= 7513,48
где: коэф. теплопроводности для греющей воды, Вт/(м·К).
- диаметр труб греющей батареи: наружный, м.
Средняя температура стенки труб греющей батареи, оС
=0,5(+
= 55,65
Средняя разность температур стенки трубок и испаряемой воды, оС
t= 55,56 - (+30)/2 t = 19,23
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубок к испаряемой воде, Вт/(м2·К)
=1,79 6128,40
где: Р2=8,64 кПа - давление вторичного пара, кПа.
Температурный напор в греющей батарее, оС
tи
tи =
tи = 38,65
Коэффициент теплопередачи в греющей батарее для чистой стенки трубок, Вт/( м2·К)
Ки =
Ки =
Ки = 3030,3
где: коэффициент теплопроводности мельхиора;
толщина стенки трубы.
Поверхность нагрева греющей батареи длячистой стенки, м2
Fи =
Fи=
Fи=2,15
Поверхность нагрева гре-ющей батареи с учетом образования накипи, м2
=1,252,15
= 2,69
где: =1,25 - коэффициент загрязнения трубок
Число трубок греющей батареи, шт.
nи
nи = 104
где: полезная длина трубок греющей батареи.
Эквивалентный диаметр трубного пучка греющей батареи, м
1,050,0252
= 0,26
где: = 1 - число ходов нагреваемой воды;
=(0,8-0,7) - коэффициент заполнения трубной доски;
=(1,5-1,8)·dн - шаг труб при ромбическом расположении на трубной доске и их развальцовке «под колокольчик»:
=(1,5-1,8)·dн
=1,8·0,014
= 0,252
Внутренний диаметр сливной трубы, м
dсл
dсл
dсл0,046
где: 1009,3 плотность продуваемого рассола, кг/м3
(0,15-0,25)=0,15- скорость рассола в сливной трубе, м/с.
Если значение по расчету меньше 25 мм, то конструктивно принимают значение = 25 мм. Этот вариант возможен при малой производительности и небольших значениях коэффициента продувания испарителя.
Внутренний диаметр кожуха для размещения сливной трубы, м
Дкож =(2-2,5)·dсл
Дкож = 2,5·0,046
Дкож = 0,115
Внутренний диаметр корпуса греющей батареи, м
где: Внутренний диаметр корпуса греющей батареи Дэ уточняется по рекомендуемым нормализованным диаметрам
Отношение
где: в случае несовпадения 0,8-1,2 делают перерасчет 2.2.16, приняв другое значение .
Внутренний диаметр камеры испарения, м
где: (1,4-2,5)=1,8 м3/(с·м2) - напряжение зеркала испарения, характеризующее скорость подъема вторичного пара в камере испарения.
2.3 Тепловой расчет и компоновка конденсатора
Давление вторичного пара с учетом парового сопротивления конденсатора, кПа. вакуумный межтрубный нагревательный батарея
где: ?P= (0,1?0,2) =0,1 кПа [1] зависит от размеров поперечного сечения конденсатора и от производительнсти ,Qпв. Величина парового сопротивления возрастают с увеличением Qпв.
Тепловая мощность отводимая от конденсатора вторичного пара, кВт
Qп
Qп = 0,096 (2579,4 - 179,99)
Qп = 230,34
где: энтальпия дистиллята на выходе из конденсатора,
энтальпия вторичного пара,
Кратность охлаждения
m
m
m 87,33
Где: =3,925,?теплоемкость забортной воды,
Расход охлаждающей воды: массовый, кг/с;
объёмный,м3/с
1
Где: 1020 , кг/м3 ?плотность забортной воды
Средне логарифмическая разность температур в конденсаторе, °С
tк
tк
tк 16,01
где: 42,64температура дистиллята, определяемая по значению Р'2
Полученное значение tк не должно отличаться от ранее принятого значения tк более чем на 5%.
= = 1% < 5
Критерий Рейнольдcа для потока охлаждающей воды
где: dн задано-0,016, мм;
dв выбрано-0,014, мм;
= (1,2-2,0) = 1,8 м/сскорость охлаждающей воды в трубках конденсатора;
, м2/с ?коэффициент кинематической вязкости для охлаждающей воды Критерий Галилея для дистиллята
где: dн задано-0,016, мм;
коэффициент кинематической вязкости
Критерий Кутателадзе для дистиллята
=
=
= 19195
где: - коэффициент теплопроводности.
