Первый анализ результатов расчетов теплообменных аппаратов, выполненных с помощью программ НХП-теплообменник и Aspen Exchanger Design & Rating

Первый анализ результатов расчетов теплообменных аппаратов, выполненных с помощью программ НХП-теплообменник и Aspen Exchanger Design & Rating
24 Октября 2017

1.      Испаритель с паровым пространством

1.1. Краткая характеристика объекта

Испарители с паровым пространством ТУ 3612-013-00220302-99

Аппараты предназначены для испарения технологических сред в процессах нефтяной, химической, газовой и других отраслях.

Тип аппарата – кожухотрубчатый, горизонтальный.

Эскиз аппарата представлен на рис. 1


Рис. 1.1. Испаритель с паровым пространством

 

Методика расчета должна предусматривать использование в аппарате в качестве теплоносителя следующих технологических сред 

Трубное пространство

Межтрубное пространство

газ

Жидкость + пар

жидкость

насыщенный водяной пар

1.2. Исходные данные.

Холодный теплоноситель (межтрубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав потока

Доля мол.

Этан

0,05

Пропан

0,7

И-бутан

0,25

Массовый расход холодного теплоносителя

G.c

кг/с

9,722

Массовый расход пара на выходе АТ

G.v

кг/с

5,506

Температура холодного т/н на входе в АТ

T.c1

К

323,05

Температура холодного т/н на выходе из АТ

T.c2

К

328,15

Рабочее давление холодного т/н на входе в АТ

P.c1

МПа

1,6

Допустимое гидравлическое сопролтивление

Δp.c

кПа

5

 

Горячий теплоноситель (трубный поток)

 

Жидкий теплоноситель (дизтопливо, термомасло и др)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав

Доля мол.

Декан (С10)

1

Температура горячего т/н на входе в АТ

T.h1

К

473.15

Температура горячего т/н на выходе из АТ

T.h2

К

423,15

Рабочее давление горячего т/н на входе в АТ

P.h1

МПа

0,6

Допустимое гидравлическое сопротивление

Δp.h

кПа

5

 

Общие исходные данные

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Теплопроводность стенки трубы

λ.wall

Вт/(м*К)

46,52

Толщина стенки трубы

δ.wall

м

0,002

Коэф. термического сопротивления со стороны горячего т/н

r.h

2*К)/Вт

0

Коэф. термического сопротивления со стороны холодного т/н

r.c

2*К)/Вт

0

Коэф. запаса по производительности

a

1,0

Коэф. учета потерь тепла

b

1,0

1.3. Результаты проектного расчета программы НХП-теплообменник.

По результатам проектного расчета, выполненного с помощью программы  НХП-теплообменник, тепловая мощность аппарата составили 1692 кВт, а требуемая площадь теплообменной  поверхности – 21, 123 м2.   По значениям площади теплообменной поверхности и рабочего давления т/н выбираем из каталога аппарат, который имеет ближайшее большее значение площади поверхности. В данном случае из ТУ 3612-013-00220302-99 Испарители с паровым пространством выбираем аппарат 800ИП-2,5-2,5-М1/20-6-2, который имеет следующие характеристики:

 

Параметры выбираемого АТ

Внутренний диаметр кожуха

D

м

0,8

Площадь теплообменной поверхности

F.n

м2

38

Давление условное в кожухе

Py.sh

МПа

2,5

Давление условное в трубках

Py.t

МПа

2,5

Тип аппарата: с плавающей головкой, с U-образными трубами

плав. головка

Количество труб

n

шт.

82

Количество ходов по трубам

N.1

б/р

2

Наружный диаметр трубы

d.n

м

0,025

Толщина стенки трубы

δ.wall_n

м

0,002

Длина теплообменной трубы

l.n

м

6

Расстояние от центра кожуха до центра трубчатки

A.0

м

0,15

Количество труб в 1-м ряду (максимальное кол-во труб в ряду)

n.r

б/р

8

Высота перегородки

h.1

м

0,565

Абсолютная шероховатость теплообменной трубы

Δ

м

0,0001

Теплопроводность материала труб

λ.wall_n

Вт/(м*К)

46,52

Диаметр патрубка входа жидкости в межтрубное пространство

d.1

м

0,2

Диаметр патрубка выхода жидкости из межтрубного пространства

d.3

м

0,1

Диаметр патрубка выхода пара из межтрубного пространства

d.2

м

0,25

Диаметр патрубка входа т/н в трубное пространство

d.h4

м

0,15

Диаметр патрубка выхода т/н из трубного пространства

d.h5

м

0,15

Масса пустого аппарата

m.n

кг

3600

1.4. Результаты поверочного расчета программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating.

