Коэффициенты местного сопротивления x арматуры и отдельных элементов теплообменного аппарата

Наименование детали	x
Вентиль проходной d=50 мм при полном открытии	4,6
То же d=400 мм	7,6
Вентиль Косва	1,0
Задвижка нормальная	0,5-1,0
Кран проходной	0,6—2,0
Угольник 900	1,0-2,0
Колено гладкое 90°, R=d	0,3
То же, R=4d	1,0
Входная или выходная камера (удар и поворот)	1.5
Поворот на 180° из одной сек­ции в другую через проме­жуточную камеру	2,5

 

Наименование детали	x
То же через колено в секцион­ных подогревателях	2,0
Вход в межтрубное пространст­во под углом 90 ° к рабочему потоку	1.5
Поворот на 180° в U-образной трубке..........	0,5
Переход из одной секции в дру­гую (межтрубный поток)	2.5
Поворот на 180° через перегородку в межтрубном прост­ранстве	1.5
Огибание перегородок, поддер­живающих трубы	0,5
Выход из межтрубного прост­ранства под углом 90°	1,0

 

 

Для условий проектируемого теплообменника по табл. 1-3 для за­грязненных латунных труб Х_ст=1,3, а по табл. 1-4 коэффициенты ме­стных сопротивлений имеют следующие значения:

	x * n (кол-во гидро сопротивлений см. чертеж)
Вход в камеру	1,5 * 1=1,5
Вход в трубки	1,0 * 2=2,0
Выход из трубок	1,0 * 2=2,0
Поворот на 180°	2,5 * 1=2,5
Выход из камеры	1,5 * 1=1.5
Итого Sx	=9.5

 

Потеря давления в подогревателе (при условии w=const)

=

=(0,0225*2,4*1,3/0,014+9,5)*0,84² *1000/(2*9,81)=622 мм вод. ст.

 

(* В формуле для динамического давления здесь и везде ниже под g следует донимать коэффициент пересчета, равный 9,81 н/кгс.)

Гидравлическое сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству, как правило, не определяется, так как его величина вследствие небольших скоростей пара (до 10 м/сек) очень мала.

Расчет секционного водоводяного подогревателя.

(Пример расчета для значений: температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель t₁^/=140 °C, мощность 1*10⁶ ккал/час (1.163*10⁶ Вт), (коэффициент теплопровод­ности стали l==39 ккал/м - ч град, l==45 );

 

Расходы сетевой воды в трубках и воды, нагреваемой в межтрубном пространстве:

=10⁶/(1*(140-80))=16700 кг/час

(где теплоемкость воды - с=1 ккал/кг)

 

или v_t= 16,7 м³ /ч,

=10⁶/(1*(95-70))=40000 кг/час

или v_t= 40,0 м³ /ч,

Площадь проходного сечения трубок (при заданной в условии рас­чета скорости течения воды в трубках w=1 м/сек)

=16.7/(3600*1)=0.00464 м².

Выбираем подогреватель по МВН-2050-62 (рис. 1-25). Согласно табл. 1-24а он имеет: наружный диаметр корпуса 168 мм и внутренний— 158 мм, число стальных трубок (размером 16х1.4 мм (т.е. d_H=16 mm d_B=13.2mm)) n =37 шт., пло­щадь проходного сечения трубок f_т ==0,00507 м², площадь проходного се­чения межтрубного пространства f_мт ==0,0122 м².

Скорость воды в трубках и в межтрубном пространстве:

 

=16.7/(3600*0.00507)=0.91 м/с.

=40/(3600*0.0122)=0.91 м/с.

 

Таким образом, в результате расчета совершенно случайно получены одинаковые скорости воды (w_T=w_MT).

Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства

= 4*0,0122 / (3,14 * (0,016*37 + 0,158) =0,0207 м:

Средняя температура воды в трубках и между трубками:

=0,5*(140+80)=110 ⁰C.

