Расчет водо-водяного теплообменника типа “труба в трубе” с противотоком

Труба в трубе.docx

Определить площадь поверхности нагрева F и число секций n водяного теплообменника (ТА) типа «труба в трубе» схема которого показана на рис. 1.
Греющая вода в нем движется по внутренней стальной трубе диаметром и имеет температуру на входе . Ее расход — . Нагреваемая вода движется противотоком (можно организовать ее течение прямотоком в этом случае вход и выход нагреваемой воды меняются местами) по кольцевому каналу между внутренней и внешней трубами и нагревается от до . Внутренний диаметр внешней трубы D расход нагреваемой воды . Длина одной секции ТА — l. Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника будем пренебрегать.
Определить также насколько уменьшится эффективность работы ТА (величина коэффициента теплопередачи К) при наличии отложений на внутренней поверхности внутренней трубы имеющих термическое сопротивление .
При расчетах будем считать постоянными:
коэффициент теплопроводности стальных труб .
Будем считать что термическое сопротивление накипи внутри трубы может изменяться в пределах
Физические характеристики воды в интервале температур t от 0 °C до 100 °C можно определить в зависимости от температуры по следующим уровням:
Коэффициент теплопроводности воды (в )
Коэффициент кинематической вязкости (в )
Эквивалентный диаметр для кольцевого канала (в мм) при расчете чикла Re определяется как
Диаметры присоединительных патрубков для входа и выхода греющей и нагреваемой воды (в метрах) соответственно можно рассчитать по уравнениям:
где — допустимая скорость воды в присоединительных патрубках. Полученные диаметры патрубков необходимо округлить до унифицированных которые выбираются из следующего ряда условных проходов трубопроводов: 6 10 15 20 25 32 40 50 70 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 мм.
Расчет F и n провести также и для случая прямотока.
Используя результаты расчета на миллиметровой бумаге построить графические зависимости изменения температур холодного и горячего теплоносителей по поверхности теплообмена для прямо - и противотока (формат А4) а также в масштабе вычертить конструктивный чертеж водо - водяного теплообменника типа «труба в трубе» (формат АЗ).
Рис. 1. Подогреватель из 4-х блоков секций типа ПВ1К с типовым расположением патрубков и компенсатором на корпусе
— компенсатор теплового расширения 2 — секция типа ПВ1К 3 — соединительный калач исполнения А — вход нагревательной воды Б — выход нагревательной воды В — вход греющей воды Г — выход греющей воды.
Расчет теплообменника
При расчетах будем считать постоянными:
Коэффициент теплопроводности стальных труб
Длина трубной секции l м
Диаметр внутренней трубы мм
Толщина стенки внутренней трубы м
Внутренний диаметр внешней трубы D мм
Расход греющей воды кгч
Температура греющей воды на входе °C
Расход нагреваемой воды кгч
Температура нагреваемой воды на входе °C
Температура нагреваемой воды на выходе °C
Термическое сопротивление накипи внутри трубы
Количество передаваемой теплоты:
Температура греющей воды на выходе:
Средняя температура греющей воды:
Плотность греющей воды:
Коэффициент кинематической вязкости греющей воды:
Коэффициент теплопроводности греющей воды:
Число Прандтля по температуре греющей воды:
Средняя температура нагреваемой воды:
Плотность нагреваемой воды:
Коэффициент кинематической вязкости нагреваемой воды:
Коэффициент теплопроводности нагреваемой воды:
Число Прандтля по температуре нагреваемой воды:
Скорость движения греющей воды:
Скорость движения нагреваемой воды:
Число Рейнольдса для потока греющей воды:
Режим течения турбулентный ( следовательно расчет ведем по формуле применяемой для расчета числа Нуссельта:
Так как температура стенки неизвестна то в первом приближении задаемся ее значением:
Число Прандтля для воды при температуре стенки :
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы:
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды:
Так как то режим течения турбулентный.
Принимаем в первом приближении температуру стенки со стороны нагреваемой воды:
Число Прандтля для воды при температуре стенки:
Число Нуссельта со стороны нагреваемой воды:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
Коэффициент теплопередачи:
Изменение температур теплоносителей соответствует логарифмическому закону и при противотоке и при прямотоке (см. рис. 2 и 3).
Рис.2. График изменения температур при противотоке
Наибольший температурный напор:
Наименьший температурный напор:
Среднелогарифмический температурный напор:
Плотность теплового потока:
Площадь поверхности нагрева:
Число секций (для противотока):
Принимаем n=5 (для противотока) и уточняем F:
Температура стенки трубы со стороны греющей воды:
При этой температуре:
Уточненное значение поправки:
Было принято: так как поэтому второе приближение не нужно.
Температура стенки со стороны нагреваемой воды:
Так как поэтому второе приближение не нужно.
Изменение температур теплоносителей по поверхности ТА при прямотоке показано на рис.3.
Рис. 3. График изменения температур при прямотоке
принимаем n=5 (для прямотока) и уточняем F:
Тогда значение коэффициента теплопередачи с учетом отложений будет равно:
Эффективность работы ТА уменьшается примерно в 2 ( раза.
Определим диаметры присоединительных патрубков для входа и выхода греющей и нагреваемой воды (в метрах):
где — допустимая скорость воды в присоединительных патрубках. Принимаем .

спецификация.docx

КР.44.13.03.01.Д20.003.СБ
Водо-водяной теплообменник типа “труба в трубе”
Фланец 1-20-10 ГОСТ 12820-80
Прокладка А-4-5-100-1-08кп ГОСТ 53561-2009
Болт М12x35 ГОСТ 7798-70
Гайка М12х125-6Н.12.40Х.016 ГОСТ 5915-70
КР.44.13.03.01.Д21.005.
Роликовый конический

теплообменник.dwg

Водо-водяной теплообменник
типа ``труба в трубе``
Сварка ручная дуговая стальных трубопроводов по ГОСТ 16037-80
Электроды типа 350 А марки УОНИ 1355 ГОСТ 9467-75
Материал труб и фланцев - сталь 20 ГОСТ 1050-88
Количество секицй - 5 шт.
КР.44.13.03.01.Д21.005.СБ