Проектирование теплообменного аппарата блока сбора и компримирования жирных газов установки АГФУ-1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Кафедра "Технологические машины и оборудование"

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: "Технологическое оборудование"

Выполнил: студент гр. БМЗсз 12-01

А.И. Гареев

Проверил: канд. техн. наук, доц.

С.С. Хайрудинова

Уфа - 2015

Содержание

Реферат

Введение

1. Краткое описание технологической блока сбора и компремирования жирных газов, установки АГФУ

2. Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

2.1 Исходные данные для расчета

2.2 Проектировочный расчет теплообменника

2.3 Уточненный расчет теплообменника

3. Определение и выбор размеров патрубков теплообменного аппарата

3.1 Исходные данные

3.2 Расчет диаметров и выбор стандартных патрубков

Заключение

Список использованных источников



Реферат

Курсовой проект 24 л. машинописного текста, 2 рисунок, 5 таблицы, 6 использованных источников.

ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, ШТУЦЕР, БЛОК СБОРА ИКОМПРИМИРОВАНИЯ ЖИРНЫХ ГАЗОВУСТАНОВКИ АГФУ, ФЛАНЕЦ, ПЛАВАЮЩАЯ ГОЛОВКА.

Цель курсового проекта заключалась в систематизации, закреплении, расширении и углублении практических знаний при изучении дисциплины "Технологическое оборудование" и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, а также применение полученных знаний и навыков для решения конкретных технических задач.

Объектом проектирования является теплообменный аппарат блок сбора и компримирования жирных газов, установки АГФУ. Также цель заключается в определении его основных конструктивных размеров, и разработка рабочих чертежей некоторых деталей.



Введение

Для разделения смеси газов, рефлюксов, бензинов на составляющие компоненты на установке АГФУ-1 используется процесс ректификации - многократного испарения и конденсации компонентов смеси в колоннах непрерывного действия тарелочного типа.

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей на АГФУ-1 используются колонны К-6, К-7, -8, К-40, К-41 с получением двух нефтепродуктов и ректификационная колонна К-10 с получением трех нефтепродуктов. В каждой колонне имеется отпарная секция, расположенная ниже ввода сырья - тарелки питания. Целевым продуктом отпарной секции является жидкий кубовый остаток. Концентрационная секция расположена в колоннах над тарелкой питания.

Целевым продуктом концентрационной секции К-10 являются пары ректификата - верхний нефтепродукт.

Для обеспечения нормальной работы ректификационных колонн обязательна подача орошения наверх колонны с выводом и конденсацией верхнего нефтепродукта. В низ колонн подводится тепло через рибойлеры у К-6, К-7, К-8, К-40, К-41 или посредством "горячей струи кубового продукта через печи П-2, П-3 у К-10.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью, на установке АГФУ-1 используются ректификационные колонны с трапециевидно-клапанными и центробежными тарелками - в К-6, трапециевидно-клапанными тарелками - в К-7, клапанными тарелками в К-8, К-40, К-41 и трапециевидно- клапанными тарелками - в К-10.

Для компремирования жирных и прямогонных углеводородных газов на установке АГФУ-1 используются соответственно винтовые компрессора сухого сжатия марки 6ГВ 55/3,5-15СУХЛ 4 (ВК-2, ВК-3) и 6ГВ 55/2,5-11СУХЛ 4 (ВК-4, ВК-5).

1. Краткое описание технологической блока сбора и компремирования жирных газов, установки АГФУ

Очищенный моноэтаноламином от сероводорода на установке сероочистки и производства серы жирный газ термических крекингов, углеводородный газ из емкости Е-101 установки Л-35-11/1000, углеводородный газ из В-102 КУ "Жекса", поступают в отбойник конденсата на приеме компрессоров - Е-1 в количестве от 2000 до 18000 нм ³/час. Расход газа на установку, давление и температура измеряются и регистрируются соответственно приборами FIR3600, PIR2601, TIR1631. Подача газового конденсата из Е-1 в Е-36 осуществляется через клапан-регулятор уровня LV4600. При повышении уровня в Е-1 имеется сигнализация LIRА^Н 4600(40 %), LIRA^Н 4302 (50 %), LA^Н 4601(522мм), и блокировка LIRSA^НН 4302 (60 %), LSA^НН 4601(855мм) компрессоров ВК-2, ВК-3.

Газ из Е-1 сжимается винтовым компрессором ВК-2 (ВК-3) и, через аппарат воздушного охлаждения Т-19/1,2, поступает в отбойник конденсата Е-2. В случае остановки компрессора или повышения давления в емкости Е-1 выше 8,5 кгс/см² имеется схема перепуска жирного газа из Е-1 в трубопровод сухого газа через клапан-регулятор давления PV2600А контура PIRC2600А.

