Выбор трубных решеток, способов размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху

Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетке ее толщина Sр(min) должна быть не менее [2, с. 45]

, (8)

где е = 5 – прибавка для стальных трубных решеток, мм;

dн = 25 мм – наружный диаметр теплообменных трубок.

По (8)

Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и условного давления в аппарате [2, табл. 2.3]:

Рисунок 1. размещение отверстий в решетках

Размещение отверстий в трубных решетках и их шаг регламентируется ГОСТ 9929-82.

Выбираем способ размещения отверстий под трубки по вершинам равносторонних треугольников (рис. 1). Шаг размещения труб t=32 мм.

Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 ´ 2 мм в трубных решетках выбираем по [2, табл. 2.7], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы, – D0 = 590 мм, 2R = 583 мм.

Количество отверстий в решетках и их число в рядах определяется ГОСТ 15118-79 и для двухходового теплообменника диаметром 600 мм составляет:

Общее число труб в одном ходе – 120, а в аппарате – 240.

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. 2).

Отверстия в трубных решетках при их креплении развальцовкой для давлениий до 1,0 МПа выполняют гладкими. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр отверстий 25,5 мм.

Рисунок 2 – Крепление труб в трубной решетке развальцовкой с отбортовкой

Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.

Трубную решетку выполним заодно с фланцем (рисунок 3).

Для обеспечения равномерного прогрева решетки и кожуха при их сварке толщина выступа на трубной решетке должна быть равной толщине корпуса аппарата. По [2, табл. 2.8] минимальная толщина стенки кожуха аппарата должна быть S=6 мм, принимаем толщину стенки кожуха теплообменника, равной 10 мм.

Рисунок 3. Конструкция узла крепления трубной решетки к кожуху аппарата

2.3 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов

Штуцер представляет собой патрубок с приваренными к нему фланцами и служит для подсоединения аппарата к коммуникациям. Фланцевые штуцеры применяют для труб диаметром более 10 мм.

Диаметр штуцера зависит от расхода и скорости и определяется из уравнения расхода

Dш= , (9)

Где V-объемный расход теплоносителя через штуцер, м3/с,

w – скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с.

Принимаем скорость движения воды в штуцере равной скорости воды в трубках теплообменника. Тогда по формуле (9)

Для изготовления патрубков штуцеров для входа и выхода воды используем по [3, с. 113] стандартную бесшовную горячекатаную трубу диаметром 245х7 мм из углеродистой стали. Внутренний диаметр трубы мм.

Определим диаметр штуцеров для насыщенного водяного пара и конденсата, расход которых согласно п. 1.2 равен D = 2,53 кг/с.

Объемный расход пара

где плотность пара rп определена при заданном давлении пара по [2, табл. 56].

Объемный расход конденсата

где плотность конденсата взята при температуре 119,6^оС по [1, табл. 39].

Тогда, принимая скорость пара в штуцере wп = 30 м/с, получим

Принимаем по [3, с.113] dштп = 377х9 мм (внутренний диаметр 359 мм).

Скорость конденсата в штуцере wк = 0,9 м/с, тогда

Принимаем по [3, с.113] dшт.к = 76х4 мм (внутренний диаметр 68 мм).

Принимаем штуцера со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом по ГОСТ 1255-67 (тип 1 – рис. 4).

Рисунок 4 – Фланец для штуцеров

По [3, табл. 21.9] выбираем для py = 1,0 МПа основные размеры фланцев: аппарат теплообменник пар температура

для ввода и вывода воды:

Дy=250 мм, dн=273 мм, Дф=390 мм, Дб=350 мм, Д1= 320 мм, h=25 мм, h1=3 мм, болты М20, z=12 шт.;

для пара:

Дy=350 мм, dн=377 мм, Дф=500 мм, Дб=460мм, Д1=430 мм, h=26 мм, h1=3 мм, болты М20, z=12 шт.;

для конденсата:

Дy=65 мм, dн=76 мм, Дф=180 мм, Дб=145 мм, Д1=122 мм, h=17 мм, h1=3 мм, болты М20, z=4 шт.

Для присоединения распределительной камеры к трубной решетке и к крышке аппарата используем фланцы стальных аппаратов цельные для обечаек и днищ тип 1 с внутренними базовыми размерами по [3, табл. 21.12]: Ду=600 мм, dн=630, Дф=780 мм, Дб=725 мм, Д1=685 мм, h=31 мм, h1=3 мм, болты М27, z=20 шт.

Фланцы соединяют друг с другом при помощи болтового соединения, между ними ставятся прокладка.

Прокладка уплотняет зазор между соединительными поверхностями фланцев и исключает возможность утечки жидкости или газа через него. Для уплотнения фланцев для воды и пара используем прокладки из паронита [3].

Фланцы соединяются друг с другом при помощи болтов, количество которых и диаметр зависят от условных единиц прохода и давления.

