Приложение 13 (рекомендуемое). Методические указания и рекомендации по расчету и выбору секционных подогревателей и теплообменников, выпускаемых Смелянским машиностроительным заводом

Приложение 13
Рекомендуемое

Методические указания и рекомендации
по расчету и выбору секционных подогревателей и теплообменников, выпускаемых Смелянским машиностроительным заводом

Введение

Смелянский машзавод, начиная с 1988 года, прекратил серийный выпуск кожухотрубных многоходовых подогревателей и теплообменников, ранее использовавшихся для нагрева продуктов сахарной промышленности и взамен освоил изготовление секционных аппаратов с повышенной скоростью движения в теплообменных трубах. Выпускается 19 типоразмеров секционных подогревателей и 6 - теплообменников. Новое оборудование отличается повышенной (в 3-4 раза) интенсивностью теплообмена, низкой теплоемкостью и практически не требует очистки теплообменной поверхности в течение производственного сезона.

Повышение интенсивности теплообмена в секционных аппаратах достигается в результате увеличения скорости движения парогазовой смеси или греющего конденсата в межтрубном пространстве, а также увеличения скорости движения нагреваемого сока по трубам.

Шестиходовые подогреватели А2-ПСС имеют два раздельных подвода греющего пара и отвода конденсата: один - на первые три секции по ходу сока и второй на последующие три секции, что позволяет осуществить их грев парами разного потенциала. Это, наряду с уменьшением занимаемой полезной площади, снижает суммарное гидравлическое сопротивление двух групп подогревателей и расширяет диапазон их использования на заводах различной производительности.

Методические указания и рекомендации согласованы НПО "Сахар" и Укрниипродмашем 29.09.89.

2. Технические данные секционных подогревателей и теплообменников

(Составлены на основании ОСТ 27-31-204-86, ОСТ 27-31-819-86 и данных завода-изготовителя)

Типоразмер теплообменного аппарата	Номин. площадь поверх. теплообмена, F	Число ходов (секций), n шт.	Число теплообмен. труб D 33x1,5 мм в одном ходу, m шт.	Диаметр и толщина стенки корпуса секции, мм	Номин. производит. по нагрев. продукту,	Номин. потребление греющего пара или конденсата, т/ч	Гидравлическое сопротивление (МПа) при номинальном расходе
							сока	конденсата
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Подогреватели
А2-ППС-30	30	6	11	194x3	75	2,3	0,20	-
А2-ППС-45	45	"	15	219x6	100	3,1	0,20	-
А2-ППС-60	60	"	19	219x6	150	6,0	0,22	-
А2-ППС-90	90	"	30	273x7	225	6,9	0,20	-
А2-ППС-120	120	"	42	325x8	300	12,0	0,18	-
А2-ПСС-30	30	"	11	194x3	90	1,6	0,22	-
А2-ПСС-45	45	"	15	219x6	115	2,16	0,22	-
А2-ПСС-60	60	"	19	219x6	170	4,0	0,22	-
А2-ППС-90	90	"	30	273x7	270	4,8	0,26	-
А2-ПСС-120	120	"	42	325x8	340	9,0	0,22	-
А2-ПСС-30-4	30	4	15	219x6	90	2,5	0,13	-
					85	2,5	0,13	-
А2-ПСС-40-4	40	"	19	219x6	120	3,3	0,14	-
					115	3,3	0,14	-
А2-ПСС-60-4	60	"	30	273x7	150	4,0	0,13	-
					170	4,0	0,13	-
А2-ПСС-80-4	80	4	42	325x8	200	7,5	0,14	-
					250	7,5	0,14	-
А2-ПСС-120-4	120	4	62	426x9	300	8,0	0,12	-
					340	8,0	0,12	-
А2-ПСС-180-4	180	4	92	530x9	450	12,0	0,10	-
А2-ПСС-240-4	240	4	124	630x9	600	16,0	0,10	-
А2-ПСС-30-2	30	2	30	273x7	115	1,7	0,05	-
А2-ПСС-60-2	60	2	62	426x9	250	3,9	0,05	-
Теплообменники
А2-ПТС-20	20	4	11	194x3	75	45,0	0,147	0,13
А2-ПТС-40	40	"	19	219x6	150	90,0	"	"
А2-ПТС-60	60	"	30	273x7	225	135,0	"	"
					200	135,0	"	"
А2-ПТС-80	80	"	42	325x8	300	180,0	"	"
А2-ПТС-120	120	"	62	426x9	450	270,0	"	"
А2-ПТС-180	180	"	92	530x9	600	360,0	"	"

Примечание. 1. Рабочее давление в паровой камере подогревателей не более 0,343 МПа.

