Тепловой расчет АВО для газа

Исходные данные: производительность газопровода V=60м/сут. Температура газа на входе в аппарат t=60^оС, на выходе t=30^оС, температура наружного воздуха t₁=^оС. Определить количество передаваемой теплоты, требуемую поверхность охлаждения и число аппаратов.

1. Выбираем тип теплообменного аппарата: АВЗ с наружной поверхностью охлаждения Н=5300м², коэффициентом оребрения j=9.

2. Определяем количество передаваемой теплоты из уравнения теплового баланса:

Q=Gc_pm(t₁–t₂), (…)

, (…)

где G – расход газа (в кг/с).

Плотность газа r_г(0, 72кг/м³) берем из справочных таблиц для стандартных условий (р=0, 1МПа, t=20^оС) или рассчитываем из уравнения Клапейрона, приближенно считая, что природный газ полностью состоит из метана.

Теплоемкость газа определяется из номограммы на рис. 68 при средней температуре t_am=(t₁+t₂)/2=45^оС и давлении р=5, 6МПа, г=0, 98; с_pm=2, 56кДж/(кг× ^оС).

Тепловой поток:

Q=500× 2, 56× 30=38400кВт (…)

3. Вычисляем температуру воздуха на выходе из аппарата при номинальной производительности вентиляторов указанного типа АВО по паспорту аппарата:

V_в=640× 10³м³/ч. (…)

Расход воздуха для произвольно выбранных 11 аппаратов АВЗ (n=11):

G₂=r_вV_вn/3600=1, 29× 640× 10³× 11/3600=2, 52× 10³кг/с (…)

Число аппаратов выбирается таким образом, чтобы температура воздуха на выходе из аппарата была ниже, чем температура, газа, на 10-12^оС. Плотность воздуха r_в=1, 29кг/м³ при 0^оС определяется по справочным таблицам.

(…)

Теплоемкость воздуха выбирается из справочных таблиц, с_pm2=1, 005кДж/(кг× ^оС).

4. Вычисляем среднюю разность температур процесса теплопередачи:

(…)

где q₁, q₂ – наибольшая и наименьшая разности температур (q₁ =60-0=60^оС, q₂ =30-15, 15=14, 85^оС); e – поправка на непротивоточность в зависимости от коэффициентов Р и R

5. Водяной эквивалент поверхности теплообмена

(…)

6. Необходимая поверхность охлаждения при выбранном коэффициенте теплопередачи К=21× 10^-3кВт/(м²× ^оС):

Н=КН/К=1, 22× 10³/21× 10^-3=58, 1× 10³м². (…)

Сравнением с общей поверхностью охлаждения 11 аппаратов: H=5300× 11=58, 3× 10³м², так как поверхность охлаждения выбранных 11 аппаратов больше необходимой расчетной поверхности охлаждения, дальнейшие расчеты проводим для 11 аппаратов. Если расчетная поверхность оказывается больше, чем установленная, то необходимо увеличить число установленных аппаратов и провести расчет с п.3. Принимаем коэффициент теплопередачи К=21Вт/(м²× ^оС), а затем проверяем выбранное значение по формулам с (4.84) по (4.93).

7. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности,

(…)

Вначале вычисляем коэффициент теплоотдачи от газа к стенке внутри трубы a₂, который рассчитывается по числу подобия Nu. В зависимости от режима движения используются разные уравнения для расчета Nu.

Число Рейнольдса

Re=wd/v=w1/m=r _г wd/m=33, 21× 3, 509× 0, 02/(12, 56× 10^-6)=185, 6× 10³. (…)

Физические характеристики газа взяты из справочных таблиц при средней температуре и давлении r=5, 6МПа: вязкость m=12, 56× 10^-6м²/с, коэффициент теплопроводности l=41, 96× 10^-3Вт/(м× ^оС), критерий Pr=0, 775.

Плотность газа определяем из уравнения Клапейрона при давлении r=5, 6МПа и при средней температуре Т=(60+30)/2=45^оС=318К:

(…)

Скорость газа в аппарате вычисляем на основании расхода газа, плотности и площади поперечного сечения хода f=390× 10^-3м² и числа аппаратов:

(…)

В связи с тем, что Re> 10⁴, т.е. режим движения газа турбулентный, для определения коэффициента теплоотдачи используем уравнение

Nu=0, 023Re^{0, 8}Pr^{0, 43}=0, 023(185, 6× 10³)^{0, 8}(0, 775)^{0, 43}=338, 06 (4.88)

Коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней поверхности трубок

α ²=Nul/d351, 6× 0, 0419/0, 021=674, 51Вт/(м²× ^оС) (4.89)

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху определяем из уравнения

Nu=0, 223Re^{0, 65}(d/s)^-0.54(h/s)^{-0, 14}. (4.90)

Физические характеристики воздуха выбираем при средней температуре t_am=t₁+t₂/2=7, 58^оС из справочных таблиц (табл. 21) интерполированием. Вязкость m₂=13, 93× 10^-6м²/с; теплопроводность l=2, 49× 10^-2Вт/(м× ^оС); теплоемкость с_pm2=1, 005кДж/(кг× ^оС); критерий Pr=0, 706; геометрические характеристики оребрения: наружный диаметр несущих трубок d=25мм, высота ребра h=10мм, шаг ребер t=3, 5мм (на 1м трубы – 286 ребер).

Таблица 21

Физические свойства сухого воздуха (р=101, 3кПа)

Ф.7-11-19