Критерий Нуссельта при конденсации пара
815,77
4,33
Коэффициент теплоотдачи от пара к трубкам конденсатора (Вт/м2K)
где: - коэффициент кинематической вязкости.
Критерий Нуссельта для потока охлаждающей воды.
где: 6,44 Критерий Прандтля для потока охлаждающей воды.
Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к охлаждающей воде, отнесенный к наружному диаметру, Вт/(м2·К)
где: коэффициент теплопроводности для потока охлаждающей воды, Вт/(м·К)
Коэффициент теплопередачи в конденсаторе, Вт/м2·К
где: коэффициент теплопроводности мельхиора м = 30,0 Вт/(м·К);
толщина стенки трубы.
Поверхность охлаждения конденсатора, м2
3,02
Число трубок в конденсаторе, шт.
где:;- число ходов охлаждающей воды.
dв= 0,014 м ? внутренний диаметр трубок конденсатора.
Эквивалентный диаметр трубного пучка конденсатора, м
где: dн = 0,016 м-наружный диаметр труб конденсатора;
=(0,7?0,6)=0,65 ? коэффициент заполнения трубной доски для двухходового конденсатора.
(1,5?1,8)dн ?шаг установки трубок при ромбическом расположении на трубной доске:
(1,5?1,8)dн
1,80,016
0,028
Расчетная длина трубки конденсатора между трубными досками, м
Высота парового пространства камеры испарения, м
Н
Н
Н 1,077
3. Гидравлический расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д»
Основной целью гидравлического расчета опреснительной установки является определение потерь давления забортной воды в трубках конденсатора и воды в межтрубном пространстве греющей батареи.
Величина гидравлического сопротивления определяет мощность насосов для перемещения охлаждающей забортной воды и греющей воды в батарее.
3.1 Определение гидравлического сопротивления полости охлаждающей воды конденсатора
Конструктивная длина трубки конденсатора, м:
56
где:
Коэффициент сопротивления трения, м:
где:- критерий Рейнольдcа для потока охлаждающей воды.
Потери напора при движении воды по трубкам, кПа
6,01
где: - число ходов охлаждающей воды в конденсаторе;
- плотность забортной воды, кг/м3;
- скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора, м/с.
Потери напора при входе в трубки и выходе из них, кПа:
+)·
где: - число ходов охлаждающей воды в конденсаторе;
- плотность забортной воды, кг/м3;
- скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора, м/с;
- коэффициент, учитывающий потери напора: при входе воды в трубки;
- коэффициент, учитывающий потери напора: при выходе воды в трубки.
Потери напора при поворотеводы в задней крышке, кПа:
2,48
где: - коэффициент, учитывающий потери напора при повороте воды в задней крышке конденсатора;
- число ходов охлаждающей воды в конденсаторе;
- плотность забортной воды, кг/м3;
- скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора, м/с;
- куоэффициент, учитывающий потери напора: при входе воды в трубки;
- коэффициент, учитывающий потери напора: при выходе воды в трубки.
Потери напора в патрубках, кПа:
где - плотность забортной воды, кг/м3;
- скорость охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубах, м/с.
= 1,0 - коэффициент местного сопротивления входного и выходного патрубков.
Общее гидравлическое сопротивление конденсатора, кПа:
+P2м+P3м)
+)
18,07
где: - коэффициент загрязнения.
Внутренний диаметр подводящих и отводящих патрубков забортной воды, м:
0,072
- расход охлаждающей воды, кг/с;
- плотность забортной воды, кг/м3;
- скорость охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубах, м/с.
3.2 Определение гидравлического сопротивления греющей воды в межтрубном пространстве нагревательной батареи
Внутренний диаметр подводящих и отводящих патрубков греющей воды, м
1
где: Gгр - Объёмный расход греющей воды, м3/с;
- скорость греющей воды в подводящих и отводящих патрубках, м/с.
Потери напора в патрубках греющей воды, кПа:
где: - скорость греющей воды в подводящих и отводящих патрубках, м/с;
- плотность греющей воды, кг/м3;
= 1- коэффициент, учитывающий потери напора: при входе воды в трубки;
=1 - коэффициент, учитывающий потери напора: при выходе воды в трубки.
Коэффициент местного сопротивления пучка труб при их поперечно-продольном обтекании:
где: Re1 - критическая Рейнольдса для потока пресной греющей воды;
k - число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве:
где: nи - число трубок греющей батареи.
