Проектирование и расчет кожухотрубчатого теплообменника
Любой кожухотрубчатый теплоомбенник, с одной стороны, имеет предельно простую конструкцию. С другой стороны, эта конструкция может быть усложнена и дополнена различными конструктивными элементами, позволяющими повышать тепловую производительность этого агрегата. Тепловой расчет теплообменников этого типа проводится для того, чтобы в точности определить, каким образом сконструировать агрегат, способный работать с оптимальной производительностью при заданных геометрических размерах.
Расчет кожухотрубчатого теплообменника: задачи и методы
При проведении расчета кожухотрубчатого теплоомбенника идет поиск оптимального решения и с экономической точки зрения, и с технологической. Основная сложность при проектировании и расчете теплообменников этого типа: найти возможность сконструировать как можно более компактный агрегат с оптимальной тепловой производительностью.
Для этого ведется поиск методов повышения интенсивности теплообменных процессов. Управлять этими параметрами можно за счет увеличения длины теплообменных поверхностей либо за счет влияния на характер передвижения рабочей среды. Длину теплообменных поверхностей увеличивают за счет использования перегородок. Методы влияния на передвижение рабочих сред в трубном и межтрубном пространстве сводятся к увеличению турбулентности потока. Конкретизировать эти общие принципы и применить их на практике можно только после проведения теплового расчета теплообменников.
При проведении расчета определяется необходимая площадь теплопередающих поверхностей кожухотрубчатого теплообменника. Для проведения подобных расчетов необходимо установить, каковы физические параметры используемых теплоносителей.
Если используется вода, необходимо установить теплоемкость и плотность, коэффициенты теплопроводности и вязкости. Если используется пар, устанавливается удельная теплота при парообразовании.
Отдельно при учете физических параметров теплоносителей рассчитываются данные для горячего и холодного теплоносителя.
Далее определяется тепловая нагрузка теплообменника и расход теплоносителя. Определяются параметры процесса теплопередачи, в частности его средняя движущая сила. При этом следует учитывать, что для многоходовых кожухотрубчатых теплообменников нужно сделать поправку на смешанный ток передвижения теплоносителей. Для этого устанавливается средняя разность всех температур. Затем вводится поправка в виде специального коэффициента.
Затем в ходе расчета определяется площадь поверхностей теплообменника. На этом этапе и определятся, каким будет конечное количество труб и в каких вариантах они будут скомбинированы.
Полученные данные о площади теплообменных поверхностей – основа для вычисления количество и диаметра труб. Для одних и тех же данных по площади теплообменных поверхностей можно подобрать разные варианты конструкции теплообменника.
На основании проведенных расчетов устанавливаются основные технические характеристики теплообменного агрегата. Определяется диаметр кожуха и труб, число ходов, общее количество труб и их длина.
Затем делается уточненный расчет кожухотрубчатого теплообменника, после которого можно получить более точные данные о всех вышеперечисленных параметрах.
Помимо теплового проводится также механический расчет теплообменников, чтобы определить максимальные нагрузки, которые способны выдерживать трубы. Для этого рассчитывается внутренне давление, которое будет оказываться на стенки корпуса.
В результате после всех проведенных расчетов можно получить наиболее точные данные о габаритах теплообменника, длине и толщине труб. Сконструированный агрегат позволит решать поставленные перед ним задачи наиболее эффективно.