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	в		m
B Cm 3 Сп 5	ГОСТ 380 - 71
Сm 20	ГОСТ 8731 - 74

3.3 Определение допускаемых напряжений

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

Таблица 8 - Допускаемые напряжения для сталей

Продолжение таблицы 8

^* (22)

где n – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

^* - нормативно допускаемое напряжение, МПа

Допускаемое напряжение из условия испытания , МПа определим по формуле

(23)

где _m20 - минимальное значение предела текучести при температуре 20 ⁰С, МПа.

Таблица 9 – Предел текущей стали

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

(24)

где P_p - расчётное давление, МПа

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

(25)

где С_э - прибавка для компенсации эрозии;

П - проницаемость среды в материале ( скорость коррозии)

- срок службы аппарата.

3.6 Расчёт на прочность цилиндрической обечайки

Расчётная толщина стенки цилиндрической части корпуса, определяется по формуле:

(26)

где P_p - расчётное давление, МПа;

P_и - пробное давление, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва;

- допускаемое напряжение при рабочих условиях, МПа;

- допускаемое напряжение из условия испытания, МПа.

Коэффициент прочности сварного шва принимали по таблице 10.

Таблица 10 - Коэффициент прочности сварных швов (φ)

Исполнительная толщина стенки S, м определяется по формуле:

S=S_p+C+C₀ (27)

где S_p - 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 S_пр определяется по формуле:

(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:

(29)

где d_н - 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

(30)

где - коэффициент линейного расширения материала и труб соответственно

t_к,t_т - средняя температура корпуса и труб;

Е_к,Е_т - модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

F_т,F_к - площадь сечения труб и корпуса соответственно.

F_т=n· ·(d_н²-d_вн²) (31)

где n- общее число труб;

d_н- наружный диаметр труб, м;

d_вн- внутренний диаметр труб, м

Площадь сечения корпуса

F_к = (Д_н²-Д_вн²) (32)

где Д_н - наружный диаметр аппарата, м;

Д_вн - 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:

Литература

1 Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. – 496 с.

2 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

3 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

4 Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. Т.2. – Калуга: Изд. Н.Бочкаревой, 2002. – 1028 с.

5 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., Химия, 1974. – 344 с.

6 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с.

7 Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование МАХП.- Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.

8 Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): учебное пособие. – М.: Альфа-М, 2008. – 720 с.