Потери напорапри движении греющей воды вдоль перегородок, кПа:
где: - число ходов греющей воды;
- плотность греющей воды, кг/м3;
- скорость греющей воды в межтрубном пространстве, м/с;
- коэффициент местного сопротивления пучка труб при их поперечно-продольном обтекании.
Потери напора при поворотахводыв окнах перегородки, кПа:
где: - число ходов греющей воды;
- плотность греющей воды, кг/м3;
- скорость греющей воды в межтрубном пространстве, м/с;
- коэффициент, учитывающий потери напора при поворотегреющей воды в окнах перегородки.
Общее гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве, кПа:
12,17
где: ш = 1,3 - коэффициент неучтенных потерь.
Внутренний диаметр подводящего патрубка питательной воды, м:
где: скорость питательной воды в подводящих патрубках;
плотность питательной воды, кг/м3;
- массовый расход греющей воды.
4. Поверочный расчет опреснительной установки
4.1 Исследование влияния температуры забортной воды на производительность спроектированной опреснительной установки
Во время эксплуатации опреснительной установки температура забортной воды, подаваемой на охлаждение конденсатора и питание опреснителя, может колебаться в значительной степени в зависимости от времени года и района плавания.
В этих условиях температура забортной воды изменяется от 2 до 30 оС, вместе с этим изменяется величина вакуума в конденсаторе и температурный напор. По опытным данным производительность опреснителя падает на (1-2)% при увеличении температуры забортной воды на 1 оС.
Влияния колебания температуры забортной воды на производительность опреснительной установки можно определить, выполнив вариантные расчеты эксплуатационных параметров опреснительной установки для различных значениях температуры забортной воды 5; 10; 15; 20; 25; 30 оС с последующим построением графика (табл.7).
Влияние температуры забортной воды на производительность
Спроектированной опреснительной установки
|
№ |
Наименование величины |
Обозначение |
Способ определения |
Значение величины tзв,oC |
||||||
|
1. |
Задаваемые температуры забортной воды |
10 |
15 |
20 |
22 |
25 |
30 |
|||
|
2. |
Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе |
Из расчета греющей батареи (табл.2, п. 7) |
8 |
|||||||
|
постоянная |
||||||||||
|
3. |
Температура питательной воды, оС |
19,5 |
24,5 |
29,5 |
31,5 |
34,5 |
39,5 |
|||
|
4. |
Средняя температура охлаждающей забортной воды, оС |
14,75 |
19,75 |
24,75 |
26,75 |
29,75 |
34,75 |
|||
|
5. |
Средняя температура греющей воды, оС |
Из расчета греющей батареи (табл.2, п. 6) |
57,06 |
|||||||
|
Постоянная |
||||||||||
|
6. |
Температурный напор конденсатора, °С |
24,96 |
22,89 |
20,81 |
19,99 |
18,74 |
16,67 |
|||
|
7. |
Температура вторичного пара, °С |
39,71 |
42,64 |
45,56 |
46,74 |
48,49 |
51,42 |
|||
|
8. |
Давление вторичного пара, кПа |
P2= f(t2) |
Прил. 1, табл. 1 |
7,262 |
8,478 |
9,866 |
10,473 |
11,444 |
13,235 |
|
|
9. |
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам греющейбатареи, Вт/(м2·К) |
Из расчета греющей батареи (табл.3, п. 10) |
5482,5 |
|||||||
|
постоянная |
||||||||||
|
10. |
Средняя температура стенки труб греющей батареи, °С |
52,30 |
54,28 |
56,27 |
57,06 |
58,25 |
60,23 |
|||
|
11. |
Средняя разность температур стенки трубок и испаряемой воды, оС |
t |
22,70 |
20,72 |
18,73 |
17,94 |
16,75 |
14,77 |
||
|
12. |
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубок к испаряемой воде |
8160,898 |
7215,605 |
6232,648 |
5833,835 |
5234,65 |
4246,953 |
|||
|
13. |
Коэффициент теплопередачи в греющей батарее для чистой стенки трубок, Вт/( м2·К) |
Ки |
2956,24 |
2822,304 |
2658,32 |
2583,006 |
2458,412 |
2216,337 |
||
|
14. |
Среднелогарифмическая разность температур в греющей батарее, °С |
tи |
43,67 |
39,79 |
35,90 |
34,35 |
32,02 |
28,13 |
||
|
15 |
Теплоемкость питательной воды, кДж/(кг·К) |
= |
Прил. 1, табл. 3 |
3,928 |
3,925 |
3,923 |
3,922 |
3,921 |
3,919 |
|
|
16. |
Удельная теплота парообразования, кДж/кг |
= |
Прил. 1,табл. 1 |
2407,20 |
2400,28 |
2393,20 |
2390,43 |
2386,22 |
2379,19 |
|
|
17. |
Тепловая мощность для подогрева и испарения воды, кВт |
Q |
385,23 |
335,09 |
284,81 |
264,77 |
234,89 |
186,04 |
||
|
коэффициент продувания и поверхность теплообмена греющей батареи (из расчета греющей батареи) |
||||||||||
|
18. |
Производительность опреснительной установки, кг/с |
G2 |
0,15189 |
0,13012 |
0,10896 |
0,10069 |
0,08855 |
0,06912 |
Результаты расчета G2=f() приведены в графической форме на рис.3.