Поверочный расчет выбранного теплообменника, выполненный с использованием программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating (AEDR).

Основные конструктивные параметры аппарата представлены на рис. 1.2, 1.3.


Рис. 1.2 Основные конструктивные параметры аппарата.


Рис. 1.3 Основные конструктивные параметры корпуса аппарата.

Результаты расчетов аппарата представлены на рис. 1.4 – 1.10.


Рис. 1.4. – Общие результаты расчета


Рис. 1.5. – Результат расчета требуемой площади поверхности


Рис. 1.6. – Результат расчета коэффициентов теплопередачи


Рис. 1.7. – Результат расчета гидравлического сопротивления


Рис. 1.8. – Результат расчета масс аппарата


Рис. 1.9. – Эскиз теплообменного аппарата


Рис. 1.10. – Эскиз трубной решетки

1.5. Сравнительный анализ результатов расчета теплообменного аппарата.

 

Выполнен поверочный расчет выбранного теплообменного аппарата согласно методике программы НХП-теплообменник. Результаты расчета, а также их сравнение с результатами комплекса AEDR представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительный анализ результатов расчета

Наименование параметра

Ед. изм.

Результаты расчета

Относительное отклонение,%

Примечание

НХП

AEDR

Проектный расчет

Тепловая мощность аппарата

кВт

1692

1690

0,1

Расход горячего т/н

кг/с

12,17

12,054

0,96

Поверочный расчет

Площадь теплообменной поверхности

м2

38

37

2,7

В программе НХП – принимается согласно ТУ;

В AEDR – рассчитывается согласно конструктивных параметров

Коэффициент теплоотдачи

межтрубное пр

трубное пр.

Вт/(м2К)

18480

1713

16720

1365

10,5

25,5

Скорость теплоносителей

межтрубное пр

трубное пр.

м/с

3,12

1,48

3,12

1,66

0

-10,8

Указана максимальная скорость

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2К)

1469

1195

22,9

Требуемая площадь теплообменной поверхности

м2

9,504

11,9

-20,2

Запас по поверхности

3,99

3,12

27,9

определяется как отношение (Sаппарата/ Sтребуемая аппарата)

Гидравлический расчет

Полное гидравлическое сопротивление

межтрубное пр.

трубное пр.

кПа

2,965

14,57

3,29

8,403

-9,9

73,3

Расчет масс

Масса заполненного аппарата при гидроиспытаниях

кг

6545

6509

0,6

1.6. Исходные данные (вариант с использованием водяного пара в качестве горячего теплоносителя)

Холодный теплоноситель (межтрубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав потока

Доля мол.

Этан

0,05

Пропан

0,7

И-бутан

0,25

Массовый расход холодного теплоносителя

G.c

кг/с

9,722

Массовый расход пара на выходе АТ

G.v

кг/с

5,506

Температура холодного т/н на входе в АТ

T.c1

К

323,05

Температура холодного т/н на выходе из АТ

T.c2

К

328,15

Рабочее давление холодного т/н на входе в АТ

P.c1

МПа

1,6

Допустимое гидравлическое сопролтивление

Δp.c

кПа

5

 

Горячий теплоноситель (трубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Температура горячего т/н на входе в АТ

T.h1

К

423.15

Рабочее давление горячего т/н на входе в АТ

P.h1

МПа

0,47

Допустимое гидравлическое сопротивление

Δp.h

кПа

20

 

Общие исходные данные

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Теплопроводность стенки трубы

λ.wall

Вт/(м*К)

46,52

Толщина стенки трубы

δ.wall

м

0,002

Коэф. термического сопротивления со стороны горячего т/н

r.h

2*К)/Вт

0

Коэф. термического сопротивления со стороны холодного т/н

r.c

2*К)/Вт

0

Коэф. запаса по производительности

a

1,0

Коэф. учета потерь тепла

b

1,0

1.7. Результаты проектного расчета программы НХП-теплообменник.