В случае понижения давления на приеме компрессоров до 0,4 кгс/см² предусмотрена подпитка емкости Е-1 газом из емкости Е-2 через регулирующий клапан РV2600 контура PIRCA^H2600. Давление в Е-2 регулируется клапаном PV2611, контура PIRСA^Н 2611, установленным на линии поступления сухого газа в топливную сеть завода. Имеется сигнализация при повышении давления в Е-2 более 14 кгс/см ². Газовый конденсат из Е-2, через клапан-регулятор FV3626 каскадного контура регулирования LIRC4603-FIRC3626, поступает в сырьевые емкости блока ректификации Е-8, Е-8а. Газ из емкости Е-2 поступает в общезаводскую топливную сеть. Имеется схема подачи топливного газа из Е-2, через клапан-регулятор РV-2611А, контура PIRСA^Н 2611А, на установку сероочистки и производства серы.

Имеется схема подачи сухого газа из Е-2 в Е-14 для использования его в качестве топлива на печах П-1, П-2, П-3. Давление топливного газа в Е-14 регулируется клапаном PV2618 контура PIRC2618. Расход из Е-2 в линию сухого газа регистрируется прибором FIR3629.

2. Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

2.1 Исходные данные для расчета

Для того чтобы рассчитать поверхность теплообмена, нам необходимы исходные данные, представленные в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Исходные данные для расчета ТО

Межтрубное пространство	Трубное пространство
tвх 1, С	tвых 1, С	G1, кг/с	tвх 2, С	tвых 2, С	G2, кг/с
265	242	17,5	323	332	42,6

Таблица 2.2 - Физико-химические характеристики сред

Параметр	нефть	Мазут
Плотность, с кг/м 3	с1=720	с2=826
Вязкость динамическая, м Па?с	м1=0,26?10-3	м2=8,3?10-3
Вязкость кинематическая, н м 2/с	н1=0,36?10-6	н2=9?10-6
Удельная теплоемкость, Ср Дж/(кг?К)	Ср 1=2630	Ср 2=2660
Коэффициент теплопроводности, л Вт/(м?К)	л1=0,09	л2=0,16

2.2 Проектировочный расчет теплообменника

Составим уравнение теплового баланса:

; (2.1)

. (2.2)

Подставив исходные данные, получим:

42,6*2630*(-323)=0,95*17,5*2660*(265-242).

=332 С.

Количество передаваемого тепла:

10171170,5 Вт.

Поверхность теплообменного аппарата определяется по формуле:

, (2.3)

где К_{ор -} ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²?К);

?t_ср - средний арифметический температурный напор между теплоносителями, °С;

Q - тепловой поток в аппарате.

Для предварительного выбора теплообменного аппарата принимаем К=225 Вт/(м ²•К), как при передаче тепла от органических жидкостей.

(2.4)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Дt_б и Дt_м

Дt_б = 323-242 = 81 °C;

Дt_м =332-265 = 67 °C;

°C.

Подставив полученные данные рассчитаем площадь поверхности теплообмена аппарата:

F = м².

Произведем подбор по каталогу [2] всех типов теплообменных аппаратов, которые могут быть применены при заданной поверхности теплообмена.

Выберем теплообменный аппарат типа ТП, у которого:

- диаметр кожуха внутренний D=500 мм;

- число ходов по трубам 2;

- наружный диаметр труб d=25 мм;

- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб l=6000 мм, F=62,2 м²; проектный теплообмен газофракционирующая установка

- площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228 м²;

- площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².

2.3 Уточненный расчет теплообменника

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле:

, (2.5)

где К_{ут -} уточненный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, который вычисляется по формуле:

, (2.6)

где б₁ и б_{2 -} коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и л_ст - толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем = 30 Вт/(м?К) [6].

Коэффициенты б₁ и б₂ зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам:

, (2.7)

где G_тр - расход воды, кг/с;

с_тр- плотность воды, кг/ м³;

f_тр- площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим:

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле:

; (2.8)

.

Так как критерий Рейнольдса>10000 - движение турбулентное.

Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость:

, (2.9)

где - критерий Нуссельта,

Критерий Прандтля определяется по формуле:

. (2.10)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

(2.11)

Подставив данные, получим

;

;

.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле:

, (2.12)

где G_мтр- расход стабильного бензина, кг/с;

с_мтр- плотность стабильного бензина, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м ².

Подставив данные, получим:

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле:

; (2.13)

.

Так как Re> 10³, то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:

(2.14)

где с, n - коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;

е_ц - коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов е_ц= 0,6.

Найдем значение критерия Прандтля по формуле:

. (2.15)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

. (2.16)

Подставив данные, получим

;

;

.

