Расчет поверхности теплообменных аппаратов

При проектировании поверхностных теплообменных аппаратов их расчет сводится к определению необходимой поверхности теплообмена.

При выборе стандартных конструкций выполняют поверочные тепловые расчеты, целью которых является определение оптимальных размеров теплоо6менного аппарата и режима его эксплуатации, т. е. они должны сочетать в себе интенсивный теплообмен, низкую стоимость, надежность и удобство эксплуатации.

При расчете теплообменников поверхностного типа в первую очередь следует установить целесообразность направления теплоносителей в то или иное рабочее пространство аппарата, в том . или ином направлении. Целесообразность выбора определяется исходя из условия улучшения теплоотдачи теплоносителя с большим термическим сопротивлением.

Рекомендации по применению кожухотру6ных теплообменных аппаратов со стальными трубами приведены в табл. 6.1.

Полный расчет теплообменных аппаратов включает в себя тепловые, гидравлические и конструктивные расчеты.

При осуществлении теплового расчета определяют:

· тепловую нагрузку и расход теплоносителя по уравнениям теплового баланса;

· среднюю разность температур теплоносителей;

· коэффициент теплопередачи по предварительно рассчитанным коэффициентам теплоотдачи по обе стороны теплопередающей поверхности и с учетом ее термического сопротивления;

· поверхность теплообмена по основному уравнению теплопередачи.

В процессе работы теплообменник неизбежно потребляет энергию, расходуемую на преодоление гидравлических

сопротивлений при движении теплоносителей. Количество этой энергии – одна из важнейших характеристик, учитываемых при оценке конструктивных вариантов. Поэтому второй задачей проектного расчета является определение энергии, расходуемой на движение теплоносителей. Эта задача решается гидравлическим расчетом.

Конструктивный расчет обычно начинается с выбора основных конструкционных материалов, отвечающих основным условиям технологического процесса в аппарате, характеризуемых средой, давлением и температурой. Выбор конструкционных материалов производится с учетом требуемой химической стойкости, прочности при заданных рабочих параметрах (давлении и температуре), стоимости.

После выбора материалов составляется конструктивная схема аппарата с учетом основных его размеров, полученных в результате теплового и гидравлического расчетов, и проводится расчет на прочность отдельных нагруженных деталей и узлов с целью определения их номинальных размеров (толщины стенок, фланцев, трубных решеток и других деталей). Рассматривается необходимость использования компенсационных устройств.

В большинстве случаев требованиям, предъявленным в техническом задании на разработку аппарата, удовлетворяет не один, а несколько вариантов конструкции. Выбор наилучшего варианта является задачей оптимизационного расчета, основанного на выборе критерия оптимизации.

Поскольку такой критерий можёт быть только один, от него требуется, чтобы он учитывал сумму по возможности большего числа характеристик рассматриваемого варианта. Такой величиной может являться технико-экономический критерий, известный под названием «приведенные затраты». При сопоставлении различных вариантов оптимальным является тот, который характеризуется минимальным значением приведенных затрат.

Контрольные вопросы

1. Какие источники энергии относятся к первичным и вторичным?

2. Какие основные мероприятия направлены на повышение эффек­тивности использования и экономии сырьевых и топливно-энергетиче­ских ресурсов?

3. Какие горячие теплоносители могут быть использованы в процессах нагревания?

4. Какие теплоносители могут быть использованы в процессах охлаж­дения?

5. Какие требования предъявляются к современной теплоо6менной аппаратуре?

6. На какие типы делятся теплообменники по принципу действия?

7. Какова последовательность расчета поверхности теплообменных аппаратов?

8. Каковы цель и способы компенсации температурных удлинений в кожухотрубных теплообменниках?