряжений в трубах с учётом коррозии:

Условие σ^т^t₁< σ^т^t_д также обеспечено.

Поскольку все три условия обеспечены, применение жёсткой конструкции конденсатора допустимо.

Допускаемое давление в днище

Все напряжения, возникающие в аппарате, не превышают допустимых значений. Материал, из которого изготовлен аппарат, сталь 12Х18Н10Т, пригодна для его изготовления.

2.6 Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление аппарата складывается из потерь давления на преодоление сопротивления трения и на преодоление местных сопротивлений. Ориентировочные значения скоростей, найденные на основании опыта эксплуатации трубопроводов и технико-экономических расчетов, приведены в таблице 12.
Таблица 12 – значения коэффициентов местных сопротивлений [11]

Пространство	Местное сопротивление	ζ
Трубное	Вход в трубы или выход из них	1,0
Трубное	Поворот на 180º между ходами	2,5
Штуцера	Входная или выходная камера	1,5
Штуцера	Вход в межтрубное пространство или выход из него	1,5

Гидравлический расчет аппарата проводим по методике, изложенной в [11].

Диаметр штуцера на входе в межтрубное пространство кожухотрубного конденсатора должен быть больше, чем диаметр штуцера на выходе из теплообменника, так как газовый поток обладает значительно меньшей плотностью и большим объемом потока, чем у конденсата. Согласно ГОСТ 15121-79 для четыреходового аппарата с внутренним диаметром корпуса 800 мм примем следующие значения диаметров штуцеров