Практическая работа по дисциплине «Машины и аппараты нефтегазопереработки» для СибГУ

Практическое занятие № 13   Тема практических занятий: Расчет аппаратов воздушного охлаждения План практических занятий: Расчет основных параметров теплообменника   Аппараты воздушного охлаждения предназначены для конден­сации паров и охлаждения жидкости при давлениях от 0,6 до 6,4 МПа и температурах от 40 до 475°С. В этих аппаратах хладагентом является атмосферный воздух, подаваемый осевым вентилятором поперек пучка оребренных снаружи труб. Каждый пучок труб скомпонован в отдельную секцию 1 (рисунок 13.1, а), располагаемую над вентилятором 2 горизонтально или наклонно (при зигзагообразном расположении секций). Общие сведения об аппаратах воздушного охлаждения приведены в табл. 13.1.                           Рисунок 13.1- Компоновка секций с А В Г: а – одинарный, трех секционный аппарат; б – сдвоенный секционный аппарат; в – сдвоенный шести секционный аппарат   В дальнейшем в качестве примеров будут рассмотрены наиболее распространенные аппараты типа А В Г с горизонтальным распо­ложением секций и трубами длиной 4 и 8 м. Расшифровка индек­сации такого аппарата приведена в конце примера. Трубы имеют наружное оребрение различных исполнений: монометаллическая (алюминиевая) труба с накатанным винтовым ребром (см. верхнюю часть рисунок 13.2), биметаллическая, состоящая из внутренней гладкой (стальной или латунной) и наружной (алюминиевой) с накатанным винтовым ребром (см. нижнюю часть рисунок 13.2), и стальная труба с приваренным ленточным ребром. Основной характеристикой трубы является коэффициент оребрения, представляющий собой отношение площадей наружных поверхностей оребренной и неоребренной труб: К_ор = F₀Fи (таблица 13.2). Значения К_ор для различных типов аппаратов приведены в таблица 13.1. Трубы с коэффициентами оребрения 20 и 22 изготавливаются по особому заказу. Наибольшее распространение получили трубы с коэффициентами оребрения 9 и 14,6. Их исполнение показано на рис. 13.2, а значения размеров основных элементов приведены в таблице 13.2. Аппараты типа АВГ компонуются из отдельных секций по схемам, показанным на рисунке 13.1. Выбор варианта компоновки секций определяется величиной необходимой поверхности теплообмена и допустимым сопротивлением трубного пространства. Основные технические характеристики секций приведены в таблице 13.3.   Таблица 13.1- Основные параметры аппаратов воздушного охлаждения типа А В Г

Тип аппарата	Площадь поверхности теплообмена	Число секций в аппарате, zc	Число рядов труб в секции nc	Длинна труб, l м	Коэффициент оребрения, Кор	Диаметр вентилятора, м	Число вентиляторов.	Мощность
								привода вентилятора, кВт
								ВЗ	НВЗ
АВМ	105—840	1; 6; 20; 22		1.5— 3	9; 14;	0,8	1,2	22; 30; 37; 40	10; 18; 25
АВГ		3		4; 8
						2,8
АВГ-В	840-3 590
					7; 8
АВГ-ВВ	630—1 270	8	5		5; 15
АВГ-Г	7060— 26870	12	4;6;8	8	9; 14;		4	37; 40; 75; 90
АВЗ	265—9 800	6		6		5,0	1		40
АВЗ-Д	3540— 13 100			8	6; 20; 22	2,8	2	22; 30; 37; 40	10; 18; 25
Примечание: Дополнительные буквенные обозначения:    М — мало-
габаритный,  Г — горизонтальный,  В  — для вязких жидкостей,  ВВ — для высо-
ковязкнх жидкостей,  Т — трехконтурный  (секции  располагаются в три  этаж).
3 — зигзагообразное расположение секций, Д —  с двумя вентиляторами,   ВЗ — взрывозащищенный  двигатель,   НВЗ  — не взрывозащищенный  двигатель

  Таблица 13.2 — Основные параметры оребренных труб (см. рисунок 13.2)

Коэффициент оребрения Кор	Наружный диаметр ребра dp	Количество ребер на 1м длины трубы	Наружная площадь поверхности 1 м трубы, м2		Высота ребра Н, мм
			Без учета ребер Fи.н	С учетом ребер Fи.о
9,0	49	286±5	0,088	0,792	6
14,6	56	333±5	0,088	1,284	10

  Основной характеристикой аппарата воздушного охлаждения является площадь F_н наружной поверхности условно неоребренных труб. Расчетную начальную температуру воздуха при­нимают на 2—3^оС выше средней июльской темпера­туры. Конечную температуру воздуха при­нимают на 10 — 15°С выше конечной температуры охлаждаемой жидкости, но не более 60 °С.   Рисунок 13.2- Вид оребрения труб: 1 – монометаллических; 2 – биметаллических   Коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности условно неоребренной трубы, составляет 150—250 Вт/(м² ·К) и рассчитывается по формуле:   (13.1)   При конденсации паров в трубах их теплопередающая поверхность определяется методом подбора температуры стенки.   Таблица 13.3 -Технические характеристики секций аппаратов типа АВГ

Коэф­фициент оребрения Кор	Число рядов труб в секции nс	Число ходов по трубам zx	Число труб в одном ходе  nх	Наружная площадь поверхности теплообмена FH, м2
				неоребренной трубы длиной,  м		оребренной трубы длиной, м
				4	8	4	8
9	4	1	94	33	66	295	590
		2	27
		4	24; 23
9	6	1	141	49	98	440	880
		2, 3	71; 70 47
		6	24; 23
	8	1	188	65	130	582	1165
		2 4	94 47
		8	24; 23
14,6	4	1	82	28	57	415	830
		2	41
		4	21; 20
	6	1	123	42	85	632	1265
		2 3	61; 62; 41
		6	21; 20
	8	1	164	57	114	850	1700
		2 4	82 ;41
		8	21; 20

