Коэффициент теплоотдачи природного газа

Кожухотрубчатый теплообменник

Расчет кожухотрубчатого теплообменника для охлаждения природного газа. Определение физических характеристик охлаждаемого газа, коэффициента теплоотдачи для трубного пространства. Расчет тепловой изоляции теплообменника. Конструктивно-механический расчет.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Камчатский государственный технический университет»

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

«Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий»

Выполнил: студент гр. 11 ТМБ ФЗО

Кожухотрубчатые теплообменники (рис.1) предназначены для нагрева, охлаждения, конденсации и испарения жидких и газообразных сред в технологических процессах нефтяной, химической, биохимической, нефтехимической и газовой отраслях промышленности.

По назначению аппараты делятся на теплообменники (Т), холодильники (Х), конденсаторы (К) и испарители (И).

По конструкции — на аппараты с неподвижными трубными решетками (тип Н), с температурным компенсатором на кожухе (тип К), с плавающей головкой (тип П) и с U-образными трубами (тип У).

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения различных сред с температурой теплообменивающихся сред от -30 до +350оС (типы ТН и ТК) и от -30 до +450оС (типы ТП и ТУ).

Холодильники — для охлаждения различных жидких или газообразных сред пресной, морской водой или хладагентами с температурой охлаждаемой среды в кожухе от 0 до +300оС (типы ХН и ХК) и от 0 до +400оС (тип ХП) и температурой охлаждаемой среды в трубах от -20 до +60оС.

Конденсаторы — для конденсации и охлаждения парообразных сред пресной, морской водой или другими хладагентами с температурой конденсируемой среды в кожухе от 0 до +300оС (типы КН и КК) и от 0 до +400оС (тип КП) и температурой охлаждаемой среды в трубах от -20 до +60оС.

Испарители — для нагрева и испарения различных жидких сред с температурой греющей и испаряемой сред от — 30 до +350оС (типы ИН и ИК) и от -30 до 450оС (типы ИП и ИУ).

Холодильные конденсаторы (тип КТ) — для сжижения хладагента в аммиачных и углеводородных (пропан, пропилен) холодильных установках общепромышленного назначения, работающих в пределах температур конденсируемого хладагента от 0 до +100оС, при температуре охлаждающей среды от -20 до +50оС.

Холодильные испарители (тип ИТ) — для охлаждения воды и растворов давлением до 0,6 МПа в аммиачных и углеводородных (пропан, пропилен) холодильных установках общепромышленного назначения, работающих в пределах температур насыщения от +40 до -40°С; жидких технологических сред давлением 1-2,5 МПа в установках, работающих в пределах насыщения от +40 до -60°С.

Теплообменные аппараты типов П и У применяют при значительной разности температур стенок кожуха и труб, а также в случае необходимости механической чистки трубного пучка снаружи.

Теплообменные аппараты различают по:

расположению — вертикальными (типы Н, К и П) и горизонтальными (типы Н, К, П и У);

числу ходов в трубном пространстве — одноходовыми — (типы Н и К), двухходовыми (типы Н, К, П и У), четырехходовыми (типы Н, К и П) и шести ходовыми (типы Н, К и П);

компоновке — одинарными и сдвоенными;

материалу основных узлов и деталей — с деталями трубного и межтрубного пространств из углеродистой или коррозионностойкой стали; с деталями трубного пространства из коррозионностойкой стали, а межтрубного пространства — из углеродистой стали; с трубами из латуни или алюминиево-магниевого сплава и деталями межтрубного пространства из углеродистой стали.

Теплообменные аппараты изготовляют с кожухами диаметром 159; 273; 325; 400; 426; 630; 800; 1000; 1200 и 1400 мм (для типов Н и К); 1600; 1800 и 2000 мм (для типа Н); 325; 400; 426; 500; 530; 600; 630; 800; 1000; 1200 и 1400 мм (для типов П и У) и 800; 1000; 1200; 1600; 2400; 2600 и 2800 мм (для испарителей типов П и У).

Для стандартных теплообменных аппаратов типов Н и К применяют трубы 20Ч2 и 25Ч2 мм; для аппаратов типа П —трубы 20Ч2, 25Ч2 и 25Ч2,5 мм; для аппаратов типа У — трубы 20Ч2 мм.

В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе трубы расположены по вершинам равностороннего треугольника.

