Конструкторский расчет характеристик теплообменного аппарата крхта и теплообменника крхто

Эти расчёты очень просты (см. БС – КРХТА, БС – КРХТО, блок– схему расчета числа труб в пучке БС–n_тп, блок-схему расчёта габаритов Г_А и объёма V_А кожухотрубчатого теплообменного аппарата БС– Г_А,V_А, блок-схему выбора условного давления в теплообменном аппарате БС– Р_у, блок-схему расчёта объёма изоляции V_иА на кожухотрубчатом теплообменном аппарате БС– V_иА, блок-схему расчёта площади покрытия изоляции F_пиА на кожухотрубчатом теплообменном аппарате БС– F_пиА, блок-схему расчёта массы G_А кожухотрубчатого теплообменного аппарата БС– G_А). Расчёты основаны на использовании геометрических формул и данных стандартов теплообменных аппаратов.

Тепловой расчет.

Ядром, основной и наиболее сложной частью алгоритма оптимизации кожухотрубчатых маслоохладителей ОКМО–2005 является алгоритм теплового расчёта (ТР) кожухотрубчатых теплообменников.

ТР включает в себя нахождение теплофизических свойств теплоносителей (термодинамические расчёты), расчёты теплопроводности, теплоотдачи и теплопередачи.

Из 66 задач ТР в проектной практике, в том числе и в алгоритмах ТР любых теплообменников, чаще всего используются два вида ТР:

1. Проектный или прямой тепловой расчёт(ТПР) – определение теоретического, требуемого значения площади F_тот теплопередающей поверхности теплообменника (см. рис.3, Б3 БС–ТР). Исходными данными являются составляющие уравнения теплового баланса теплообменника G_о, t_он, t_ок, η_по, G_в, t_вн, t_вк, η_пв, схема срока сред в теплообменном аппарате СТ_та, схема срока сред в теплообменнике СТ_то, как совокупности теплообменных аппаратов, все размеры проточной части теплообменных аппаратов, из которых комплектуется теплообменник, и другие величины, необходимые для расчёта процессов теплопереноса (теплоотдачи, теплопроводности, излучения, теплопередачи).

Здесь и далее G_о и G_в – расход теплоносителей, отдающего и воспринимающего теплоту, t_он, t_вн, t_ок, t_вк – начальные и конечные температуры этих теплоносителей в теплообменнике, η_по, η_пв – притоки (потери) теплоты в окружающую среду каждым теплоносителем.

При расчёте теплообменников, состоящих из стандартных и нормализованных теплообменных аппаратов, размеры проточной части теплообменных аппаратов берутся из стандартов, нормалей или документации заводов – производителей оборудования. В этом случае в процессе расчёта F_тот проектный тепловой расчёт включает нахождение теоретического, требуемого значения числа аппаратов n_тот в теплообменнике, обеспечивающего передачу требуемого теплового потока Q_тот.

Проектному тепловому расчёту теплообменников, состоящих из аппаратов индивидуального изготовления (т. е. не стандартных и не нормализованных), предшествует конструирование проточной части аппаратов при заданном внутреннем диаметре кожуха D_в. Итогом расчёта, кроме значения F_тот, является требуемая длина пучка труб l _п. Если пропорции аппарата (соотношение D_в и ℓ_п) не устраивают проектанта, конструирование проточной части аппаратов повторяется при других D_в вплоть до достижения приемлемого результата.

Отметим, что аппараты индивидуального изготовления – более дорогие по сравнению со стандартными и нормализованными. Поэтому их расчеты в алгоритме ОКМО–2005 не предусмотрены.

2. Поверочный или обратный тепловой расчёт теплообменника (ПоТР) – нахождение любой пары величин из набора при заданном реальном значении площади F_тор теплопередающей поверхности теплообменника (см. рис.3, Б6 БС–ТР). На рис.3 он обозначен как расчёт конечных температур теплоносителей БС-КТ. Уточняются конечные температуры сред t_окут, t_вкут и рассчитывается соответствующий им реальный тепловой поток Q_тоут.

Оба расчёта основаны на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи. Каждый из расчётов может применяться отдельно, независимо друг от друга.

В алгоритме ОКМО–2005 применён метод трёхэтапного иерархического ТР, разработанный Каневцом Г. Е.[3]

Метод Каневца Г. Е. состоит их трёх последовательных этапов:

1–й этап. Подсистема ПТР. На первом этапе подсистема проектного теплового расчёта (ПТР) обеспечивает нахождение теоретического (требуемого) значения теплопередающей поверхности элементов F_эт, пар F_пт, рядов F_рт и комплексов F_кт элементов или аппаратов (в алгоритме ОКМО–2005 расчёт пар исключён).

