Особенности расчета элементов кожухотрубчатых теплообменников

Трубы в трубной решетке размещают тремя способами: по сторонам правильных шестиугольников, по сторонам квадратов и по концентрическим окружностям [8] .

Для получения компактного теплообменника с наименьшим размером в поперечном сечении расстояние между осями труб (шаг расположения труб) принимают минимальным.

В случае применения вальцованных соединений с наружным диаметром труб более- 19 мм минимальный шаг расположения груб (L_min, мм), принимают [8] по условию:

, (32)

где d_H - наружный диаметр трубы, мм

Причем ширина простенки (L₃, мм) должна быть, в свою очередь связана условием:

.

Большие значение шага труб выбирают для труб меньшего диаметра.

Общее количество труб в аппарате (n₀) будет равно:

(33)

где n_g - число труб, расположенных по диагонали наибольшего шестиугольника.

Число труб n_g определяется по формуле:

, (34)

где D - внутренний диаметр кожуха, мм.

Обечайки (кожухи) теплообменных аппаратов работают, как правило, под действием осевой силы растяжения и избыточного внутреннего давления [9].

Трубы кожухотрубчатого теплообменника подвержены воздействию осевой силы сжатия. Для труб выполняют поверочный расчет [9] при заданной толщине стенки по формуле:

(36)

где s_ТР, [s]_ТР - соответственно расчетное и допускаемое напряжения в материале трубы, МПа;

Р_ТР - осевая сила в трубах, Н;

F_ТР - площадь поперечного сечения труб, мм.

Площадь поперечного сечения труб (F_ТР, мм) определяется по формуле:

, (37)

где S_ТР - толщина стенки трубы, мм.

В теплообменниках с линзовыми компенсаторами растягивающая сила в кожухе аппарата Р_K~0, а осевая сила в трубах (Р_ТР, Н) определяется по формуле:

, (38)

где р_тр - давление в трубах, МПа.

Значение осевой силы в трубах следует также проверить по условию надежности крепления труб в трубных решетках по формуле:

, (39)

где h - толщина трубной решетки, мм;

[q] - допускаемое усилие на единицу длины трубы, зависящие от способа крепления труб, кН/м; при креплении труб вальцовкой в гладких отверстиях без отбортовки [q] =40 кН/м ; с отбортовкой [q] = 70 кН/м.

Толщина трубной решетки может быть определена так же, как и толщина плоского днища с учетом ослабления ее отверстиями по п. 4.6 или по формуле [9] :

, (40)

где к- коэффициент закрепления, принимается к=0,162;

d_B - внутренний диаметр труб, мм ;

р - перепад давлений по сторонам трубной решетки, Па ;

[s_и] - допускаемое напряжение при изгибе, Па.

Коэффициент ослабления трубной решетки определяется по формуле:

, (41)

Толщина трубной стальной решетки, исходя из надежной развальцовки, должна быть больше, чем найденная по следующему выражению:

h_mm=0,005+0,125d_H. (42)

Применяемые в кожухотрубчатых теплообменниках линзовые компенсаторы стандартизированы для давления р_у£2,5 МПа и температуры от -70 до 700°С [10].

Конструкция гибких элементов линзового компенсатора представлена на рис. 10 .

Основные размеры линзовых компенсаторов в соответствии с ОСТом 26-01-1505-76 приведены в табл.3 ,

Рис. 10. Конструкция линзы

Таблица 3 - Размеры линзовых компенсаторов, мм

Необходимое число линз Z_Л определяется [3] по формуле:

, (43)

где a_ТР, a_к - температурные коэффициенты линейного расширения материала труб и кожуха, 1/ °С;

t_ТР, t_К - рабочие температуры труб и кожуха, °С;

t₀ - температура аппарата при изготовлении, принимают для расчета t₀ = 20 °С;

L_ТР - длина труб, мм ;

∆L - компенсирующая способность одной линзы, мм.

Компенсирующая способность одной линзы выбирается по табл. 4 на основании ОСТа 26-01-1512-76 в зависимости от числа циклов нагружения [11].

Таблица 4 - Компенсирующая способность одной линзы

Значения коэффициентов линейного расширения выбираются в зависимости от температуры и вида стали по табл. 5.

Таблица 5 - Значения коэффициентов линейного расширения