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи:

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата:

м ².

Таким образом, уточненная площадь теплообмена оказалась меньше площади теплообмена по каталогу, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата.

Результаты расчетов теплообменного аппарата сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты расчетов теплообменного аппарата

Тип теплообменного аппарата	ТП
Давление в трубном пространстве, МПа	2,4
Давление в межтрубном пространстве, МПа	2,7
Температура в трубном пространстве, єС	282,5
Температура в межтрубном пространстве, єС	170
Диаметр кожуха внутренний D, мм	500
Число ходов по трубам	2
Наружный диаметр труб d, мм	25
Длина прямого участка труб l, мм	6000
Поверхность теплообмена F, м 2	62,2
Площадь проходного сечения одного хода по трубам fтр, м 2	0,0228
Площадь проходного сечения по межтрубному пространству fмтр, м2	0,063

В данном разделе нами были проведены расчеты по определению тепловой мощности аппарата Q, она составила 0,102 МВт, а также проведены ориентировочный и уточненный расчеты поверхности теплообмена, в результате чего был выбран теплообменный аппарат с компенсатором 600 ТК-2,5-4-М 1/25Г-6-К-4-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01,Холодильник с линзовым компенсаторм горизонтальный ТП, с диаметром кожуха D = 500 мм, на условное давление в трубах P_у = 2,5 Мпа и в кожухе P_у = 2,5 Мпа материального исполнения М 1, с гладкими теплообменными трубками диаметром d = 25мм, длиной L = 6м, расположенными по вершинам квадратов, 2-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, с креплениями для теплоизоляции, у которого поверхность теплообмена составляет F = 62,2 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228 м², площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².



3. Определение и выбор размеров патрубков теплообменного аппарата

3.1 Исходные данные

Таблица 3.1 - Исходные данные

Параметр	Значение
Плотность с, кг/м 3	с=826
Общий расход, кг/с	17,5
Условное давление, МПа	2,5
скорость щ, м/с	1

3.2 Расчет диаметров и выбор стандартных патрубков

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб, которые могут быть разъемными и неразъемными. По условию ремонтопригодности применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе, заполненном тепловой изоляцией, где длительное время не требуется осмотра соединения.

Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой трубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованные заодно с фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки бывают тонкостенные и толстостенные, что вызывается необходимостью укрепления отверстия в стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.

Конструкция штуцера зависит от Р_y и Д_у, где Р_у - условное давление, Д_у - условный диаметр. Условное давление выбирается по данным таблицы Б.1 приложения Б в зависимости от температуры среды и наибольшего рабочего давления, затем по условному давлению Р_у и условному диаметру Д_у выбирается тип штуцера.

Условный диаметр штуцеров в теплообменном аппарате можно определить по объемному расходу жидкой фазы по формуле:

, (3.1)

где V - объемный расход паровой или жидкой фазы, м³/с;

· скорость движения паровой или жидкой фазы, м/с.

Отсюда объемный расход равен:

, (3.2)

м³/с.

Определим диаметр штуцера:

м.

Величина условного прохода штуцера по ГОСТ =150 мм.

Условное давление Р_y = 2,5 МПа.

Таким образом, выбираем штуцер с фланцем стальным приварным в стык D_у=150 мм на Р_у=2,5 МПа, типа 2 исполнения 1, с длиной патрубка 180 мм, фланец из стали Ст 3сп 5, патрубок из С 3сп 5: Штуцер 150-2,5-2-1-180-Ст 3сп 5 АТК 24.218.06-90.

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественного круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов.

Рисунок 3.1 - Конструкция штуцера с приварным встык фланцем

Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: плоские приварные фланцы - при , и числе циклов нагружения за время эксплуатации до 2000; приварные встык фланцы - при, и . В связи с указанными условиями выбираем приварные встык фланцы. Размеры приведены в таблице 4.6.

Таблица 3.2 - Параметры фланцевого соединения типа "гладкие"

Py, МПа	Размеры, мм	Число отверстий z
	Dy	D	D1	D2	d1	b	h4	h	d
2,5	150	360	310	278	202	27	75	3	27	8

Условное обозначение стального плоского приварного встык фланца с D_у = 150 мм на P_у = 2,5 МПа: Фланец 1-150-2,5 Ст 3сп 5 ГОСТ 12821-80.

Выбираем конструкцию и материал прокладки по рекомендациям по выбору прокладок, ОСТ 26-373-78.

Выбираем прокладку плоскую, которая рассчитана на Р_у> 2,5 МПа, и температуры от - 200 до 350.

Материал прокладок ? паронит ПОН ГОСТ 481-80.

Прокладка устанавливается между уплотненными поверхностями и позволяет обеспечивать герметичность при относительно небольшом усилии затяжки болтов.