2–й этап. Подсистема расчёта реальной площади теплопередающей поверхности теплообменника (комплекса, ряда, пары, элемента) F_тозо с учётом её запаса и округления.

3–й этап. Подсистема ПоТР. Она обеспечивает расчет реальных конечных температур t_окут, t_вкут (в отличие от заданных t_ок, t_вк) и реального теплового потока Q_тоут (в отличие от Q_тот)

Методической основой 1–ого и 3–его этапов ТР является обобщённая универсальная математическая модель (ОУММ…) процесса теплопередачи в теплообменниках[4].Она представляет собою систему уравнений теплового баланса и теплопередачи

,

.

Здесь Ф_э – функция тепловой эффективности теплообменной поверхности, ТИП – типоразмеры теплообменной поверхности,

– тепловая эффективность схемы тока сред.Отсюда вытекает физический смысл Ф_э как величины, равной (при А≤1) либо пропорциональной (при А >1) отношению фактически переданного тепла Q к теоретически предельно возможному Q_пред, которое могло быть передано при достижении нулевого температурного напора, т. е. теплообменнике с бесконечно большой поверхностью.

Обобщённая универсальная математическая модель процесса теплопередачи в теплообменниках с различными схемами тока сред (ОУММ…) создана при допущении постоянства условий теплопередачи в теплообменнике.

Гидравлический расчет маслоохладителя. Этот расчет (см. рис.4) сводится к нахождению гидравлических сопротивлений ΔР_т в трубах теплообменника (Б1), между трубами ΔР_м теплообменника (Б3), проверке реальности их значений (Б2, Б4), расчёту мощности N_т и N_м нагнетателей трубной и межтрубной сред.

Основная сложность этого расчёта содержится в определении ΔР_т и ΔР_м (здесь это не показано). Значения мощности N_т и N_м нагнетателей используются далее при подборе оборудования и в экономическом расчёте.

Экономический расчет.

При экономическом расчёте (см. рис.5) определяются необходимые для последующих оптимизирующих процедур значения капитальных вложений, эксплуатационных расходов, приведенных затрат, а также нужных для этого всех промежуточных экономических показателей.

Ниже кратко показаны основные составляющие расчёта.

Расчёт капитальных вложений.

1.Цена теплообменника УЕ, Ц_то = Ц_а(n_тозо + n_ра) (1)

и стоимость монтажа аппарата, УЕ, С_ма = Ц_а k_ма. (2)

2.Капитальные вложения в изоляцию аппарата,УЕ, К_иа = Ц_а k_иа. (3) 3. Общие капитальные вложения в аппарат с учётом транспортных и заготовительно–складских расходов (>1), стоимости монтажа и капитальных вложений в изоляцию, УЕ,

К_ао = Ц_а k_тзс + С_ма + К_иа. (4)

4. Капитальные вложения в обвязку теплообменника (задвижек, трубопроводов и др. устройств, включая стоимость монтажных работ), УЕ, К_ото = Ц_то k_ото. (6)

5. Капитальные вложения в фундамент теплообменника, УЕ,

К_фто = Ц_то k_фто. (7)

6. Капитальные вложения в металлоконструкции теплообменника, УЕ, К_мкто = Ц_то k_мкто . (8)

7. Капитальные вложения в КИП и автоматику теплообменника, УЕ, К_КИПто = Ц_то k_КИПто. (9) 8. Стоимость рабочих сред (теплоносителей) для первоначального заполнения системы, УЕ, С_ср = Ц_то k_срто . (10)

9. Капитальные вложения в теплообменник, УЕ,

К_то = К_ао(n_тозо + n_ра) + К_ото+ К_мкто + К_фто + С_ср + К_кипто, (11)

где n_тозо – фактическое число аппаратов в теплообменнике с учётом их запаса и округления

n_ра – число резервных аппаратов в теплообменнике, шт.;

k_ма – коэффициент удельной стоимости монтажных работ как доли цены теплообменного аппарата, доли ед., ≥0;

k_иа – коэффициент удельной стоимости изоляции как доли цены теплообменного аппарата, доли ед., ≥0 (0÷0.20);

k_тзс – коэффициент увеличения цены аппарата за счёт транспортных и заготовительно – складских расходов (≥1);

k_ото – коэффициент удельной стоимости обвязки аппаратов как доли цены теплообменника, ≥0 (0÷0.25);

k_мкто – коэффициент удельной стоимости металлоконструкций как доли цены теплообменника, ≥0 (0÷0.15);

k_фто – коэфф. удельной стоимости фундамента как доли цены теплообменника, ≥0;

k_кипто – коэффициент удельной стоимости КИП и автоматики как доли цены теплообменника, ≥0 (0÷0.10).

k_срто – коэффициент удельной стоимости рабочих сред (теплоносителей) для первоначального заполнения системы как доли цены теплообменника, ≥0;