Механический расчёт теплообменника

3.1 Выбор конструкционных материалов

Для изготовления кожуха, распределительной камеры, крышек, крышек теплообменника приняли конструкционный материал, согласно ГОСТ 14637-79

Для изготовления трубной решётки теплообменника приняли конструкционный материал согласно ГОСТ 8733-74.

Маркируем теплообменник:

800 ТНГ – 0,6 – 0,4 – М — 2

25 Г -6

3.2 Механические свойства сталей

Согласно [6, с.39, 57, 66] составим таблицу 7.

Таблица 7 – Механические свойства сталей

Материал

Технические требования

Механический расчёт теплообменника в

Механический расчёт теплообменника m

B Cm 3 Сп 5

ГОСТ 380 — 71

380

26

250

Сm 20

ГОСТ 8731 — 74

420

21

3.3 Определение допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение для рабочих условий Механический расчёт теплообменника , МПа. для стали B Cm 3 Сп 5 определим по таблице:

Таблица 8 — Допускаемые напряжения для сталей

Расчетная температура, °С

Допускаемое напряжение σ* МПа, для сталей

ВСт3

20, 20К

09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1

10Г2

12ХМ

12ХМ

15Х5М

15Х5М-У

15Х5М-У

08Х22Н6Т,

08Х21Н6М2Т

03Х21Н21

М4ГБ

03Х18Н11

03Х16Н15

МЗ

06ХН28М

ДТ, 03ХН28МДТ

20

140

147

183

180

147

147

155

146

240

240

180

160

153

147

100

134

142

160

160

141

235

207

173

133

140

138

150

131

139

154

154

138

230

200

171

125

130

130

200

126

136

148

148

145

145

152

134

225

193

171

120

120

124

250

120

132

145

145

145

145

152

127

220

173

167

115

113

117

300

108

119

134

134

141

141

147

120

210

167

149

112

103

110

350

98

106

123

123

137

137

142

114

200

143

108

101

107

375

93

98

116

108

135

135

140

110

180

141

107

90

105

Продолжение таблицы 8

Расчетная температура, °С

ВСт3

20, 20К

09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1

10Г2

12ХМ

12ХМ

15Х5М

15Х5М-У

15Х5М-У

08Х22Н6Т,

08Х21Н6М2Т

03Х21Н21

М4ГБ

03Х18Н11

03Х16Н15

МЗ

06ХН28М

ДТ, 03ХН28МДТ

400

85

92

105

92

132

132

137

105

170

140

107

87

103

410

81

86

104

86

130

130

136

103

160

107

83

420

75

80

92

80

129

129

135

101

155

107

82

430

70

75

86

75

127

127

134

99

140

107

81

440

67

78

67

126

126

132

96

135

107

81

450

61

71

61

124

124

131

94

130

107

80

460

55

64

55

122

122

127

91

126

470

49

56

49

117

117

122

89

122

480

44

53

44

114

114

117

86

118

490

105

105

107

83

114

500

96

96

99

79

108

520

69

69

74

66

85

540

50

47

57

54

58

560

33

41

40

45

Механический расчёт теплообменника * (22)

Где n – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

Механический расчёт теплообменника * — нормативно допускаемое напряжение, МПа

Допускаемое напряжение из условия испытания Механический расчёт теплообменника , МПа определим по формуле

Механический расчёт теплообменника (23)

Где Механический расчёт теплообменника m20 — минимальное значение предела текучести при температуре 20 0С, МПа.

Таблица 9 – Предел текущей стали

Температура

T, 0С

Марка стали

Температура

T, 0С

Марка стали

ВСт3

10

20

20К

09Г2С

16ГС

ВСт3

10

20

20К

09Г2С

16ГС

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

210

195

220

280

350

147

132

159

185

100

201

188

213

240

375

140

123

147

174

150

197

183

209

231

400

158

200

189

177

204

222

410

156

250

180

168

198

218

420

138

300

162

150

179

201

3.4 Определение пробного давления испытания согласно [2, с.9]

Механический расчёт теплообменника (24)

Где Pp — расчётное давление, МПа

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

Механический расчёт теплообменника (25)

Где Сэ — прибавка для компенсации эрозии;

П — проницаемость среды в материале ( скорость коррозии)

Механический расчёт теплообменника — срок службы аппарата.

3.6 Расчёт на прочность цилиндрической обечайки

Расчётная толщина стенки цилиндрической части корпуса, определяется по формуле:

Механический расчёт теплообменника (26)

Где Pp — расчётное давление, МПа;

Pи — пробное давление, МПа;

Механический расчёт теплообменника — коэффициент прочности сварного шва;

Механический расчёт теплообменника — допускаемое напряжение при рабочих условиях, МПа;

Механический расчёт теплообменника — допускаемое напряжение из условия испытания, МПа.