2. Рабочее давление в соковой камере подогревателей, а также в соковой и греющей камере теплообменников - не более 0,589 МПа.

3. Материал труб подогревателей А2-ППС-латунь Л-68 или н/ж.

4. Материал теплообменных труб подогревателей А2-ПСС и теплообменников А2-ПТС сталь 08Х18Т1, 12Х18Н10Т, 10Х18Н10Т.

5. Высота (длина) теплообменных труб всех типоразмеров секционных аппаратов - 5 м.

3. Общие указания

Разработчики оборудования (Укрниипродмаш и ПО "Укрсахтехэнергоремонт") на основании проектно-конструкторских расчетов, а также результатов экспериментальных исследований и промышленной эксплуатации рекомендуют.

3.1. Для нагрева циркуляционного и диффузионного сока подогреватели А2-ППС и теплообменники А2-ПТС.

3.2. Для нагрева остальных продуктов сахарного производства подогреватели А2-ППС и теплообменники А2-ПТС.

3.3. Для обеспечения минимального накипеобразования при оптимальном гидравлическом сопротивлении выдерживать скорости движения сока в теплообменных трубах в следующих пределах:

- циркуляционный сок	2,4 - 2,8 м/с;
- диффузионный сок	2,8 - 3,0 м/с;
- преддефекованный сок	2,0 - 2,4 м/с;
- сок I сатурации нефильтрованный	2,0 - 2,2 м/с;
- сок I сатурации фильтрованный	3,3 - 3,5 м/с;
- сок перед выпарной установкой	2,0 - 2,2 м/с;
- жомопрессовая вода	2,0 - 2,4 м/с.

3.4. Величины коэффициентов теплопередачи для предварительных ориентировочных расчетов необходимой поверхности теплообмена секционных аппаратов:

- для циркуляционного сока	2000 ;
- для диффузионного сока	2200 ;
- для преддефекованного сока	2300 ;
- для нефильтрованного сока I сатурации	2800 ;
- для фильтрованного сока I сатурации	2600 ;
- для сока перед выпарной установкой	2200 ;
- для жомопрессовой воды	2200 .

3.5. Скорость движения конденсата в межтрубном пространстве теплообменников А2-ПТС не более 1,5 м/с.

3.6. На станциях нагрева, имеющих 3 или 4 группы подогревателей, давление перед первой группой не должно превышать 0,589 МПа.

4. Методика теплового расчета и выбора подогревателей и теплообменников

4.1. Выбор исходных данных из технологических нормативов и расчетов, а также тепловой схемы и расчета выпарной установки, выполненных в соответствии с заданием на проектирование.

Необходимые исходные данные:

- суточная техническая мощность сахарного завода по переработке свеклы А (т/сут);

- вид и количество нагреваемого продукта, пределы нагрева и удельный расход тепла и пара на нагрев;

- теплофизические характеристики нагреваемого продукта и теплоносителя (теплоемкость, плотность, содержание сухих веществ, температуры, энтальпия, теплота парообразования и др).

4.2. Учитывая п. 3.3 настоящих указаний определяем необходимое число теплообменных труб в одном ходе подогревателя в пределах рекомендуемых скоростей по формуле (для труб диаметром 33x1,5 мм).

, шт., (1)

где а - % к м. св. - количество нагреваемого продукта.

-  - плотность (объемная масса),

u - м/с рекомендуемые п. 3.3 скорости движения нагреваемого продукта.

Определение производится для верхнего и нижнего пределов скорости.

4.3. По исходным данным (п. 4.1) определяем располагаемую разность температур на подогреватель по формуле:

,°С, (2)

где - °С - начальная температура нагреваемого продукта,

- °С - конечная температура

Т - °С - температура греющего пара.

4.4. Ориентировочно определяем необходимую площадь поверхности теплообмена подогревателя по формуле:

, , (3)

где А - т/сут - суточная технологическая мощность завода,

q - кДж/т - удельный расход тепла на подогреватель,

К - - коэф. теплопередачи (из п. 3.4),

- °С - располагаемая разность температур (по п. 4.3).

4.5. Ориентируясь на результаты, полученные по формулам 1, 2, 3, а также указание пп. 3.1, 3.2 предварительно выбираем типоразмер подогревателя к установке и выполняем его поверочный расчет.

4.6. Если не удается выбрать подогреватель с необходимой величиной поверхности теплообмена и числом труб в ходу в пределах интервала вычисленного по формуле (1), рекомендуется заглушить часть труб в центре трубной решетки до расчетной величины, предусмотреть последовательное или параллельное соединение нескольких аппаратов и т.п.