 

При этой температуре температурный множитель, необходимый для дальнейших расчетов (по табл. 1-4 A_5T»2960);

 

=0,5*(70+95)=82,5 ⁰C.

(А_5МТ» 2650).

Режим течения воды в трубках (при t₁ = 110 ⁰C, n_T = 0,271*10^-6 м²/сек) и межтрубном пространстве (при t = 82,5 ⁰C, n_МТ = 0,357*10^-6 м²/сек) турбулентный, так как

=0.91*0.0132/(0.271*10^-6) = 44 500

=0.91*0.0207/(0.357*10^-6) = 52 800

 

Коэффициенты теплоотдачи (для турбулентного режима течения воды)

=2960*(0.91^0.8/0.0132^0.2)= 6 530 ккал/м² • ч град, 7600

(в данном случае d_Э=d_В);

=2650*(0.91^0.8/0.0207^0.2)= 5 350 ккал/м² • ч град, 6220

Расчетный коэффициент теплопередачи (коэффициент теплопровод­ности стали l==39 ккал/м - ч град) определяем по формуле для плоской стенки, так как ее толщина меньше 2,5 мм:

=0.65 / (1/6530 + 0.0014/39 + 1/5350)= 1 730 ккал/м² • ч град, 2010

Температурный напор

=((140-95) – (80-70))/ ln(140-95)/(80-70) =23,3°С.

Поверхность нагрева подогревателя

=10⁶/(1730*23,3)=24,8 м²,

Длина хода по трубкам при среднем диаметре трубок d= 0,5(d_H+d_B); d= 0,5(0,016+0,0132) =0,0146 м

=24.8/(3.14*0.0146*37)=14.6 м.

Число секций (при длине одной секции l_Т= 4 м)

Z=L_T / l_T =14,6 / 4 = 3,65 секции; принимаем 4 секции.

Уточненная поверхность нагрева подогревателя согласно техниче­ской характеристике выбранного нами аппарата составит:

F=F^/ Z =6,84*4»27,4 м².

Действительная длина хода воды в трубках и межтрубном про­странстве L_T=4*4=16 м; L_MT=3,5*4=14 м (при подсчете L_MT расстояние между патрубками входа и выхода сетевой воды, равное 3,5 м, выбрано из конструктивных соображений).

 

Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициенты гидравлического трения для трубок и межтрубного пространства определяем по формуле Альтшуля при k=0,3*10^-3 мм (для бесшовных стальных труб изготовления высшего качества):

 

; (1-5)

 

=0,022:

=0,0145.

Коэффициенты местных сопротивлений для потока воды в трубках, принимаем по табл. 1-4.

	x * n(кол-во данных сопротивлений см. чертеж)
Вход в трубки	1,5 * 4=6.0
Выход из трубок	1,5 * 4=6,0
Поворот в колене	0,5 * 3=1.5
	S =13,5

 

Суммарный коэффициент местных сопротивлений для потока воды в межтрубном пространстве определяется из выражения.

Отношение сечений входного или выходного патрубка f_мт/f_патр = 1.

=13.5*1*4=54.

Потери давления в подогревателе с учетом дополнительных потерь Х_ст от шероховатости (для загрязненных стальных труб по табл. 1-3 принимаем Х_ст =1,51):

=

=(0,022*16*1,51/0,0132+13,5)*0,91² *1000/(2*9,81)=2400. мм вод. ст.

 

Потери в межтрубном пространстве подсчитываются по аналогич­ной формуле, но лишь в том случае, когда сумма значений коэффициен­тов местных сопротивлений Sx_мт определена по указанной выше фор­муле, в противном случае расчет потерь Dp_мт значительно усложняется.

Итак,

 

=

=(0,0145*14*1,51/0,0207+53,5)*0,91² *1000/(2*9,81)=2890. мм вод. ст.

Сведем полученные результаты в табл. 1-5 и сравним их между собой.

Таблица 1-5