Расчет вихревого конденсатора-сепаратора

1. Определяем предварительный диаметр аппарата по оптимальной величине среднерасходной скорости W_ср.р, равной 10 м/с:

D = , м,

где G₀ – массовый расход пара, кг/с;

₁ - удельный объем пара в т. 1, т.е. поступающего в аппарат, равен 0,6 м³/кг.

где G_исх – объемный расход воды, поступающей со скважины, л/с;

G_тепл – объемный расход воды, поступающий на отопление и ГВС, л/с;

i_исх, i_тепл и i₀ – значения энтальпий для G_исх, G_тепл и G₀ соответственно, кДж/кг.

Значение энтальпий выбирается из таблицы «Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения (по температурам)»

i_исх = 210 кДж/кг, для 50 °C;

i_тепл = 42 кДж/кг, для 10 °C;

i₀ = 2734 кДж/кг, для 140 °C;

k = 1,25;

G_исх = 80 л/с.

D =

2. Определяем режим охлаждения аппарата. Охлаждение осуществляется возвратным потоком ПЖС. Определяем тепловой поток в аппарате как:

Q = G₀·i₁ - G_п·i₂ - G_к·i_2', кВт,

где G_п – массовый расход пара на выходе из ВКС, кг/с;

G_к – расход конденсата, л/с;

принимаем i₁ = i₂ = 2734 кДж/кг;

i_2' = 590 кДж/кг.

,

где Y₀ – концентрация вещества в исходном паре, 6 г/л;

Y_к – конечная концентрация вещества в паре, 1 г/л;

X_к – концентрация в жидкости, г/л;

X_к = 10Y_к = 10 г/л

 кг/с

 кг/с

Q = 6,24·2734 – 2,78·2734 – 3,46·590 = 7418,26 кВт

3. Определяем максимальную толщину конденсатной пленки для ламинарного (Re < 400) и турбулентного (Re > 400) режимов (проверяем для обоих):

 и

где  - коэффициент кинематической вязкости, 1,27·10^-7 м²/с;

 – плотность, 610 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

Теплофизические параметры конденсата предварительно принимаем при температуре t_стенки, равной средней температуре охлаждающей воды t_ср или средней температуре перегрева пара t_ср = (t₂ + t₄) / 2 = (140 + 550) / 2 = 340 °С.

 м

 м

4. Определяем средний коэффициент теплоотдачи α_ср из уравнения:

,

где λ – коэффициент теплопроводности, 0,446 Вт/(м·°С), берется при средней температуре (как и выше);

Pr – критерий Прандтля, берется из таблиц при средней температуре, 1,42;

Ga – критерий Галилея

 Вт/м² ·°С

 Вт/м² ·°С

= 20000 Вт/м² ·°С, отсюда делаем вывод, что режим турбулентный,  принимаем 10000 Вт/м² ·°С.

5. Находим длину поверхности полной конденсации L₁:

м

 м

Проверяем согласно значению оптимальной величины безразмерной длины циклонов L_d, равной 2,5-3,5 для ВКС. Тогда абсолютная длина циклона равна:

L₂ = L_d · D = 2,5 · 0,097 = 0,242м  

Принимаем L = 0,267 м

6. Определяем необходимую суммарную площадь сопел из условия непревышение в сопловом сечении скорости, равной 0,1 скорости звука. Для этого определяем скорость звука в среде (критическую скорость газа):

, м/с,

где k - показатель адиабаты газа, для водяного пара k = 1,135 (сухой насыщенный пар), 1,035+0,1х (влажный пар), 1,33 (перегретый пар);

R - универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль·°С);

μ - молярная масса газа, для водяного пара γ = 18·10^-3 кг/моль;

T - температура газа (пара), К.

Определяем суммарную площадь сопел:

, м²

 м²

Проверяем полученное значение F_Σс на выполнение условия F_Σс/F_к = 0,05-0,1, где F_к – площадь камеры.

, м²

 м²

F_Σс / F_к = 18,97

Принимаем условие непревышения в сопловом сечении скорости, равной 0,9 скорости звука.

 м²

Так как F_Σс >F_к, то:

1) Принимаем осевой ввод с направляющей, F_{к нов} = F_Σc = 0,015 м²

2) , т.е. D увеличивается в два раза, тогда уменьшаем величину L_d, принимаем равной 1.

L = L_d · D;

 м;

L = 1 · 0,14 = 0,14 м.

 

7. Размеры системы охлаждения, т.е. площадь поперечного сечения охлаждающей рубашки, рассчитывается из условия непревышения характерных скоростей движения охлаждающей среды:

, м² ;

G_v = G_т · ν₄;

где ν₄ – удельный объем турбинного пара, 0,508 км²/кг;

G_т = G_п = 2,78 кг/с;

Максимальная скорость, W_max = 40 м/с.

G_v = G_т · ν₄ = 2,78 · 0,508 = 1,41 кг/с

 м²

3.2 Бак-аккумулятор

Бак-аккумулятор выбираем согласно ВСН 56-87 из условия выравнивания суточной неравномерности. Полный расчет производится согласно разд. 13 СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация», упрощенно принимаем 6-8 м³.

 

 

Заключение