Розрахунок системи охолодження газу на КС

На КС Богородчани для охолодження газу використовуються апарати повітряного охолодження (АПО) типу 2АВГ-75. Таких апаратів встановлено 12. Технічні дані АПО подано в таблиці 10.1.

Таблиця 10.1 – Технічна характеристика АПО 2АВГ-75.

№п/п | Показник | Величина

Для проведення розрахунку апаратів повітряного охолодження необхідно врахувати дані режиму роботи КС пораховані вище, а також володіти технічною характеристикою АПО, технічні характеристики якого наступні:

внутрішній діаметр труб м;

зовнішній діаметр труб м;

поперечний крок труб м;

висота ребра м;

крок ребра м;

товщина ребра м;

площа вільного перерізу перед секціями мІ;

продуктивність вентилятора мі/год;

кількість ходів у апараті ;

площа перерізу одного ходу по газу мІ;

поверхня нагрівання одного апарата мІ;

коефіцієнт збільшення поверхні теплообміну;

термічний опір забруднення ;

кількість вентиляторів .

Для розрахунку візьмемо дані режиму роботи КС за 1 січня 2005 року, а саме:

тиск газу ;

витрата газу ;

температура газу ?С;

задана температура газу на виході АПО ?С;

температура навколишнього середовища .

Для першого наближення приймаємо, що працює один апарат та різницю температур газу на вході та виході з АПО - 2?С:

(10.1)

Визначаємо масову витрату газу за формулою:

(10.2)

де витрата газу.

Визначаємо середню температуру газу за формулою:

(10.3)

Визначаємо теплоємність газу при середній температурі та тиску, з яким газ надходить у АПО з нагнітачів за такою імперичною формулою:

(10.4)

де абсолютний тиск газу, кг/см2.

Визначаємо кількість переданої теплоти з рівняння теплового балансу

(10.5)

Визначаємо густину навколишнього повітря за формулою:

(10.6)

де атмосферний тиск;

газова стала повітря;

температура новколишнього повітря, ?С

Визначаємо масову секундну витрату повітря за наступною формулою:

(10.7)

де номінальна продуктивність вентилятора;

кількість апаратів повітряного охолодження.

Визначаємо температуру повітря на виході з апарата при номінальній продуктивності апарата за наступною формулою

(10.8)

де теплоємність повітря. Приймаємо

Тоді:

Визначаємо середню різницю температур процесу теплопередачі за формулою:

(10.9)

де найбільша і найменша різниця температур, які для прямотоку визначаються за формулами:

(10.10)

(10.11)

В нашому випадку:

Тоді сердня різниця температур процесу теплопередачі буде рівною:

Визначаємо коефіцієнт стисливості газу при середній температурі газу за формулою:

(10.12)

Визначаємо густину газу при середній температурі газу за формулою

(10.13)

Швидкість газу в апараті визначаємо на основі витрати газу, густини газу, площі поперечного перерізу ходу і числа апаратів:

(10.14)

де площа поперечного перерізу ходу.

Визначаємо число Рейнольдса за формулою

(10.15)

де швидкість газу в апараті;

внутрішній діаметр трубок апарата;

коефіцієнт динамічної в’язкості газу.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності газу за формулою

(10.16)

де тиск газу в ат.

Визначаємо критерій Прандтля для газу за наступною формулою:

(10.17)

Визначаємо критерій Нуссельта за наступною формулою:

(10.18)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від газу до внутрішньої стінки труби за формулою

(10.19)

Визначаємо середню температуру повітря за формулою

(10.20)

Визначаємо коефіцієнт динамічної в’язкості повітря за наступною імперичною формулою

(10.21)

Визначаємо критерій Рейнольдса для повітря за формулою:

(10.22)

де швидкість повітря у вузькому перерізі пучка труб;

зовнішній діаметр трубок апарата.

Визначаємо критерій Нуссельта за рівнянням Карасіної

(10.23)

де крок ребер, м;

висота ребер, м.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності повітря за настуупною імперичною формулою

(10.24)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубок до повітря за формулою

(10.25)

Визчначаємо коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря за формулою

(10.26)

де: Ш - коефіцієнт збільшення площі теплообміну;

товщина стінки трубки;

коефіцієнт теплопровідності стінки.

Поправку на непротивоточність визначаємо за наступною емпіричною формулою:

(10.27)

де поправки, які визначаються за наступними формулами

(10.28)

(10.29)

В нашому випадку:

.

Тоді поправка на непротивоточність буде рівна:

Визначаємо кількість теплоти переданої газом повітрю за формулою:

(10.30)

де поправка на непротовоточність;

загальна площа теплообміну.

Оскільки то зменшуємо температуру на виході АПО на 0,5 ?С, і виконуємо розрахунок спочатку до тих пір, доки ця умова не виконуватиметься. Потім звіряємо температуру на виході апарата із заданою температурою газу. У разі якщо одержана температура є більшою необхідно збільшити кількість апаратів. В результаті розрахунку було одержано кінцеву температуру 39,7 ?С при дванадцяти працюючих апаратах.