По результатам проектного расчета, выполненного с помощью программы НХП-теплообменник, тепловая мощность аппарата составили 1692 кВт, а требуемая площадь теплообменной поверхности – 27,1 м2.   По значениям площади теплообменной поверхности и рабочего давления т/н выбираем из каталога аппарат, который имеет ближайшее большее значение площади поверхности. В данном случае из ТУ 3612-013-00220302-99 Испарители с паровым пространством выбираем аппарат 800ИП-2,5-2,5-М1/20-6-2, который имеет следующие характеристики:

 

Параметры выбираемого АТ

Внутренний диаметр кожуха

D

м

0,8

Площадь теплообменной поверхности

F.n

м2

38

Давление условное в кожухе

Py.sh

МПа

2,5

Давление условное в трубках

Py.t

МПа

2,5

Тип аппарата: с плавающей головкой, с U-образными трубами

плав. головка

Количество труб

n

шт.

82

Количество ходов по трубам

N.1

б/р

2

Наружный диаметр трубы

d.n

м

0,025

Толщина стенки трубы

δ.wall_n

м

0,002

Длина теплообменной трубы

l.n

м

6

Расстояние от центра кожуха до центра трубчатки

A.0

м

0,15

Количество труб в 1-м ряду (максимальное кол-во труб в ряду)

n.r

б/р

8

Высота перегородки

h.1

м

0,565

Абсолютная шероховатость теплообменной трубы

Δ

м

0,0001

Теплопроводность материала труб

λ.wall_n

Вт/(м*К)

46,52

Диаметр патрубка входа жидкости в межтрубное пространство

d.1

м

0,2

Диаметр патрубка выхода жидкости из межтрубного пространства

d.3

м

0,1

Диаметр патрубка выхода пара из межтрубного пространства

d.2

м

0,25

Диаметр патрубка входа т/н в трубное пространство

d.h4

м

0,15

Диаметр патрубка выхода т/н из трубного пространства

d.h5

м

0,15

Масса пустого аппарата

m.n

кг

3600

 

1.8. Результаты поверочного расчета программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating.

Поверочный расчет выбранного теплообменника, выполненный с использованием программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating (AEDR).  Результаты расчетов аппарата представлены на рис. 1.11 – 1.17.


Рис. 1.11. – Результат проектного расчета


Рис. 1.12. – Общие результаты поверочного расчета


Рис. 1.13. – Расчет коэффициента теплопередачи


Рис. 1.14. – Расчет гидравлического сопротивления


Рис. 1.15. – Расчет масс аппарата


Рис. 1.16. – Эскиз теплообменного аппарата


Рис. 1.17. – Эскиз размещения трубного пучка

1.9.Сравнительный анализ результатов расчета теплообменного аппарата.

 

Выполнен поверочный расчет выбранного теплообменного аппарата согласно методике программы НХП-теплообменник. Результаты расчета, а также их сравнение с результатами комплекса AEDR представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Сравнительный анализ результатов расчета

Наименование параметра

Ед. изм.

Результаты расчета

Относительное отклонение,%

Примечание

НХП

AEDR

Проектный расчет

Тепловая мощность аппарата

кВт

1692

1690

0,1

Расход горячего т/н

кг/с

0,8

Поверочный расчет

Площадь теплообменной поверхности

м2

38

39,4

-3,6

В программе НХП – принимается согласно ТУ;

В AEDR – рассчитывается согласно конструктивных параметров

Коэффициент теплоотдачи

межтрубное пр

трубное пр.

Вт/(м2К)

41200

11160

987

21316

4074

-47,6

Скорость теплоносителей

межтрубное пр

трубное пр.

м/с

3,12

22,13

3,12

21,34

0

3,7

Указана максимальная скорость

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2К)

6374

898

609,8

Требуемая площадь теплообменной поверхности

м2

2,76

20

-86,2

Запас по поверхности

13,8

1,97

600,5

определяется как отношение (Sаппарата/ Sтребуемая аппарата)

Гидравлический расчет

Полное гидравлическое сопротивление

межтрубное пр.

трубное пр.