Коэффициент прочности сварного шва принимали по таблице 10.

Таблица 10 — Коэффициент прочности сварных швов (φ)

Вид сварного шва

φ

При контроле 100% длины шва

При контроле от 10 до 50% длины шва

Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой

1,0

0,9

Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный вручную

1,0

0,9

Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в про =SUM(ABOVE) 0 цессе сварке металлическую подкладку со стороны корня шва

0,9

0,8

Тавровый, с конструктивны зазором свариваемых деталей

0,8

0,65

Стыковой, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны, с флюсовой или керамической подкладкой

0,9

0,8

Стыковой, выполненный вручную с

Одной стороны

0,9

0,65

Исполнительная толщина стенки S, м определяется по формуле:

S=Sp+C+C0 (27)

Где Sp — расчётная толщина стенки

C — прибавка к расчётной толщине стенки. М;

C0 — прибавка на округление размера до стандартного размера, м

По рекомендациям ОСТ 26-91 и по соображениям жёсткости конструкции принимаем S = 6мм

3.7 Определение толщины крышки

Расчётная толщина крышки Sпр определяется по формуле:

Механический расчёт теплообменника (28)

Где к – коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки.

3.8 Определение толщины трубной решётки.

Толщина трубной решётки S, м, определяется исходя из условия закрепления труб сваркой по формуле:

Механический расчёт теплообменника (29)

Где dн — наружный диаметр трубок, м;

t — шаг трубок, м

3.9 Выбор фланцевого соединения

Согласно [ 2, с.91] приняли плоские приварные фланцы типа выступ-впадина. Материал BCm 3 Сп 3

3.10 Расчёт температурных напряжений в трубах и корпусе

Расчёт ведём по формуле

Механический расчёт теплообменника (30)

Где Механический расчёт теплообменника — коэффициент линейного расширения материала и труб соответственно

tк, tт — средняя температура корпуса и труб;

Ек, Ет — модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

Fт, Fк — площадь сечения труб и корпуса соответственно.

Fт=n· Механический расчёт теплообменника ·(dн2-dвн2) (31)

где n — общее число труб;

dн- наружный диаметр труб, м;

dвн- внутренний диаметр труб, м

Площадь сечения корпуса

Fк = Механический расчёт теплообменника (Дн2-Двн2) (32)

Где Дн — наружный диаметр аппарата, м;

Двн — внутренний диаметр аппарата, м.

    Примеры технологического, гидравлического и механического расчетов теплообменных аппаратов приведены в [8].

Варианты контрольных заданий

Рассчитать и пообобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата при следующих данных:

Рабочая среда

Назначение аппарата

Параметры рабочей среды

Массовый расход

G, кг/ч

Температура, 0С

Абсолютное давление

Pх10-5, Па

Допускаемые потери давления Pх10-5, Па

Начальная

Конечная

Спирт этиловый

Холодильник

22000

90

40

1,5

0,20

Бензол

30000

100

30

2,0

0,13

Толуол

16000

110

25

1,3

0,12

Этилацетат

18000

77

30

10,0

0,15

Азот

26000

150

20

2,0

0,3

Хлорбензол

12000

130

30

1,5

0,15

Кислота уксусная (50%)

24000

90

40

1,0

0,11

Воздух

Нагреватель

12000

20

110

2,5

0,19

Хлорбензол

20000

30

100

1,3

0,20

Четырёххлористый углерод

14000

25

90

2,0

0,13

Спирт метиловый

22000

35

100

3,0

0,25

Азот

7000

30

130

2,0

0,30

Толуол

16000

25

95

1,3

0,12

Спирт этиловый

26000

40

90

1,5

0,20

Бензол

10000

40

70

1,0

0,14

Бензол

Конденсатор

9500

2,5

0,16

Толуол

12000

1,3

0,23

Уксусная кислота (50%)

2000

1,5

0,16

Спирт бутиловый

5500

1,0

0,11

Толуол

10000

1,5

0,20

Спирт метиловый

18000

1,5

0,12

Хлорбензол

3500

1,2

0,14

Спирт этиловый

8000

1,5

0,18

Четырёххлористый углерод

21000

2,0

0,16

Бензол

Испаритель

18000

40

1,4

Толуол

32000

30

1,2

Спирт этиловый

24000

25

1,0

Спирт бутиловый

48000

20

1,1

Четырёххлористый углерод

21000

28

1,2

Уксусная кислота (50%)

20000

35

1,3

Ваш отзыв

Рубрика: Теплообменники

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *