Общая последовательность выполнения работы

Этап 1. Сбор данных о свойствах теплоносителей.

На первом этапе по справочной литературе находят сведения об основных свойствах теплоносителей при заданных рабочих условиях (температура и давление):

– физические свойства (внешний вид, температура кристаллизации, кипения, вязкость, коэффициент поверхностного натяжения);

– теплофизические свойства (теплоемкость, удельная теплота парообразования, коэффициент теплопроводности);

– коррозионные свойства (скорость коррозии основных конструкционных материалов в среде теплоносителей при рабочих температурах);

– взрывопожароопасные свойства (температура вспышки, температура самовоспламенения, концентрационные пределы распространения пламени).

Все эти данные необходимы для последующего обоснованного выбора конструктивного исполнения аппарата, выполнения тепловых, гидравлических и механических расчетов, разработки мероприятий по охране труда и промышленной безопасности.

Этап 2. Выбор типа аппарата, разработка схемы соединения теплообменника трубопроводами и с другим оборудованием.

На основании полученного задания выбирают тип аппарата (испаритель, конденсатор, холодильник или теплообменник) и нормативный документ, в котором приводятся его технические показатели.

Принимают техническое решение о вертикальном или горизонтальном размещении теплообменника, о направлении движения теплоносителей по трубному и межтрубному пространствам. При этом следует выполнять следующие правила:

– теплоносители, которые только нагреваются или охлаждаются (без испарения или конденсации), должны двигаться в теплообменнике в турбулентном режиме (Reтр > 10000, Reмтр > 1000);

– если ни один из теплоносителей не испаряется или не конденсируется, они должны двигаться, как правило, противотоком;

– в трубное пространство, которое поддается механической чистке, следует подавать теплоноситель, дающий отложения на теплообменной поверхности;

– направление движения теплоносителей по возможности должно совпадать с направлением их естественной конвекции;

– при пуске и эксплуатации в теплообменнике не должны образовываться газовые «мешки», застойные зоны;

– при подготовке оборудования к ремонту из теплообменника теплоносители должны полностью удаляться.

Разрабатывают принципиальную технологическую схему соединения теплообменника трубопроводами с емкостями, насосами, реакторами, массообменными аппаратами с указанием контрольных точек технологического контроля теплообменного процесса.

Этап 3. Определение необходимых технологических и конструктивных параметров.

На этом этапе выполняют предварительный тепловой расчет, в ходе которого:

– определяют температурную схему теплообменного процесса;

– по уравнениям теплового баланса определяют расходы теплоносителей и их температуры на входе и выходе из теплообменника;

– вычисляют средний температурный напор, находят средние температуры теплоносителей;

– по приближенному значению коэффициента теплопередачи для данного вида теплообмена находят ориентировочный размер площади поверхности теплообмена;

– определяют, при необходимости, число труб в одном ходе для обеспечения турбулентного режима движения теплоносителя.

Этап 4. Подбор стандартного теплообменного аппарата.

По нормативному документу (каталогу, техническим условиям, стандарту) выбирают стандартный теплообменный аппарат, который соответствует найденным параметрам, и выписывают его конструктивные параметры. При необходимости используют группу одинаковых теплообменников, соединенных последовательно или параллельно.

Этап 5. Поверочный расчет выбранного аппарата. Выполняют тепловые, гидравлические и механические расчеты. При выполнении тепловых расчетов:

– по справочной литературе или с помощью специализированных методик и программ находят теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах;

– рассчитывают коэффициент теплопередачи или удельный тепловой поток;

– определяют избыток/недостаток фактической площади теплообменной поверхности по отношению к рассчитанному значению и принимают решение о возможности применения выбранного теплообменника.

Этап 6. Оформление расчетно-пояснительной записки, проектирование теплообменного аппарата и защита курсового проекта комиссии согласно графику. Правила оформления и аттестации курсового проекта представлены в методических указаниях [21].