Введение
Теплообменные аппараты предназначены для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред в технологических процессах, теплообмена между технологическими средами с температурой от минус 60 С до плюс 550 С. В зависимости от назначения, кожухотрубчатые аппараты могут быть теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.
Холодильники -для охлаждения различных жидких или газообразных сред пресной, морской воды или хладагентами с температурой охлаждаемой среды в кожухе от 0 до+400 С и температурой охлаждающей среды в трубах от – 20 до +60 С. Конденсаторы – для конденсации и охлаждения парообразных сред пресной, морской водой или другими хладагентами с температурой конденсируемой среды в кожухе от 0до 400 С и температурой охлаждающей среды в трубах от -20 до+60 С. Испарители- для нагрева и испарения различных жидких сред с температурой греющей и испаряемой сред от минус 30 до плюс 450 С, для приема, хранения и выдачи жидких и газообразных сред, для систем отопления и горячего водоснабжения, работающих в режиме 70/150 C, 70/130C и 70/95 C.
Теплообменные аппараты изготовляются: по расположению, вертикальные, горизонтальные и наклонные, в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа, по числу ходов в трубном пространстве, одноходовые, двухходовые, четырехходовые и шестиходовыми, по компоновке, одинарные или сдвоенные, по материалу основных узлов и деталей, с деталями трубного и межтрубного пространства из коррозионностойкой стали, межтрубного пространства – из углеродистой стали, с трубами из латуни или алюминиево-магниевого сплава и деталями межтрубного пространства из углеродистой стали.
1 Описание, конструкция теплообменника-испарителя жрд
Принципиальная схема теплообменника – испарителя низкокипящего компонента приведена на рисунке 1.
Испаритель представляет собой канал , внутри которого размещается навитый по спирали пучок трубок. Горячий парогаз из турбины, двигаясь по каналу, омывает спиральные трубки, по которым противотоком движется жидкий кислород. На входном участке кислород жидкий, на среднем – двухфазный и на выходном участке – перегретый пар, который направляется в баки ЖРД.
Рисунок 1 – Принципиальна схема теплообменника испарителя
2 Тепловой расчет противоточного теплообменника-испарителя
2.1 Определение температур теплоносителей на выходе из испарителя, средней температуры и температурного напора на отдельных участках
Используя T-S диаграмму для кислорода, определяем его параметры для трех участков тракта, характеризуемых фазовым состоянием холодного теплоносителя (Рисунок 2) для участков:
I – участок нагрева жидкости от tвх и давления 0,1 МПа до температуры кипения при давлении входа (по линии кипения);
II – участок испарения при переменном давлении (от давления входа до среднего давления в интервале давлений начала процесса кипения и начала нагрева);
III – участок перегрева пара от среднего давления кипения до давления выхода.
По T-S диаграмме (Рисунок 2) устанавливаем значения температур кислорода на границах участков (в точках 2,3,4). Их значения указаны в схеме распределения температур теплоносителей (рис. 3).
Рисунок 2 – Схема определения параметров кислорода на участках теплообменника-испарителя по T-Sдиаграмме
Определяем тепловые потоки к кислороду на участках I, II, III, используя Т-S диаграмму (Рисунок 2) из соотношения:
Изобарная теплоемкость парогаза находится как теплоемкость смеси:
.
Определяем падение температуры парогаза на участках I, II, III по формуле:
Вычисляем температуры парогаза на границах участков:
Определяем средний температурный напор на участках по формуле:
Результаты вносим в схему распределения температур (Рисунок 3).
Рисунок 3 – Схема распределения температур теплоносителей на границах участков теплообменника-испарителя и средние температурные напоры по участкам