кПа

2,695

13,09

3,77

4,89

-28,5

167,7

Расчет масс

Масса заполненного аппарата при гидроиспытаниях

кг

6545

6271,7

4,4

1.10.       Выводы

По результатам расчетов нужно сделать следующие выводы:

1.      При использовании в качестве горячего теплоносителя жидкости без изменения фазового состояния отклонение основных значений тепловых расчетов не превышает 25,5 % при этом требуемая площадь поверхности отличается на величину 20,2%.

2.      Отклонение величины гидравлического сопротивления достигает значения 73,3%.

3.      Методика расчета испарителей с паровым пространством, заложенная в программный комплекс НХП, при условии использовании в качестве горячего теплоносителя вещества с неизменным фазовым состоянием, позволяет выполнять расчет и подбор теплообменного оборудования на стадии предварительной проработки технологической схемы установки или оценки массогабаритных характеристик оборудования.

4.      При использовании в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара отличие результатов тепловых расчетов является существенным и требует применения других критериальных уравнений.

5.      На данном этапе расчет теплообменных аппаратов, при условии использования в качестве горячего теплоносителя водяного пара, возможен при использовании средних коэффициентов теплоотдачи (или одного из них).


 

2.       Испаритель вертикальный  ТУ 3612-024-00220302-02.

 

2.1.Краткая характеристика объекта

 

Аппараты предназначены для теплообмена жидких и газообразных сред в технологических процессах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности.

Тип аппарата – кожухотрубчатый, вертикальный.

Эскиз аппарата представлен на рис. 2.1.


Рис. 2.1. Аппарат теплообменный кожухотрубчатый. Испаритель.

 

Методика расчета должна предусматривать использование в аппарате в качестве теплоносителя следующих технологических сред 

Трубное пространство

Межтрубное пространство

Жидкость + пар

газ

жидкость

насыщенный водяной пар

2.2.Исходные данные.

Холодный теплоноситель (трубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав потока

Доля мол.

И-бутан

0,5

Н-бутан

0,5

Массовый расход холодного теплоносителя

G.c

кг/с

4,167

Температура холодного т/н на входе в АТ

T.c1

К

368,3

Температура холодного т/н на выходе из АТ

T.c2

К

368,7

Рабочее давление холодного т/н на входе в АТ

P.c1

МПа

1,6

Допустимое гидравлическое сопролтивление

Δp.c

кПа

5

 

Горячий теплоноситель (межтрубный поток)

 

Жидкий теплоноситель (дизтопливо, термомасло, газ и др)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав

Доля мол.

Декан (С10)

1

Температура горячего т/н на входе в АТ

T.h1

К

443.15

Температура горячего т/н на выходе из АТ

T.h2

К

403,15

Рабочее давление горячего т/н на входе в АТ

P.h1

МПа

0,6

Допустимое гидравлическое сопротивление

Δp.h

кПа

50

 

Общие исходные данные

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Теплопроводность стенки трубы

λ.wall

Вт/(м*К)

46,52

Толщина стенки трубы

δ.wall

м

0,002

Коэф. термического сопротивления со стороны горячего т/н

r.h

2*К)/Вт

Пар – 0,000091

Дизтопливо – 0,0002

Коэф. термического сопротивления со стороны холодного т/н

r.c

2*К)/Вт

0,00017

Коэф. запаса по производительности

a

1,0

Коэф. учета потерь тепла

b

1,0

2.3.Результаты проектного расчета программы НХП-теплообменник.

По результатам проектного расчета, выполненного с помощью программы НХП-теплообменник, тепловая мощность аппарата составили 1029 кВт, а требуемая площадь теплообменной поверхности – 50,22 м2.   По значениям площади теплообменной поверхности и рабочего давления т/н выбираем из каталога аппарат, который имеет ближайшее большее значение площади поверхности. В данном случае из ТУ 3612-024-00220302-02 выбираем аппарат 600ИК-1-2,5-1,0-М1/25Г-3-У-И, который имеет следующие характеристики:

Параметры выбираемого АТ

Внутренний диаметр кожуха

D

м

0,6

Площадь теплообменной поверхности

F.n

м2

62,41

Давление условное в кожухе

Py.sh

МПа

1,0

Давление условное в трубках

Py.t

МПа

2,5

Количество труб

n

шт.