2.4 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок в межтрубном пространстве теплообменника и расстояния между ними. Отбойники

Для эффективной работы теплообменников жесткой конструкции широко применяют внутренние поперечные перегородки, устанавливаемые в межтрубном пространстве. По назначению они подразделяются на опорные, предназначенные для поддержания расстояний между трубами, и ходовые – для направления движения потока среды в межтрубном пространстве поперек теплообменных труб. При этом увеличивается скорость потока и, следовательно, эффективность теплообмена.

Принимаем перегородки с сегментным вырезом. Номинальный диаметр поперечных перегородок 597 мм. Диаметр отверстий под трубы в перегородках, принимаем равным 26 мм. [2, с. 58]. Максимальное расстояние между перегородками не должно превышать 800 мм [2, табл.2.9.]. Согласно ГОСТ 15122-79 расстояние между перегородками для выбранного теплообменника составляет 300 мм, число перегородок в аппарате – 6 шт. Минимальная толщина перегородок- 5 мм [2, табл. 2.10].

Взаимное расположение поперечных перегородок фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают трубному пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобство его сборки. Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками на стяжки надеты распорные трубки.

Диаметр стяжек между перегородками- 12 мм, число стяжек- 6 штук [2, с. 59].

Рисунок 5 – Схема размещения отбойника

Отбойники устанавливают перед входным отверстием штуцера межтрубного пространства для предотвращения эррозии теплообменных труб (рис. 5). Отбойник выполняют в виде круглой или прямоугольной пластины. Его размер должен быть не меньше внутреннего диаметра штуцера D1, т.е.

D=D1+(10÷20) =359+(10÷20)=375 мм.

Отбойник не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть h≥0,2∙D1, т.е. h≥0,2. 359≥72 мм. Отбойник приваривают к дистанционным тягам или крепят хомутами к трубам. Расстояние от отбойника до первой перегородки должно быть не менее 100 мм для беспрепятственного распределения входящего потока среды (пара).

2.5 Выбор распределительных камер, крышек и днищ аппарата

Распределительная камера направляет поток рабочей среды по теплообменным трубам. Она представляет собой короткую обечайку, снабженную по краям фланцами, одним из которых она присоединяется к трубчатой решетке, а другим – к эллиптической крышке. Толщину стенки распределительной камеры, крышки и днища принимаем равной толщине кожуха аппарата.

Для создания нужного числа ходов внутри распределительной камеры устанавливают перегородки. Узел их соединения с трубной решеткой герметизируют прокладкой, уложенной в паз трубной решетки (рис. 6)

Рисунок 6

Узел соединения перегородки распределительной камеры с трубной решеткой: 1 – трубная решетка; 2 – прокладка; 3 - перегородка

Толщину перегородки выбирают в зависимости от диаметра аппарата. При D=600 мм Sn=10 мм [2, с. 61].

Крышки и днища теплообменных аппаратов выбираем в зависимости от диаметра кожуха. Наиболее распространенной формой днищ и крышек является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр (рис. 7).

Рисунок 7– Днище эллиптическое отбортованное

По [3, табл. 16.1] выбираем размеры днища эллиптического отбортованного стального диаметром 600 мм:

Sd = 10 мм, Нd = 150 мм, hy = 25 мм.

Днище 600 ´ 10 – 25 ГОСТ 6533-78.

Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата

Высота обечайки распределительной камеры зависит от диаметра фланца штуцеров распределительной камеры H = Dф +(1-3).h, где - h - высота фланца штуцера на обечайке. Принимаем высоту обечайки распределительной камеры равной H = 390 +(1-3).25=340 мм.

2.6 Опоры аппарата

Для крепления вертикального аппарата используем боковые опоры (рисунок 8). Для выбора размеров опор необходимо руководствоваться ГОСТ 26296-84.

Рисунок 8 – Опора боковая: 1 - косынка; 2 – основание; 3 – болт отжимной

Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести его в условиях эксплуатации или гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой).

Вес аппарата с жидкостью делится на число "лап", и по допустимой опоре нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по [2, с. 74].

Рассчитаем вес аппарата с жидкостью. Массу аппарата без жидкости выберем по ГОСТ 15122-79: mа=1780 кг.

Вес аппарата без жидкости

Gа=1780.9,81=17462 Н

Объем трубного пространства

, (10)

где L-длина теплообменной трубки, м; n-число теплообменных трубок в аппарате, шт;

Vд—объем днища, м³;

Н-высота распределительной камеры, м.

По [3, с. 440] Vд=0,0353 м³.

По формуле (10)

Вес воды в трубном пространстве аппарата

, (11)

где - плотность воды при температуре t=20ºС; g=9,81м/с²- ускорение силы тяжести.

По формуле (11)

Объем межтрубного пространства будет равен

, (12)

где dн – наружный диаметр теплообменных труб. Следовательно,

м³.

С учетом формулы (12) вес воды в межтрубном пространстве будет равен

,

а вес аппарата с жидкостью составит

G=Ga+Gт+Gмт=17462+4073+4846=26381H H

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: