Материал: Теплообменное оборудование предприятий

А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов, С.Н. Смородин

ТЕПЛООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2016

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вучебном пособии приведены общие принципы конструирования и расчёта теплообменных установок, рассмотрены конструкции наиболее распространённых типов аппаратов и области их применения. Изложены основы физических процессов передачи теплоты и методика их расчёта.

Содержание курса сложилось в результате многолетнего опыта преподавания дисциплины на факультете при подготовке студентов по специальности "Промышленная теплоэнергетика".

Первое систематизированное издание учебного пособия по данному курсу подготовлено на факультете в 1975 году доцентом Е.К. Гусевым и профессором В.М. Антуфьевым и издано под названием "Теплоиспользующие аппараты".

В1989 году коллективом преподавателей факультета в составе доцентов В. Л. Мовсесяна, А.Ф. Мурзича, Е.К. Гусева и В.А. Суслова подготовлено и издано учебное пособие “Тепломассообменные процессы и установки ЦБП”, основой которого по содержанию и методологии изложения курса являлось предыдущее учебное пособие.

Учебное пособие “Тепломассообменные процессы и установки ЦБП” до настоящего времени является основой лекционного курса “Тепломассообменное оборудование предприятий”. Практическая часть работы, выполняемой студентами по решению отдельных задач

ипроведению расчётов теплообменных аппаратов, осуществляется на основе соответствующих методических указаний.

Накопленный опыт преподавания дисциплины показал целесообразность подготовки и издания новой редакции учебного пособия, включающего в себя материалы предыдущего учебного пособия и методические указания по практическому выполнению расчётов теплообменных аппаратов.

Настоящая редакция исправленного и дополненного пособия

подготовлена коллективом авторов в составе Иванова А.Н., Белоусова В.Н., Смородина С.Н. Оно предназначено для самостоятельной работы студентов и проверки усвоенных знаний с помощью тесов. Может быть полезно преподавателям и студентам института Энергетики и автоматизации ВШТЭ, а также студентам других инженерных специальностей.

Авторы выражают благодарность Сафрошкину И. за оформление иллюстративного материала и помощь в подготовке рукописи к изданию.

3

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменные аппараты и установки широко используются во всех отраслях промышленности. Назначение, области применения и конструктивное оформление их весьма разнообразны. Они предназначены для увеличения экономичности энергетического оборудования, повышения его надёжности, обеспечения технологических процессов. Первую группу составляют элементы паровых котлов, тепловых двигателей, компрессорных машин, тепловых электростанций, установки по использованию вторичных энергоресурсов. Вторая группа включает в себя различного рода деаэраторы, испарители, подогреватели жидкого топлива, маслоохладители, водонагреватели, воздухоохладители. К третьей группе относят выпарные, вентиляционные и сушильные установки, скрубберы, аппараты криогенной техники и химических производств.

Учитывая широкий диапазон применения и важность выполняемых функций, теплообменные аппараты должны соответствовать следующим основным требованиям: обеспечивать передачу требуемого количества теплоты с получением необходимых конечных температур теплоносителей; обладать определённой пропускной способностью для каждой из рабочих сред при заданном уровне гидравлических сопротивлений; быть надёжными в эксплуатации при заданных параметрах рабочих сред; поверхность теплообмена и элементы конструкции должны обладать достаточной химической стойкостью к воздействию агрессивных сред; конструкция должна предусматривать возможность осмотра поверхности теплообмена и доступность для её периодической очистки и ремонта; обладать достаточным запасом прочности от напряжений, возникающих в результате воздействия давления рабочих сред и температурных деформаций; иметь возможно меньшие габариты и металлоёмкость.

Создание современных конструкций теплообменных аппаратов должно соответствовать требованиям эргономики и технической эстетики, позволяющим наиболее полно удовлетворять запросы обслуживающего персонала, максимально обеспечивать благоприятные условия эксплуатации.

В настоящем учебном пособии не представляется возможным охватить всё многообразие теплообменных аппаратов, встречающихся в практике. Рассматриваются лишь основные конструкции теплообменников, методика их теплового, конструктивного, гидравлического и прочностного расчётов.

4

ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ УСТАНОВОК

1.1. Классификация

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной рабочей среды к другой. При этом процессы могут происходить как без изменения агрегатного состояния сред, так и с их изменением. Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам.

По назначению:

подогреватели,

испарители,

паропреобразователи,

конденсаторы,

холодильники,

радиаторы,

калориферы и т. д.

По способу передачи теплоты:

рекуперативные (поверхностные),

регенеративные

смесительные (контактные).

Врекуперативных аппаратах передача теплоты происходит непрерывно во времени через разделяющую твёрдую стенку.

По роду применяемых теплоносителей рекуперативные аппара-

ты различают:

парожидкостные,

жидкостно–жидкостные,

газожидкостные,

газо–газовые.

Врегенеративных теплообменниках греющая среда приводится

всоприкосновение с твёрдым телом (насадкой) и отдаёт ему теплоту. В последующий период времени в соприкосновение с этой же насадкой, с аккумулировавшей теплоту, приводится нагреваемая среда. В этих аппаратах процесс передачи теплоты осуществляется периодически (циклично).

Всмесительных теплообменных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном соприкосновении (перемешива-

5