265

Наружный диаметр трубы

d.n

м

0,025

Толщина стенки трубы

δ.wall_n

м

0,002

Длина теплообменной трубы

l.n

м

3

Расстояние от оси аппарата до края патрубка

h

м

0,53

Количество перегородок

N.2

8

Площадь проходного сечения в вырезе перегородки

S.1

м2

0,0397

Площадь проходного сечения между перегородками

S.2

м2

0,0525

Абсолютная шероховатость теплообменной трубы

Δ

м

0,0001

Теплопроводность материала труб

λ.wall_n

Вт/(м*К)

46,52

Диаметр патрубка входа холодного т/н в трубное пространство

d.1

м

0,1

Диаметр патрубка выхода пара холодного т/н из трубного пространства

d.2

м

0,3

Диаметр патрубка входа горячего т/н в межтрубное пространство

d.h4

м

0,2

Диаметр патрубка выхода горячего т/н из межтрубного пространства

d.h5

м

0,2

Масса пустого аппарата

m.n

кг

1780

 

2.4. Результаты поверочного расчета программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating.

Поверочный расчет выбранного теплообменника, выполненный с использованием программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating (AEDR).

Основные конструктивные параметры аппарата представлены на рис. 2.2.


Рис. 2.2. – Основные конструктивные параметры аппарата

Результаты расчетов аппарата представлены на рис. 2.3 – 2.9.


Рис. 2.3. – Основные результаты расчета.


Рис. 2.4. – Расчет требуемой площади теплообменной поверхности


Рис. 2.5. – Расчет коэффициентов теплоотдачи


Рис. 2.6. – Расчет гидравлических сопротивлений


Рис. 2.7. – Расчет масс аппарата


Рис. 2.8. – Эскиз аппарата


Рис. 2.9. – Эскиз размещения труб

2.5.Сравнительный анализ результатов расчета теплообменного аппарата.

 

Выполнен поверочный расчет выбранного теплообменного аппарата согласно методике программы НХП-теплообменник. Результаты расчета, а также их сравнение с результатами комплекса AEDR представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Сравнительный анализ результатов расчета

Наименование параметра

Ед. изм.

Результаты расчета

Относительное отклонение,%

Примечание

НХП

AEDR

Проектный расчет

Тепловая мощность аппарата

кВт

1029

1027

0,2

Расход горячего т/н

кг/с

9,71

9,68

0,2

Поверочный расчет

Площадь теплообменной поверхности

м2

62,41

60,5

3,2

В программе НХП – принимается согласно ТУ;

В AEDR – рассчитывается согласно конструктивных параметров

Коэффициент теплоотдачи

межтрубное пр.

трубное пр.

Вт/(м2К)

712,06

6628

786,8

2141,1

-9,5

309,6

Скорость теплоносителей

межтрубное пр

трубное пр.

м/с

0,49

1,4

0,51

1,38

-3,9

1,4

Указана максимальная скорость

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2К)

500,44

440

13,7

Требуемая площадь теплообменной поверхности

м2

39,46

44,6

-11,5

Запас по поверхности

1,58

1,36

16,2

определяется как отношение (Sаппарата/ Sтребуемая аппарата)

Гидравлический расчет

Полное гидравлическое сопротивление

межтрубное пр.

трубное пр.

кПа

1,8

0,47

1,12

0,415

60,7

13,3

Расчет масс

Масса заполненного аппарата при гидроиспытаниях

кг

2742

3113

-11,9

2.6. Исходные данные (в качестве горячего теплоносителя – водяной пар).

Холодный теплоноситель (трубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав потока

Доля мол.

И-бутан

0,5

Н-бутан

0,5

Массовый расход холодного теплоносителя

G.c

кг/с

4,167

Температура холодного т/н на входе в АТ

T.c1

К

368,3

Температура холодного т/н на выходе из АТ

T.c2

К

368,7

Рабочее давление холодного т/н на входе в АТ

P.c1

МПа

1,6

Допустимое гидравлическое сопролтивление

Δp.c

кПа

5

 

Водяной пар

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав

Доля мол.