  Коэффициент теплоотдачи со стороны оребрения   α_пр = αС₁ .                                                      (13.2)   При этом в соответствии с рекомендациями, коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху составит   ,                             (13.3)   где w — скорость воздуха в узком сечении пучка труб, м/с. В формулах (13.2) и (13.3) множители С_i в зависимости от коэффициента оребрения имеют следующие значения: при К_ор =  9, C₁ = 0,83 и С₂ = 0,5  при K_ор = 14,6  С₁ = 0,65 и С₂ = 0,48. Скорость воздуха w рассчитывается по наименьшей площади сечения  межтрубного пространства: А_мт= z_с и(D — 2δ_p) а_{с ,}                                                     (13.4)   где z_c – число параллельных секций, через которые проходит воздух; b – рабочая ширина просвета в секции (b = 1,26 м); L – длина труб в секции, м; δ_р – толщина трубной решетки, м (таблица 16.4); f_с — относительное свободное сечение секции  (f_с = 0,34 при K_op = 9 и f_с = 0,38 при K_ор = 14,6). Аэродинамический расчет аппарата воздушного охлаждения заключается в выборе числа оборотов вентилятора, угла установки его лопастей и мощности электродвигателя. Осуществляется это с помощью совмещенных характеристик вентилятора и сети (трубного пучка секций теплообменника).   Таблица 13.4 — Зависимость толщины трубной решетки от давления в трубном пространстве р и числа рядов труб в секции

zc	р (МПа), равном
	0,6	1,0	1,6	2,5	4.0	6,4
4	20	25	32	39	50	62
6	25	32	39	50	62	78
8	30	39	50	60	76	96

        а – потребляемая мощность; б – сопротивление АВГ при числе рядов труб: 1 – 8; 2 – 6; 3 – 4 Рисунок 13.3 — Аэродинамические характеристики АВГ и вентилятора при частоте вращения 3,55 с^-1 а – потребляемая мощность; б – сопротивление АВГ при числе рядов труб: 1 – 8; 2 – 6; 3 – 4 Рисунок 13.4 —  Аэродинамические характеристики АВГ и вентилятора при частоте вращения 7,5 с^-1   Таблица 13.6 — Исходные данные к задачам

Номер задачи	Кор	Вид   процесса	Рабочая среда	Город,   в   котором установлен аппарат	gi,    КГ/Ч	<„   «С	t,, °с	p.ig-»,Па
5.26	9,0	Охлаждение жидкости	Четыреххлористый углерод	Ставрополь	44,3	100	50	3,5
5.27			Этилацетат	Уфа	21,6	90	40	4,8
5.28			Бензол	Горький	46,3	100	50	5,6
5.29			Керосин	Казань	34,5	108	45	6,1
5.30			Бутиловый спирт	Тамбов	22,0	120	50	5,0
5.31			Толуол	Вологда	16,5	115	48	4,0
5.32	14,6	Конденсация паров	Бензол	Ашхабад	22,1	—	—	1,0
5.33			Метиловый спирт	Владивосток	15,2			1,8
5.34			Толуол	Грозный	32,5			1,2
5.35			Этиловый спирт	Ленинград	5,6			1,5
5.36			Метиловый спирт	Калуга	5,4			1,8
5.37			Уксусная кислота	Иркутск	19,8			1,1
5.38	9,0	Охлаждение жидкости	Хлорбензол	Баку	21,6	140	60	2,5
5.39			Уксусная кислота	Минск	20,1	120	50	3,2
5.40			Серная кислота	Иркутск	35,6	110	48	3,6
5.41			Бутиловый спирт	Грозный	26,3	120	55	2,8
5.42			Анилин	Минск	16,5	110	45	4,0
5.43			Изобутиловый спирт	Пермь	23,4	85	45	5,5
5.44			Метиловый спирт	Чита	18,5	120	50	4,8
5.45	14,6	Конденсация паров	Бутиловый спирт	Псков	22,1	—	—	1,06
5.46			Толуол	Архангельск	14,1			1,30
5.47			Метиловый спирт	Казань	6,2			1,90
5.48			Четыреххлористый углерод	Ашхабад	31,5			1,20
5.49			Этиловый спирт	Ташкент	7,2			1,10
5.50			Этилацетат	Баку	16,0			1,50
Примечание.  К0р — коэффициент оребрения; G — расход рабочей среды в трубном пространстве; t1   — начальная темпера-
тура рабочей среды; t2, — конечная температура рабочей среды; р — абсолютное давление рабочей среды.

  Контрольные вопросы   1 Какое исполнение имеет наружное оребрение труб? 2Что является основной характеристикой труб? 3 Основные характеристики секций.   Задачи   1 Рассчитать и подобрать стандартный аппарат воздушного охлаждения для конденсации и последующего охлаждения 16 700 кг/ч углеводорода при избыточном давлении р = 0,08 МПа. Конечная температура жидкого углеводорода t = 65 °С. Аппарат устанавливается в районе г. Тамбов. 2 Рассчитать и подобрать стандартный аппарат воздушного охлаждения для конденсации и последующего охлаждения 14 800 кг/ч углеводорода при избыточном давлении р = 0,075 МПа. Конечная температура жидкого углеводорода t = 57 °С. Аппарат устанавливается в районе г. Пскова. 3 Рассчитать и подобрать стандартный аппарат воздушного охлаждения для конденсации и последующего охлаждения 11 500 кг/ч углеводорода при избыточном давлении р = 0,04 МПа. Конечная температура жидкого углеводорода t = 32 °С. Аппарат устанавливается в районе г. Уфа.