В кожухотрубчатых теплообменниках с U-образными трубами, теплообменниках и холодильниках с плавающей головкой трубы расположены по вершинам квадрата или равностороннего треугольника; в конденсаторах с плавающей головкой — по вершинам равностороннего треугольника; в испарителях с паровым пространством — по вершинам квадрата. Трубы в трубных решетках крепят методом развальцовки или обварки с подвальцовкой

К кожухотрубчатым теплообменным аппаратам с плавающей головкой относятся теплообменники, холодильники, конденсаторы типов ТП, ХП, КП и их модификации.

К кожухотрубчатым теплообменным аппаратам с U-образными трубами относятся теплообменники типа ТУ и их модификации.

Аппараты предназначены для теплообмена жидких и газообразных сред в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.

Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения 520м3/ч (при нормальных условиях) природного газа от t1н. = 46°С до

Состав природного газа (при нормальных условиях):

Источник

4. Поверочный тепловой расчет конвективных

Основными уравнениями при расчете конвективного теплообмена являются:

уравнение теплового баланса

,кВт (4.2)

Расчет считается завершенным при выполнении равенства

, (4.3)

где H –расчетная поверхность нагрева газохода, м 2 . Для водотрубных котлов H= n dl, м.

Здесь n -число труб наружным диаметром d (м) в газоходе; l -длина труб, соответствующая высоте газохода, м; H / и H // -энтальпия газов до и после газохода, определяемая по H- -диаграмме при данном α ; Δα -величина присоса холодного воздуха в газоход (табл. 4); B и φ -принимается из теплового баланса котла (гл. 2); Δ t_ср -температурный напор, определяемый как

Δt_ср =_cр – t_H , 0 С, (4.4)

где — средняя температура газов в газоходе (при условии охлаждения газов не более чем на 300 о С); t _H — температура охлаждающей среды. Для парового котла t_н принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, а для водогрейного – равной полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, о С.

k -коэффициент теплопередачи от газов к нагреваемой среде, подсчитывается из выражения

где α₁ -коэффициент теплопередачи от газов к стенке, Вт/(м 2  о C). В этом выражении α₁=ξ(α_К+α_Л ); ξ — коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева, вследствие неравномерного омывания ее газами. Для поперечно омываемых пучков ξ = 1,0;

ψ — коэффициент тепловой эффективности, определяется по табл. 17, 18.

Коэффициент тепловой эффективности ψ для конвективных поверхностей

нагрева при сжигании различных твердых топлив

Каменные, бурые угли (кроме подмосковных и канско-ачинских), промпродукты каменных углей

Бурые угли канско-ачинского месторождения, фрезерный торф и древесное топливо

Сланцы (северо-западные, кашпирские)

Примечание: Для всех топлив, кроме подмосковного угля, требуется очистка конвективных поверхностей нагрева.

Коэффициент тепловой эффективности ψ для конвективных

поверхностей нагрева при сжигании мазута и газа

Скорость продуктов сгорания, м/с

Первые и вторые ступени экономайзеров

с очисткой поверхности нагрева дробью

Пароперегреватели, расположенные в конвективной шахте, при очистке дробью, а также коридорные пароперегреватели в горизонтальном газоходе, без очистки; котельные

пучки котлов малой мощности,

Экономайзеры котлов малой мощности

(при температуре воды на входе 100 о С и ниже)

Первые ступени экономайзеров и одноступенчатые экономайзеры, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них 400 о С

Вторые ступени экономайзеров, пароперегреватели и другие конвективные поверхности нагрева, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них 400 о С

Примечание: Бóльший коэффициент тепловой эффективности принимается для меньшей скорости.

_к — коэффициент теплоотдачи конвекций от газов к стенке, зависящий от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб, характера их омывания, Вт/(м 2  о С) (рис. 4.1  4.3); α_л -коэффициент теплоотдачи излучением, зависящий от температуры газов, толщины излучающего слоя и парциальных давлений трехатомных сухих газов и водяных паров (рис. 4.4).

Коэффициент теплоотдачи излучением α_л, (Вт/(м 2  о С)) определяется:

-для запыленного потока (при сжигании твердого топлива)

-для незапыленного потока (при сжигании газа и мазута)

где α_н — коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис.4.4; — степень черноты потока, определяемая по формуле (3.17); с_г — коэффициент, определяемый по рис. 4.4.

Для определения α_н и коэффициента с_г вычисляется температура загрязненной стенки t₃, о С по выражению

где t_H — средняя температура охлаждающей среды .

Δt при сжигании твердых и жидких топлив принимается равным 60 о С, при сжигании газа  25 о С.

В табл. 19 приведены значения коэффициента загрязнения ε , зависящего от рода сжигаемого топлива, диаметра труб и их расположения, скорости перемещения газов.

Значения коэффициента загрязнения

Источник