Декан (С10)

1

Температура горячего т/н на входе в АТ

T.h1

К

425

Температура горячего т/н на выходе из АТ

T.h2

К

424,2

Допустимое гидравлическое сопротивление

Δp.h

кПа

10

 

 

Общие исходные данные

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Теплопроводность стенки трубы

λ.wall

Вт/(м*К)

46,52

Толщина стенки трубы

δ.wall

м

0,002

Коэф. термического сопротивления со стороны горячего т/н

r.h

2*К)/Вт

Пар – 0,000091

Коэф. термического сопротивления со стороны холодного т/н

r.c

2*К)/Вт

0,00017

Коэф. запаса по производительности

a

1,0

Коэф. учета потерь тепла

b

1,0

2.7.Результаты проектного расчета программы НХП-теплообменник.

По результатам проектного расчета, выполненного с помощью программы НХП-теплообменник, тепловая мощность аппарата составили 1029 кВт, а требуемая площадь теплообменной поверхности – 50,22 м2.   По значениям площади теплообменной поверхности и рабочего давления т/н выбираем из каталога аппарат, который имеет ближайшее большее значение площади поверхности. В данном случае из ТУ 3612-024-00220302-02 выбираем аппарат 600ИК-2-2,5-1,0-М1/25Г-2-У-И, который имеет следующие характеристики:

 

Параметры выбираемого АТ

Внутренний диаметр кожуха

D

м

0,6

Площадь теплообменной поверхности

F.n

м2

39,88

Давление условное в кожухе

Py.sh

МПа

1,0

Давление условное в трубках

Py.t

МПа

2,5

Количество труб

n

шт.

254

Наружный диаметр трубы

d.n

м

0,025

Толщина стенки трубы

δ.wall_n

м

0,002

Длина теплообменной трубы

l.n

м

2

Расстояние от оси аппарата до края патрубка

h

м

0,53

Количество перегородок

N.2

2

Площадь проходного сечения в вырезе перегородки

S.1

м2

0,0397

Площадь проходного сечения между перегородками

S.2

м2

0,0525

Абсолютная шероховатость теплообменной трубы

Δ

м

0,0001

Теплопроводность материала труб

λ.wall_n

Вт/(м*К)

46,52

Диаметр патрубка входа холодного т/н в трубное пространство

d.1

м

0,1

Диаметр патрубка выхода пара холодного т/н из трубного пространства

d.2

м

0,3

Диаметр патрубка входа горячего т/н в межтрубное пространство

d.h4

м

0,3

Диаметр патрубка выхода горячего т/н из межтрубного пространства

d.h5

м

0,1

Масса пустого аппарата

m.n

кг

1330

 

2.8. Результаты поверочного расчета программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating.

Поверочный расчет выбранного теплообменника, выполненный с использованием программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating (AEDR). Результаты расчета представлены на рис. 2.10-2.16.


Рис. 2.10. – Общие результаты расчета


Рис. 2.11. – Расчет площади теплообменной поверхности


Рис. 2.12. – Расчет коэффициентов теплоотдачи


Рис. 2.13. – Расчет гидравлического сопротивления


Рис. 2.14. – Расчет масс аппарата


Рис. 2.15. – Эскиз аппарата


Рис. 2.16. – Эскиз размещения труб

2.9.Сравнительный анализ результатов расчета теплообменного аппарата.

 

Выполнен поверочный расчет выбранного теплообменного аппарата согласно методике программы НХП-теплообменник. Результаты расчета, а также их сравнение с результатами комплекса AEDR представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Сравнительный анализ результатов расчета

Наименование параметра

Ед. изм.

Результаты расчета

Относительное отклонение,%

Примечание

НХП

AEDR

Проектный расчет

Тепловая мощность аппарата

кВт

1018

1027

0,2

Расход горячего т/н

кг/с

0,482

9,68

0,2

Поверочный расчет

Площадь теплообменной поверхности

м2

39,88

38,1

4,7

В программе НХП – принимается согласно ТУ;

В AEDR – рассчитывается согласно конструктивных параметров

Коэффициент теплоотдачи

межтрубное пр.

трубное пр.

Вт/(м2К)

6331

16890

5772

359,7

9,7

4695,5

Скорость теплоносителей

межтрубное пр

трубное пр.