Для подогревателя принятой конструкции определяется фактическая величина поверхности теплообмена по формуле (для труб диаметром 33x1,5 мм,  мм, высотой 5 м):

, (4)

где m - шт. - число трубок в ходе предварительно выбранного типоразмера подогревателя с учетом корректировки;

n - шт. - число ходов подогревателя (теплообменника).

5. Уточненный поверочный расчет подогревателя

5.1. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке определяем по номограмме рис.1 (см. том 1), где , с учетом интенсификации процесса теплообмена (К=1,25) за счет наличия в подогревателях А2-ППС и А2-ПСС эжектора, т.е. , , где: - коэфф. теплоотдачи по номограмме рис. 2 при пленочной конденсации паров и ламинарном стекании пленки конденсата.

5.1.1. Напряжение поверхности нагрева определяем по формуле:

(5)

где Д - % к м. св. - удельный расход пара на подогреватель,

- м - площадь поверхности нагрева подогревателя (при отсутствии заглушённых труб принимается равной ).

5.1.2. Высота труб у выпускаемых подогревателей l=5 м (примечание 5 к п. 2).

5.1.3. Температура конденсата принимается по данным теплового расчета выпарной установки либо по формуле:

, °C (6)

5.2. Термическое сопротивление стенки вычисляем по формуле:

,  (7)

где - м - толщина стенки теплообменной трубы ( мм = 0,0015 м),

- - коэффициент теплопроводности материала стенки.

Для латунных труб

Для нержавеющих труб  .

5.3. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту определяем по номограмме рис. 3 (см. том 1) где

.

5.3.1. Скорость движения нагреваемого продукта по трубам определяется по формуле:

, м/с, (8)

5.3.2. Концентрация раствора (нагреваемого продукта) СВ % по технологическим данным.

5.3.3. Средняя расчетная температура нагреваемого продукта для подогревателей определяется по формуле:

, °C,  (9)

- для теплообменников:

, °С, (9)

5.4. На основании определенных выше частных составляющих вычисляем коэффициент теплопередачи для чистой стенки по формуле:

, , (10)

(Кривизной теплообменных труб пренебрегаем).

5.5. Расчетный коэффициент теплопередачи с учетом коэффициента использования поверхности теплообмена определяется по формуле:

, (11)

где - коэффициент использования поверхности теплообмена.

Временно с учетом накопленного в настоящее время опыта рекомендуется принимать следующие величины коэффициента использования для различных продуктов свеклосахарного производства, при условии соблюдения рекомендуемых в п. 3.3 скоростей.

Вид нагреваемого продукта
Циркуляционный сок	0,7 - 0,8
Диффузионный сок	0,6 - 0,7
Преддефекованный сок	0,8 - 0,9
Сок I сатурации нефильтрованный	0,9 - 0,95
Сок 1 сатурации фильтрованный	0,8 - 0,85
Сок перед выпарной установкой	0,8 - 0,9
Жомопрессовая вода	0,7 - 0,8

5.6. Потребную разность температур определяем по формуле

, °С (12)

где r=кДж/кг - теплота парообразования греющего пара.

5.7. Запас производительности с учетом неравномерности работы завода определяем по формуле

(13)

В случае горизонтальной установки подогревателей запас производительности будет иметь большее значение.

6. Особенности теплового расчета и выбора теплообменников

6.1. Кроме числения по формуле (1) дополнительно определяются часовые количества нагреваемого продукта и конденсата, используемого в качестве теплоносителя, по формулам:

, , (14)

, т/ч, (15)

где - % к м св. - количество конденсата-теплоносителя.

6.2. Предварительный выбор теплообменника осуществляется на основании расчетов по формулам 1, 14 и 15.

6.3. Коэффициент теплоотдачи от греющего конденсата к стенке определяет по формуле:

, (16)

где , С - средняя температура греющего конденсата на входе и выходе из теплообменника

, м/с - скорость движения конденсата в межтрубном пространстве;

- - плотность конденсата при средней температуре;

- м - внутренний диаметр корпуса (секции) теплообменника;

- 0,033 м - наружный диаметр теплообменных труб;

, м - эквивалентный диаметр межтрубного пространства

6.4. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту определяется по номограмме рис. 3.

6.5. Располагаемая разность температур для противоточного теплообменника определяется по формуле:

, °C, (17)

где - °C - большая разность температур между греющей и нагреваемой жидкостями;

- °С - меньшая разность температур между греющей и нагреваемой жидкостями:

При , °С.

6.6. Расчетная поверхность нагрева теплообменника вычисляется по формуле (3) и для определения запаса производительности сравнивается с номинальной (либо фактической в случае отключения части труб как рекомендуется в п. 4.6) поверхностью теплообмена

(18)