Конструкторское решение и расчет механизма горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО АППАРАТА
Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменениях скорости потока. Потери давления ДР на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений в трубопроводах определяются по формуле:
?Р = 0,5(лL/dэ + Уо)сщ2,
где л - коэффициент потерь на трение;
L и dэ - длина и эквивалентный диаметр трубопровода, м;
Уо - сумма коэффициентов местных сопротивлений.
При ламинарном режиме (Re < 2300) шероховатость практически не влияет на коэффициент трения:
л = 64/Re,
л = 64/2298 = 0,028.
Скорость охлаждающей воды в трубках
щтр = ,
щтр = = 0,81 м/с.
Скорость воды в штуцерах
щвш = ,
где dвш - диаметр штуцера в распредколлекторе ([1], табл. 2.5),
dвш = 0,25 м;
щвш = = 0,34 м/с.
В трубном пространстве имеют место следующие местные сопротивления:
- входная и выходная камеры (о1 = 1,5);
- поворот между ходами (о2 = 2,5);
- вход в трубы и выход из них (о3 = 1,0).
Гидравлическое сопротивление трубного пространства
ДРтр = л(Lz/d)(щтр2св/2) + 2о1(щвш2св/2) + [о2(z - 1) + 2о3z](щтр2св/2),
ДРтр = 0,028•(3 • 6/0,016)•(0,812 • 996/2) + 2 • 1,5•(0,342 • 996/2) +
+ [2,5•(6 - 1) + 2 • 1 • 6]•(0,812 • 996/2) = 18470 Па.
Скорость пара в штуцере на входе в межтрубное пространство
щпш = ,
где dпш - диаметр штуцера на входе в межтрубное пространство ([1], табл. 2.5),
dпш = 0,25 м;
сп - плотность насыщенного пара при заданном давлении Р,
сп = 0,25 кг/м3;
щпш = = 97,83 м/с.
Скорость конденсата в штуцере на выходе из межтрубного пространства
щкш = ,
где dмш - диаметр штуцера на выходе из межтрубного пространства ([1], табл. 2.5),
dмш = 0,25 м;
ск - плотность конденсата при температуре tкп,
ск = 975 кг/м3;
щкш = = 0,03 м/с.
Скорость конденсата в наиболее узком сечении межтрубного пространства
щмтр = D/(Fмтск),
щмтр = 1,2/(0,065 • 975) = 0,02 м/с.
Число Рейнольдса при течении пара в межтрубном пространстве
Reмтр = Ddн/(Fмтмк),
где мк - вязкость конденсата при температуре tкп,
мк = 381•10-6 Па•с;
Reмтр = 1,2 • 0,020/(0,065 • 381•10-6) = 969.
Число рядов труб, омываемых конденсатом в межтрубном пространстве (округляем до целого числа в большую сторону)
m = ,
m = = 18.
Число сегментных перегородок при принятых размерах теплообменника ([1], табл. 2.6)
Х = 6.
В межтрубном пространстве имеют место следующие местные сопротивления:
- вход пара и выход конденсата через штуцера (о1 = 1,5);
- повороты через сегментные перегородки (о2 = 1,5);
- сопротивления трубного пучка при его поперечном омывании о3:
о3 = 3m/Reмтр0,2,
о3 = 3 • 18/9690,2 = 13,6.
В межтрубном пространстве теплообменника потери на преодоление сопротивлений трения малы по сравнению с потерями на преодоление местных сопротивлений, поэтому они не учитываются.
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства
ДРмтр = о1(щпш2сп/2) + о1(щкш2ск/2) + о2Х(щмтр2ск/2) + о3(Х - 1)(щмтр2ск/2),
ДРмтр = 1,5•(97,832 • 0,25/2) + 1,5•(0,032 • 975/2) + 1,5 • 6•(0,022 • 975/2) +
+ 13,6•(6 - 1)•(0,022 • 975/2) = 1810 Па.
Для обеспечения заданной производительности по конденсации пара его давление перед входом в теплообменник должно быть не менее
Рп.тр = Р + Рмтр,
Рп.тр = 0,04•106 + 1810 = 41810 Па.
Для обеспечения заданной производительности по конденсации пара давление охлаждающей воды перед входом в теплообменник должно быть не менее
Рв.тр = ДРтр = 18470 Па.