м/с

2,56

1,4

2,75

1,38

-6,9

1,4

Указана максимальная скорость

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2К)

1919

304

631

Требуемая площадь теплообменной поверхности

м2

9,5

60

-84,2

Запас по поверхности

4,2

0,64

656,3

определяется как отношение (Sаппарата/ Sтребуемая аппарата)

Гидравлический расчет

Полное гидравлическое сопротивление

межтрубное пр.

трубное пр.

кПа

5,29

0,47

0,27

0,46

1959

2,2

2.10.       Выводы

По результатам расчетов нужно сделать следующие выводы:

1.      При использовании в качестве горячего теплоносителя жидкости без изменения фазового состояния отклонение требуемой площади поверхности отличается на величину 11,5%.

2.      Отклонение величины гидравлического сопротивления достигает значения 60,7%.

3.      Методика расчета вертикальных испарителей, заложенная в программный комплекс НХП, при условии использовании в качестве горячего теплоносителя вещества с неизменным фазовым состоянием, позволяет выполнять расчет и подбор теплообменного оборудования на стадии предварительной проработки технологической схемы установки или оценки массогабаритных характеристик оборудования.

4.      При использовании в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара отличие результатов тепловых расчетов является существенным и требует использования других критериальных уравнений.

5.      На данном этапе расчет теплообменных аппаратов, при условии использования в качестве горячего теплоносителя водяного пара, возможен при использовании средних коэффициентов теплоотдачи (или одного из них).


 

3.      Конденсаторы ТУ 3612-024-00220302-02.

 

3.1. Краткая информация.

 

Аппараты предназначены для теплообмена жидких и газообразных сред в технологических процессах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности.

Тип аппарата – кожухотрубчатый, вертикальный и горизонтальный.

Эскиз аппарата представлен на рис. 3.1.


 


Рис. 3.1. Аппарат теплообменный кожухотрубчатый. Конденсатор.

 

Методика расчета должна предусматривать использование в аппарате в качестве теплоносителя следующих технологических сред 

Трубное пространство

Межтрубное пространство

Жидкость

Жидкость + пар

3.2.Исходные данные

 

Холодный теплоноситель (трубный поток)

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав потока

Доля мол.

вода

1

Температура холодного т/н на входе в АТ

T.c1

К

298,15

Температура холодного т/н на выходе из АТ

T.c2

К

308,15

Рабочее давление холодного т/н на входе в АТ

P.c1

МПа

0,6

Допустимое гидравлическое сопролтивление

Δp.c

кПа

50

 

Горячий теплоноситель (межтрубный поток)

 

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Компонентный состав

Доля мол.

пропан

0,5

и-бутан

0,5

Массовый расход горячего т/н

G.h

кг/с

11,11

Температура горячего т/н на входе в АТ

T.h1

К

335

Температура горячего т/н на выходе из АТ

T.h2

К

310

Рабочее давление горячего т/н на входе в АТ

P.h1

МПа

1,0

Допустимое гидравлическое сопротивление

Δp.h

кПа

10

 

Общие исходные данные

Наименование параметра

Обозначение

Ед. изм.

Значение

Теплопроводность стенки трубы

λ.wall

Вт/(м*К)

46,52

Толщина стенки трубы

δ.wall

м

0,002

Коэф. термического сопротивления со стороны горячего т/н

r.h

2*К)/Вт

0,0002

Коэф. термического сопротивления со стороны холодного т/н

r.c

2*К)/Вт

0,00017

Коэф. запаса по производительности

a

1,0

Коэф. учета потерь тепла

b

1,0

 

3.3.Результаты проектного расчета программы НХП-теплообменник.

По результатам проектного расчета, выполненного с помощью программы НХП-теплообменник, тепловая мощность аппарата составили 4100 кВт, а требуемая площадь теплообменной поверхности – 618,59 м2.   По значениям площади теплообменной поверхности и рабочего давления т/н выбираем из каталога аппарат, который имеет ближайшее большее значение площади поверхности. В данном случае из ТУ 3612-024-00220302-02  выбираем аппарат, который имеет следующие характеристики:

 

Параметры выбираемого АТ

Внутренний диаметр кожуха

D

м

1,4

Площадь теплообменной поверхности

F.n

м2

716,39

Давление условное в кожухе

Py.sh

МПа

1,6

Давление условное в трубках

Py.t

МПа

2,5

Количество труб

n

шт.

