Расчет на прочность элементов теплообменного аппарата

Исходные данные:

тип теплообменного аппарата: с плавающей головкой ТП;

назначение теплообменного аппарата: охлаждение сырья;

диаметр кожуха внутренний, мм: 1200

диаметр распределительной камеры внутренний, мм: 1200

общая длина аппарата, мм: 11 400

расстояние между опорами, мм: 5510;

длина трубного пучка, мм: 9000;

число ходов по трубам: 4

- расположение труб в трубных решетках: по вершинам равностороннего треугольника;

- количество трубок общее, шт: 1054;

крепление труб в трубных решетках: развальцовка с канавками;

поверхность труб: гладкая;

наружный диаметр труб, мм: 25;

толщина стенки трубок, мм: 2,5

температура в трубном пространстве, ^О С

а) на входе     35 ^О С;

б) на выходе  минус 63 ^О С;

температура в межтрубном пространстве, ^О С

а) на входе     минус 94 ^О С;

б) на выходе  минус 8 ^О С;

среда в трубном пространстве: смесь углеводородных газов;

среда в межтрубном пространстве: сухой отбензиненный газ.

 

Выбор конструктивных параметров некоторых элементов теплообменных аппаратов

Необходимые пояснения и результаты выбора конструктивных и расчетных параметров представлены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 - Пояснения и результаты выбора конструктивных и расчетных параметров

№	Наименование параметра	Пояснения	Выбранный параметр
1.	Давление условное, МПа - в трубном пространстве - в межтрубном пространстве	Выбирается по рабочему давлению и температуре. - в трубном Рtрас= 5,5 МПа - в межтрубном Рtрас=1,8 МПа	Рутр= 6,3 МПа Румтр= 2,5 МПа
2.	Шаг расположения труб в трубных решетках, номинальный, мм	dн, мм 16 20 25 38 57 t, мм 21 26 32 48 70	Для dн=25мм t = 32 мм.
3.	Исполнение по материалу	М1-М24, Б1-Б10, выбирается в зависимости от температуры обрабатываемой среды, агрессивного воздействия среды, давления. Учитывая низкие температуры (до минус 100 0С), необходим материал с низким порогом хладноломкости. Поэтому выбираем материальное исполнение М8.	Материал: кожуха:12Х18Н10Т распределительной камеры и крышки: 12Х18Н10Т - теплообменных труб: 12Х18Н10Т
4.	Форма, диаметр поперечных перегородок, (зазор между перегородками и кожухом). Число перегородок. Расстояние между перегородками.	Наиболее широко в мировой практике применяют сегментные перегородки. Высота вырезаемого сегмента, число и расстояние между перегородками для ТП регламентировано и указано в каталоге. Для уменьшения утечек устанавливают ограничения на размер кольцевого зазора между перегородкой и кожухом аппарата. Рекомендуется диаметр перегородки принимать на 3-5 мм меньше диаметра кожуха.	- Форма перегородок сегментная; - зазор между перегородками и кожухом: 2,5 мм; - диаметр поперечных перегородок 1195 мм; - число перегородок 10 шт. - расстояние между перегородками 615 мм.
5.	Толщина перегородок	Минимальная толщина перегородок в зависимости от D выбирается по следующей схеме: D, мм ≤ 400 500-600 800-1000 ≥1200 Sп, мм 6 10 12 14 Обычно трубчатый пучок опирается на ближайшую к плавающей головке поперечную перегородку, имеющую толщину (16-20 мм), больше толщины других перегородок. В некоторых случаях для поддержания трубчатого пучка к решеткам приваривают опорные ребра. Длину опорной части ребра у подвижной решетки принимают больше диаметра нижнего штуцера для обеспечения возтожности монтажа и демонтажа пучка. При значительных размерах (диаметр корпуса 1000 мм и более) и массе трубчатого пучка его опирают на катковые опоры, которые крепят к продольной балке из швеллера или двух полос, приваренной к поперечным перегородкам и неподвижной трубной решетке	D = 1195 мм Sп = 15 мм Так как диаметр корпуса значительный (1200мм), то трубный пучок опираем на катковую опору.
6.	Диаметр и количество стяжек для перегородок	Диаметр стяжек для перегородок принимают: d = 12 мм при D ≤600 мм, d = 16 мм при D≥800 мм Минимальное количество стяжек Zс =6 при D ≤1000 мм, Zс =8 при D = 1200 мм, Zс =10 при D≥ 1400 мм.	d = 16 мм Zс = 8 шт.
7.	Отбойники (рисунокА.2, приложение А)	При входе среды в межтрубное пространство теплообменника часто ставят отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера. Отбойник выполняют в виде круглой или прямоугольной пластины. Размер отбойника должен быть не менее внутреннего диаметра штуцера D1. Обычноего принимают на 10-20 мм больше, т. е. D = D1 + (10…20) мм. Отбойник не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть h > 0,2D1 . Отбойник приваривают к дистанционным тягам или крепят хомутами (лапками) к трубам. Приваривать отбойник к трубам не рекомендуется из-за опасности прожога стенки трубы. Расстояние от отбойника до первой перегородки должно быть не менее 100 мм для обеспечения беспрепятственного распределения входящего потока среды.	Отбойник выполняем в виде круглой пластины диаметром 320 мм: D = D1 + 20= = 284+20=304 мм, примем D = 300 мм h =0,2•284=56,8мм Примем h = 60мм.
8.	Размеры плавающей головки	Внутренний диаметр крышки плавающей головки Д3 меньше внутреннего диаметра корпуса теплообменника на: - 50 мм для Дв = 400, 500, 600 мм; - 100 мм для Дв= 800, 1000, 1200, 1400 мм	Дв= 1200мм Д1 = 1190мм Д3 = 1100мм
9.	Маркировка ТОА	1200 ТПГ-6,3-М8/25Г-9-Т-4-У-И ТУ 3612-023-00220302-01 теплообменный аппарат с плавающей головкой горизонтальный, с внутренним диаметром кожуха D = 1200 мм, на условное давление в кожухе и трубах Pу = 6,3 МПа, материального исполнения М8, с гладкими теплообменными трубками диаметром d = 25мм, длиной L = 9м, расположенными по вершинам треугольников, 4-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, с деталями для крепления изоляции.