Расчет кожухотрубного теплообменника (стр. 3 из 6)
Группа материального исполнения – М1. Материал: кожуха – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-89; трубы – сталь 10 ГОСТ 8733-87 [1, табл. 2.2].
2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху
Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина Sр(min) (в мм) должна быть не менее [1, с. 45]
, (11)где с – прибавка для стальных трубных решеток, мм, с = 5 мм;
dн – наружный диаметр теплообменных трубок, мм, dн = 25 мм.
По формуле (11):
мм.Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и уловного давления в аппарате [1, табл. 2.3]:
Sр = 27 мм.
Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.
По [1, с. 46] определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при dн = 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [1, табл. 2.6].
Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рис. 3.
Рис. 4 Размещение отверстий в трубных решетках
Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по [1, табл. 2.7], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:
D0 = 287 мм,
2R = 281 мм,
Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам:
0 ряд – 6
1 ряд – 9
2 ряд – 8
3 ряд – 7
4 ряд – 4
Общее число труб в решетке – 56 шт.
Отверстия в трубных решетках выполняем гладкими. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм.
Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. 4).
Рис.5 Крепление труб в трубной решетке развальцовкой споследующей отбортовкой
Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.
По [1, табл. 2.8] в соответствии с ГОСТ 26291-94 принимаем минимальную толщину стенки корпуса S = 6 мм.
2.3 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними. Отбойники
Применяем внутренние поперечные перегородки с диаметрально чередующимся в них сегментными средами для поддержания расстояния между трубами (рис. 6).
Рис.6 Конструктивная схема поперечных перегородок
Диаметр отверстий для труб в перегородках 28 мм [1. с. 57]. Номинальный диаметр поперечных перегородок Dп=310 мм [1. с.58].
Неподвижные трубные решетки занимают место во впадинах фланцев корпуса и крышек (рис. 7).
Рис. 7 Узел крепления неподвижной трубной решетки: 1 – решетка трубная; 2 – фланец; 3 – прокладка;4 – трубка теплообменная; 5 – кожух; 6 – крышка.
Для того чтобы теплообменники лучше работали, необходимо обеспечить минимальный зазор между корпусом и перегородкой. Номинальный диаметр Dп поперечных перегородок принимают в зависимости от внутреннего диаметра аппарата [1, с. 58]: Dп = 310 мм при D=315 мм. Максимальное расстояние между перегородками принимаем по [1, с. 58] равным 800 мм, а минимальная толщина перегородок [1, с. 59] 8 мм.
Взаимное расположение поперечных перегородок фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобства его сборки. Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками надеты распорные трубки. Число стяжек принимаем в зависимости от диаметра аппарата [1, с. 59]:
диаметр стяжек – 12 мм,
число стяжек – 4.
При входе среды (пара) в межтрубное пространство теплообменника часто устанавливают отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера (рис. 7).
Рис. 8 Схема размещения отбойника
Отбойник выполняют в виде круглой пластины. Его размер должен быть не меньше внутреннего диаметра штуцера D1, т.е. [1, с. 59].
¸20),D = 200+15=215 мм.
Отбойник не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть [1, с. 59]:
, 
мм.2.4 Выбор крышек и днищ аппарата
Крышки и днища теплообменных аппаратов выбираем в зависимости от диаметра кожуха. Наиболее распространенной формой днищ и крышек является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр (рис. 8).
Рис. 9 Днище эллиптическое с отбортовкой
По [3, табл. 16.1] выбираем размеры днища эллиптического отбортованного стального диаметром 800 мм:
Sd = 6 мм, Нd = 81 мм, hу = 25 мм.
Днище 325 х 6-25 ГОСТ 481-58 [3, табл. 16.1].
Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата.
Марка стали – 09 Г 2 С [3, табл. 16.1].
2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов
Присоединение трубопроводов к теплообменным аппаратам бывает разъемным и неразъемным. Разъемное присоединение труб осуществляется при помощи фланцевых резьбовых штуцеров. При диаметре трубопроводов более 10 мм применяют фланцевые штуцеры.
Диаметр штуцера зависит от расхода и скорости теплоносителя [1, с. 64]:
, (12)где V – объемный расход теплоносителя, м3/с;
– скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с;S – площадь поперечного сечения штуцера, м2,
.Скорости движения теплоносителей в штуцерах выбирают по [1, табл. 1.4], принимая их несколько большими, чем в аппарате.
Диаметр штуцера:
, (13)Диаметр штуцеров для входа и выхода воды рассчитываем по уравнению (13), принимая скорость движения воды в штуцерах равной 2,0 м/с.
м.Принимаем dш = 50 мм.
Диаметр штуцеров для насыщенного водяного пара и конденсата, расход которых D = 6,24·10-1 кг/с.
Тогда объемный расход пара:
м3/с,а конденсата:
м3/с.Тогда, принимая скорость пара в штуцере
м/с, получаем: 
м.Принимаем dп = 100 мм.
Скорость конденсата в штуцере
м/с, тогда 
м.Принимаем dк = 32 мм.
Принимаем штуцера со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом (тип 1 – рис. 10).
Рис. 10 Фланец для штуцеров
Выбираем по Dу и ру = 0,6 МПа [3, табл. 21.9].
Основные размеры фланцев:
· фланцы штуцеров для ввода и вывода воды – Фланец 50-3 ГОСТ 1255-67: Dу = 50 мм, Dб =110 мм, Dф = 140 мм, h = 13 мм, z = 4 шт, dб =12мм;
· фланец штуцера для ввода водяного пара – Фланец 100-3 ГОСТ 1255-67: Dу =100 мм, Dб = 170 мм, Dф = 205 мм, z = 4 шт, h = 15 мм, dб = 16 мм;
· фланец штуцера для вывода конденсата – Фланец 30-3 ГОСТ 1255-67: Dу =32 мм, Dб = 90мм, Dф = 120 мм, h = 15 мм, z = 4 шт, dб = 18 мм.
Для присоединения крышек к корпусу аппарата используем тип 2 диаметром 325 мм (рис. 10).
Рис. 11 Фланец для аппарата
По [3, табл. 21.9] выбираем основные размеры фланцев для аппарата: фланец I-325-3 ГОСТ 1235-67: Dб = 395 мм, Dф = 435 мм, h = 20 мм, dб = 20 мм, z = 12т; прокладка – паронит ГОСТ 481-80.
2.6 Проверка необходимости установки компенсирующего устройства
Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.
В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).