Рис.3 Характер изменения производительности водоопреснительной установки от температуры забортной воды.
4.2 Исследование влияния накипи в греющей батарее на производительность спроектированной опреснительной установки
В эксплуатации номинальная производительность опреснительной установки должна сохраняться длительное время. Однако за счет образования накипи производительность установки падает. Анализ накипи показывает, что в общем случае она образована тремя основными компонентами:
- карбонатом кальция СаСО3;
- гидроокисью магния Мg(ОН)2;
- сульфатом кальция СаSО4.
Образование накипи - сложный процесс, зависящий от многих факторов, протекающий при испарении морской воды. При температуре кипения морской воды ниже 50°С накипь формируется в основном из карбоната кальция; при температуре кипения более 80°С накипь состоит в основном из гидроокиси магния. Поскольку теплопроводность накипи зависит от её состава, то коэффициент теплопроводности накипи меняется в широких пределах от 0,11 до 5,8 Вт/(м К), что существенно меняет теплопередачу. Для расчетов и исследования коэффициент теплопроводности накипи принимается равным = 1,08 Вт/(м К), что рекомендовано технической литературой. Цель данного расчета - определить изменение производительности опреснительной установки в зависимости от толщины накипи. Методика расчета приведена в табл. 8 и 8а.
Расчёт влияния накипи в греющей батарее на производительность опреснительной установки
|
№ |
Наименование величины |
Обозначение |
Способ определения |
Значение величины |
|||||
|
1. |
Коэффициент теплопроводности накипи, Вт/(м К) |
Принимается |
1,08 |
||||||
|
2. |
Коэффициент теплопередачи для чистой стенки, Вт/(м2·К) |
Kи |
Из расчета греющей батареи(табл.3, п. 15) |
2583,01 |
|||||
|
3. |
Поверхность нагрева греющей батареи (для чистой стенки), м2 |
Fи |
Из расчета греющей батареи (табл. 3, п. 16) |
2,984 |
|||||
|
4. |
Среднелогарифмическая разность температур, °С |
tи |
Из расчета греющей батареи (табл. 3, п. 14) |
34,35 |
|||||
|
№ |
Наименование величины, ее размерность и способ определения |
Толщина накипи , мм |
|||||||
|
0,0 |
0,2 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
|||
|
1. |
, , где, м |
0 |
0,000185 |
0,000463 |
0,000926 |
0,001389 |
0,001852 |
0,002315 |
|
|
2. |
, |
0,000387 |
0,000572 |
0,00085 |
0,001313 |
0,001776 |
0,002239 |
0,002702 |
|
|
3. |
Коэффициент теплопередачи в функции от толщины накипи, КЗ=1/(1/Ки+/), Вт/(м2 К) |
2583,006 |
1747,241 |
1176,32 |
761,573 |
563,0521 |
446,6284 |
370,1016 |
|
|
4. |
Тепловая мощность греющей батареи , кВт |
264,7658 |
179,0974 |
120,5763 |
78,06349 |
57,7145 |
45,78074 |
37,93651 |
|
|
5. |
Изменение производительности установки кг/с: |
0,1007 |
0,0681 |
0,0459 |
0,0297 |
0,0219 |
0,0174 |
0,0144 |
|
|
6. |
= tпв=31,5 оС - температура питательной воды из расчета (табл.2, п. 7); t2=46,73 оС- температура вторичного пара из расчета (табл. 2, п. 10); . - теплоемкость питательной воды (табл.3, п.3); r2 =2390,43 , кДж/кг - теплота парообразования, (табл.2, п. 13); коэффициент продувания (задан). |