1520

Наружный диаметр трубы

d.n

м

0,025

Толщина стенки трубы

δ.wall_n

м

0,002

Длина теплообменной трубы

l.n

м

6

Расстояние от оси аппарата до края патрубка

h

м

0,99

Количество перегородок

N.2

5

Высота выреза (сегмента) перегородки

H.1

м

0,604

Расстояние между перегородками

l.3

м

1

Число ходов по трубам

N.1

2

Количество труб в 1-м ряду (максимальное кол-во)

n.r

42

Абсолютная шероховатость теплообменной трубы

Δ

м

0,0001

Теплопроводность материала труб

λ.wall_n

Вт/(м*К)

46,52

Диаметр патрубка входа холодного т/н в трубное пространство

d.c1

м

0,35

Диаметр патрубка выхода пара холодного т/н из трубного пространства

d.c2

м

0,35

Диаметр патрубка входа горячего т/н в межтрубное пространство

d.h4

м

0,4

Диаметр патрубка выхода горячего т/н из межтрубного пространства

d.h5

м

0,25

Масса пустого аппарата

m.n

кг

16830

3.4.Результаты поверочного расчета программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating.

Поверочный расчет выбранного теплообменника, выполненный с использованием программного комплекса Aspen Exchanger Design & Rating (AEDR). Основные конструктивные параметры аппарата представлены на рис. 3.2


Рис. 3.2 – Основные конструктивные параметры конденсатора

Результаты расчета представлены на рис. 3.3-3.8.


Рис. 3.3 – Общие результаты расчета


Рис. 3.4 – Расчет требуемой площади теплообменной поверхности


Рис. 3.5 – Расчет коэффициентов теплоотдачи


Рис. 3.6 – Расчет гидравлического сопротивления


Рис. 3.7 – Расчет масс конденсатора

Рис. 3.7 – Эскиз теплообменного аппарата


Рис. 3.8 – Эскиз трубной решетки

3.5.Сравнительный анализ результатов расчета теплообменного аппарата.

 

Выполнен поверочный расчет выбранного теплообменного аппарата согласно методике программы НХП-теплообменник. Результаты расчета, а также их сравнение с результатами комплекса AEDR представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Сравнительный анализ результатов расчета

Наименование параметра

Ед. изм.

Результаты расчета

Относительное отклонение,%

Примечание

НХП

AEDR

Проектный расчет

Тепловая мощность аппарата

кВт

4100

4005

2,37

Расход холодного т/н

кг/с

93,014

92,953

0,07

Поверочный расчет

Площадь теплообменной поверхности

м2

716,39

700,4

2,28

В программе НХП – принимается согласно ТУ;

В AEDR – рассчитывается согласно конструктивных параметров

Коэффициент теплоотдачи

межтрубное пр.

трубное пр.

Вт/(м2К)

918,51

1807

1025

2096

-10,4

-13,8

Значение приведено для зоны конденсации

Скорость теплоносителей

межтрубное пр

трубное пр.

м/с

1,43

0,35

4,01

0,97

-64,3

-63,9

Указана максимальная скорость

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2К)

593,4

490,2

21

Значение приведено для зоны конденсации

Требуемая площадь теплообменной поверхности

м2

502,11

514,6

-2,4

Запас по поверхности

1,43

1,36

5,1

определяется как отношение (Sаппарата/ Sтребуемая аппарата)

Гидравлический расчет

Полное гидравлическое сопротивление

межтрубное пр.

трубное пр.

кПа

1,29

2,38

0,87

1,98

48,3

20,2

Расчет масс

Масса заполненного аппарата при гидроиспытаниях

26240

27030

-2,9

3.6.Выводы

По результатам расчетов нужно сделать следующие выводы:

1.      Отличие значений основных показателей теплового расчета конденсатора, выполненные с использованием вышеуказанных программных комплексов, не превышает 13,8 % при этом значения требуемой площади теплообменной поверхности отличается на величину 2,4%.

2.      Отклонение величины гидравлического сопротивления достигает значения 48,3%.

3.      Методика расчета кожухотрубчатых конденсаторов, заложенная в программный комплекс НХП, позволяет выполнять расчет и подбор теплообменного оборудования на стадии предварительной проработки технологической схемы установки или оценки массогабаритных характеристик оборудования.