Уточненный тепловой расчет теплообменника

3.2.7 Уточненный тепловой расчет теплообменника

 Скорость движения обводненного растворителя в межтрубном пространстве определяем по формуле :

ω_P =   (3.37.)

 где м² – площадь проходного сечения по межтрубному пространству

 кг/м³ – плотность обводненного растворителя

 ω_P= м/с

 Критерий Рейнольдса : Re_p =, (3.38.)

где γ = 0,364∙10^-6 м²∙с - кинематическая вязкость обводненного растворителя.

Rе_р

 Критерий Прандтля.

Рr = , где Вт/м∙К – теплопроводность обводненного растворителя

Рr =

 Коэффициент теплопередачи к обводненному растворителю

  =

= Вт/м²∙К

 Коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара, согласно [6],

  = 10000 Вт/м²∙К

 Коэффициент теплопередачи определяем по формуле :

 К= , где (3.39.)

 Где λ =46 Вт/м∙К – теплопроводность углеродистой стали

 - термическое сопротивление обводненного растворителя

- термическое сопротивление со стороны пара (конденсата)

Тогда К= Вт/м²К

Требуемая поверхность теплообменника составляет :

F= F=м²

Согласно [6] следует, что подходит кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками длиной L=2,0 м и номинальной поверхностью =12,5 м² .

При этом запас Δ==25%

 3.3. Прочностной расчет основных элементов оборудования

3.3.1 Расчет ректификационной колонны

3.3.1.1 Целью расчета является определение толщины стенки обечайки корпуса аппарата, работающего под внутренним давлением.

3.3.1.2 Исходные данные для расчета

- внутренний диаметр обечайки D=0,5 м

- рабочая температура Т=100˚С

- рабочее давление Р= 0,02 МПа

- материал обечайки сталь ВСт3сп

3.3.1.3 Расчет обечайки аппарата

 Толщина обечайки корпуса аппарата определяется из условия прочности и устойчивости. Расчет ведем согласно [7],

Исполнительная толщина обечайки аппарата

 S≥Sp+С(3.40.)

Где Sp – расчетная толщина обечайки , м;

С=С₁+С₂+С₃ – суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, м;

С₁= 0,002м – прибавка для компенсации коррозии и эрозии.

С₂= С₃=0 – прибавка для компенсации минусового допуска и технологического допуска соответственно.

Расчетная толщина обечайки аппарата определяется по формуле :

Sp = , где φ =1 – коэффициент прочности сварного шва (3.41.)

[σ] = 149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт3сп при t=100˚C

Sp =

S ≥ 0,0011+0,002 = 0,0032 м

Принимаем толщину стенки обечайки S=5 мм

Пробное давление определяем по формуле :

Р_пр = 1,25∙р∙, (3.42.)

где [σ]²⁰ = 154 МПа – допускаемое напряжение для стали

ВСт3сп при t=20˚C

 Р_пр = 1,25∙0,02∙ МПа.

Давление при гидроиспытании определяем по формуле :

Р_г.u= Р_пр +P_{г ,} где P_г = =1000∙9,81∙9,5=0,09 МПа (3.43.)

 Р_г.u=0,08+0,09=0,17 МПа

Проверяем выполнение условия :

 Р_г.u< P∙1,35 Р_г.u < 0,02∙1,35 МПа 1,02>0,028 (3.44)

 Условие не выполняется, следовательно нужно производить расчет при гидроиспытании.

 Толщина стенки обечайки при гидроиспытании определяется по формуле:

 Sp₁ =, (3.45.)

 где  - допускаемое напряжение при гидроиспытании. (3.46.)

 МПа – предел текучести для стали ВСт3сп при t = 20˚C

 МПа, тогда Sp₁ =

 S≥0,0013+0,002=0,0033 м

 Исходя из конструктивных соображений принимаем толщину стенки обечайки S=0,009 м, так как обечайка изготавливается из трубы ø529x9 мм.

 Проверяем выполнение условия устойчивости обечайки по формуле:

 где F – осевая сжимающая сила МН; (3.47.)

 - допускаемая осевая сжимающая сила, МН;

 М – изгибающий момент, действующий на колонну от ветра МН∙м;

 - допускаемый изгибающий момент от ветровой нагрузки, МН∙м;

Допускаемая осевая сжимающая сила рассчитывается по формуле :

, (3.48)

где  - допускаемая осевая сжимающая сила из условия

прочности, МН; (3.49.)

-допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости Мн; (3.36)

 Допускаемая осевая сжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругости определяется по формуле :

(3.50.)

 Допускаемая осевая сжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости определяется по формуле :

; (3.51.)

Где Е=1,91∙10⁵ МПа – модуль продольной упругости

=2,4 – коэффициент запаса прочности.

= 2,83∙ℓ_пр/(D+S–c) – гибкость ,(3.52.)

 где ℓ_пр = 23,4 – приведенная расчетная длина обечайки

 ℓ_пр = 2∙9,=19 м (3.53.)

= , тогда

=

МН

= min=0,44 МН

= π∙(0,5+0,009-0,002)∙(0,009-0,002)∙149=1,7 МН

 = МН

 Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле :

, (3.54.)

Где  = 0.25π∙D∙(D+S-c)∙(S-c)∙ - допускаемый изгибающий момент из условия прочности , МН∙м (3.55.)

- допускаемый изгибающий момент из

 условия устойчивости в пределах упругости, МН∙м

=0,25∙3,14∙0,5∙(0,5+0,009-0,002) ∙(0,009-0,002) ∙149=0,21 МН∙м

=МН∙м

 МН∙м

 Осевая сжимающая сила в рабочих условиях определяется по формуле:

, где

- вес обечайки колонны, МН(3.56.)

 (3.57)

= 7850 кг/м³ – плотность углеродистой стали ;

= 0,0025 м³– объем днища;

 = 0,0118 МН- вес внутренних устройств (3.58.)

 = 0,0014 МН – вес среды в аппарате

 = 2∙0,31∙0,008∙7850∙9,81=381,96Н=0,000381 МН

= 0,011 Мн – вес изоляции

 = МН

 = 0,0139+0,000381+0,0118+0,0014+0,011=0,03848 МН

 Для определения изгибающих моментов, для разных состояний аппарата воспользуемся программой расчета изгибающего момента от ветровой нагрузки

 « STR 3» на ЭВМ. Данные расчета приведены на рисунке 3.2.

 Подставляя полученные данные в формулу (3.47) получаем

- условие устойчивости аппарата в рабочих условиях :

  получим <1

Устойчивость обечайки при S= 0,009 м обеспечивается

Похожие работы

Автоматизация процесса селективной очистки масел

Скачать

58065

1

3

... на установке, являются пожароопасными. Поэтому необходимо производить контроль всех технологических параметров, влияющих на безопасность проведения процесса. Этому способствуют средства контроля и автоматизации, применяемые в настоящее время на установке селективной очистки масел. 3.1 Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и сигнализации В экстракционной колонне К – 1 ...

Реструктуризация предприятия на примере НК НПЗ

Скачать

170779

46

0

... ВОПРОСЫ РЕФОРМИРОВАНИЯ И РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ.   Несколько лет назад в качестве одной из мер решения проблемы спада производства возник вариант реформирования и реструктуризации предприятий с привлечением консультантов. Появились и отдельные примеры существенного улучшения финансово-экономического состояния предприятия за счет активизации и использования его внутренних возможностей. К ...