5. Проектирование газоохладителя

Газоохладители выпускают в различных конструктивных исполнениях: кожухотрубными, в виде элементов типа «труба в трубе», U-образными, змеевиковыми, секционными и радиаторными.

Конструкция компрессорных газоохладителей зависит от условий применения и прежде всего от давления охлаждаемого газа. Для низких (до 3…3,5 МПа) используют преимущественно кожухотрубные, элементные, пластинчатые и пластинчато-ребристые, а для более высоких давлений – кожухотрубные, «труба в трубе» и U-образные.

Охладители типа «труба в трубе» представляют собой блок из необходимого числа секций, каждая из которых состоит из концентрически расположенных (одна в другой) двух труб разного диаметра. Такие охладители делают противоточными. Движение газа осуществляется либо в межтрубном пространстве (до давления 20 МПа), либо во внутренней трубе. В тех случаях, когда газ движется по межтрубному пространству, а вода – во внутренней трубе, используют продольно-оребренные внутренние трубы.

1. Расчет расхода охлаждающей жидкости

Рассчитаем газовый поток:

Q=Q₁+Q₂ , (2.5.1.1)

где Q₁ – тепловой поток при охлаждении сухого газа (Дж);

Q₂ – дополнительный тепловой поток;

Q₁ = mˑC_pгˑ(t₁ – t₂), (2.5.1.2)

где m – массовый расход газа через охладитель; t₁ – температура газа на входе в охладитель; t_{2 –} температура газа на выходе из охладителя (принимаем на 5-8°С больше, чем температура охлаждающей воды по заданию); C_pг =1,005ˑ10³ (Дж/кгˑК) – удельная теплота охлаждаемого газа.

m= ρ_н1ˑV₁ , (2.5.1.3)

где V₁ – объем цилиндра I-ой ступени;

ρ_н1= P _н1/ R_г ˑ Т_н.в . (2.5.1.4)

где P _н1 – давление нагнетания I-ой ступени; R_г =287,2 (Дж/кгˑК) – газовая постоянная; Т_н.в – начальная температура воздуха ≈ 30°С:

ρ_н1= 0,29ˑ10⁶/ (287,2ˑ303)=3,33 кг/м³;

m=3,33ˑ0,033=0,11 кг/с;

t₂ =25+5=30°С= 303 К;

Q₁= 0,11ˑ1,005ˑ10³ˑ(412-303)=12050 Дж.

Q₂=(0,1…0,12)ˑQ₁ , (2.5.1.5)

Q₂=0,1ˑ12050 =1205 Дж;

Q=12050+1205=13255 Дж.

Расход воды:

W=Q/C_pвˑ(τ₂ - τ₁), (2.5.1.6)

где τ₁ – температура охлаждающей воды (по заданию); τ₂ – на 15-20°С больше τ₁ ; C_pв = 4,19ˑ10³(Дж/кгˑК).

W=13255 /(4,19ˑ10³ˑ(313-298))=0,21 (л/с).

2. Определение площади поверхности теплообмена

Площадь поверхности теплообмена:

F=Q/KˑΔt_ср , (2.5.2.1)

где К=250 (Вт/м²ˑК) – коэффициент теплопередачи; Δt_ср – средний температурный напор:

Δt_ср = ε_Δt (2.5.2.2)

где ε_Δt – коэффициент, зависящий от температур теплоносителей на входе и выходе из охладителя и взаимной ориентации направлений потоков охлаждаемой и охлаждающей сред, он зависит от безразмерных комплексов:

R = , (2.5.2.3)

, (2.5.2.4)

R = (412-313)/(313-298) = 6,6;

P = (313-298)/(412-298) = 0,13.

Т. к. R>4 , а P≈0,1, то по [3, стр.351] ε_Δt=1.

Δt_ср = = 44,5 К;

F = 13255/250ˑ44,5 = 1,19 м².