Прокладка должна отвечать следующим основным требованиям: при сжатии с возможно малым давлением, заполнять все микронеровности уплотнительных поверхностей, сохранять герметичность соединения при упругих перемещениях элементов фланцевого соединения (для этого материал прокладки должен обладать упругими свойствами); сохранять герметичность соединения при его длительной эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред при высоких и низких температурах; материал прокладки не должен быть дефицитным.

В качестве крепежных элементов применяем болты, так как Р_у< 4МПа и температура t< 350⁰С. Для отверстия диаметром d = 27 мм подбираем болты и гайки к ним М 24, в количестве 8 штук. Чтобы предотвратить срыв резьбы болтов, для них необходимо материал выбирать прочнее, чем у гаек, поэтому болты из стали 35Х, а для гаек - стали 25.

Таблица 3.3 - Результаты расчетов

Параметр	Значение
Толщина стенки кожуха S	10 мм
Толщина стенки трубной решетки Sтр.реш	45 мм
Условный проход штуцера, Dу	150 мм
Штуцер	Штуцер 150-2,5-2-1-180-С 3сп 5 АТК 24.218.06-90
Фланец	Приварной встык. Тип 1 "гладкий" ГОСТ 12821-80
Прокладка	Паронитовая плоская по ГОСТ 481-80 с шириной 15мм.
Болты	М 24Ч2,5-6gЧ90 ГОСТ 7798-70 из стали 35Х 12шт.
Гайки	М 24Ч2,5 ГОСТ 5915-70 из стали 25 12шт.

В данном разделе мы произвели выбор конструктивных и расчетных параметров теплообменного аппарата типа ТП, определили материальное исполнение - М 1, форму (сегментные) и диаметр поперечных перегородок (595мм), число перегородок (20) и их толщину (10мм), расстояние между ними (260мм), также необходимое число стяжек для закрепления поперечных перегородок (6 шт.) и их диаметр (16 мм), рассчитали параметры отбойника, размещенного при входе среды в межтрубное пространство (его диаметр - 274 мм). Кроме того, мы рассчитали толщину стенки кожуха S, она составила 10 мм, а также толщину трубной решетки S_тр.реш= 45 мм. Нами были выбран штуцер на входе продукта в межтрубное пространство с параметрами: D_у=150 мм на условное давление Р_у=2,5МПа, с длиной патрубка 180 мм, с фланцем стальным приварным в стык из стали Ст 3сп 5 и материал патрубка из Ст 3сп 5. К фланцевому соединению были подобраны прокладка паронитовая плоская ПОН с шириной 15мм и крепежные элементы: болты М 24х 90 и гайки М 24х 21,5 по 8штук.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были систематизированы, закреплены, расширены и углублены практические знания, полученные при изучении дисциплины "Технологическое оборудование" и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, а также применены полученные знания и навыки для решения конкретных технических задач.

В данной работе объектом проектирования явился теплообменный аппарат Т-9 технологического блока стабилизации бензина, входящего в состав установки изомеризации легких углеводородов. Назначение аппарата заключается в передаче теплоты от одной фазы к другой.

Был произведен расчет и выбран тип теплообменного аппарата. В результате расчетов был выбран тип теплообменника по каталогу - теплообменный аппарат с плавающей головкой 600 ТК-2,5-4-М 1/25Г-6-К-4-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01,теплообменник с линзовым компенсатором (ТК), с диаметром кожуха D = 600 мм, на условное давление в трубах P_у = 2,5 Мпа и в кожухе P_у = 2,5 МПа материального исполнения М 1, с гладкими теплообменными трубками диаметром d = 25 мм, длиной L = 6м, расположенными по вершинам квадратов, 2-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, с креплениями для теплоизоляции, у которого поверхность теплообмена составляет F = 62,2 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228 м², площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².

Кроме того, были рассчитаны основные конструктивные и расчетные параметры теплообменного аппарата, подобран штуцер на входе продукта в межтрубное пространство, а также прокладка и крепежные элементы к фланцевому соединению.



Список использованных источников

1. Ахметов, С.А., Сериков, Т.П., Кузеев, И.Р., Баязитов, М.И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газ. - СПб.: Недра, 2006. - 868 с.

2. Каталог выпускаемого оборудования ОАО "Уралтехнострой-Туймазыхиммаш". - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Уфа, 2005. - 343 с.

3. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский, С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегаопереработки (примеры и задачи). - М.: Альфа - М, 2008. - 720 с.

4. Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа- М, 2006. - 608 с.

5. Лащинский А.А. Конструирование сварных и химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. - 382.

6. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник в 3-х томах. - Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. -145.

Размещено на Allbest.ru

...