Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

КГУП «Примтеплоэнерго» было создано в 2001 году по настоянию губернатора Приморского края Сергея Дарькина. Целью создания предприятия была централизация процессов энерго- и теплоснабжения , сделать его профессиональным и менее затратным.

В данной работе были освоены методы подогрева вязкого нефтепродукта - мазута. А также произведен сравнительный расчет теплообменных аппаратов горизонтального типа, таких как ПМ-40-15 и ПМР-13-60, также подобные аппараты относятся к бойлерным конструкциям и пароподогревателям. Модернизация на более мощный ПМР-13-60 необходима в связи с повышением уровня выработки теплоты, а так же из-за износа ПМ-40-15.

Целью данной работы является модернизация оборудования для подогрева мазута. В ходе работы будет произведен расчет показателей работоспособности паромазутных подогревателей, с целью замены более старого и менее выгодного ПМ-40-15 на более новый и менее затратный, а так же имеющий большую мощность и пропускную способность ПМР-13-60. Получается, что ПМР-13-60 более рентабельно установить, так как он способен при тех же условиях производить примерно в два раза больше тепловой энергии.



1. Теоретическая часть

1.1 КГУП «Примтеплоэнерго». Общие сведения о предприятии и его специализации

В Приморском крае с 1 декабря 2001 года начало действовать краевое государственное унитарное предприятие «Примтеплоэнерго». Оно создано для того, чтобы освободить муниципалитеты от несвойственных им функций и снять непосильное для них бремя подготовки и проведения отопительного сезона исключительно собственными силами, сконцентрировать все ресурсы, более эффективно и целенаправленно использовать их.

Предприятие филиал КГУП «Примтеплоэнерго» состоит из 2х тепловых районов:1. Пожарский район 2. Лесозаводский район. Они занимаются предоставлением услуги населению, т.е. подача горячего водоснабжения и подача теплоснабжения. Основная масса потребителей- это 70% подключено к котельной №1. В котельной №1 расположено 5 котлов, 2 котла КВГМ 30\150 (30-каллории в час, 150 температура на выходе из котла. Котел водогрейный газомазутный; технические данные приведены в таблице 1).

Таблица 1- технические данные котла КВГМ 30\150

Теплопроизводительность	30 Гкал\ч
Рабочее давление	От 10 до 22,5 кгс\см2
Температура воды:
а) на входе	70°С
б) на выходе	150°С
Расход воды через котел	375 т\ч
Гидравлическое сопротивление	1,9 кгс\см2
Давление воды:
а) расчетное	25 кгс\см2
б) рабочее на входе	Не ниже 8 кгс\см2
в) рабочее на выходе	Не ниже 5 кгс\см2
Расход мазута	3680 кг\ч
Температура уходящих газов	250°С
Водяной объем котла	10,6 м3
Минимальный расход воды через котел	240 т\ч

Так же в котельной находится 3 котла ДКВР 10\13(Двухбарабанный котел водотрубный реконструированный; параметры нормальной работы котлоагрегата приведены в таблице 2),

Таблица 2- параметры нормальной работы котлоагрегата ДКВР 10\13

Давление пара в котле	13 кг\см2
Температура пара	190.7 °С
Проектная производительность котла	12700 кг\час
Температура воды:
а) температура водопроводной воды не менее	5°С
б) после первичного подогрева	31°С
в) после деаэратора	102-104 °С
г) питательные воды	80-90°С
Температура уходящих газов за котлом	320°С
Температура уходящих газов за экономайзером	160°С
Разряжение в топке	3-5 мм вод .ст

ДКВР служит для выработки пара на собственные нужды и для подогрева в бойлерах холодной воды, для подачи горячей воды населению (схема котельной №1 представлена в приложении А). К собственным нуждам котельной относится пар для подогрева мазутных емкостей склада ГСМ1 котельной №1,который состоит из 5 емкостей, а так же пар на склад ГСМ, который находится на расстоянии 1 километра от котельной и к нему проложен паромазутопровод. На мазутном хозяйстве пар используется для подогрева и слива мазута в железнодорожных цистернах, а так же в двух мазутных емкостях по 1000 м3 каждый (приложение В)[12]

В качестве жидкого топлива на котельной №1 для паровых и водогрейных котлов применяются мазуты нефтяного происхождения. Топочные мазуты обладают повышенной вязкостью и большим содержанием S-до 3,5%.[3]

Для подачи теплоснабжения котлы работают на топочном мазуте марки М100.

Он представляет собой наиболее вязкий мазут, используемый для отопительных установок в России.

1.2 Способы подогрева нефтепродукта (мазута) на предприятии КГУП «Примтеплоэнерго»

Существует пять способов подогрева мазута для его дальнейшего использования. Перечислим их:

1) подогрев мазута открытым паром, с помощью резинотканевых шлангов, диаметром 25 мм, в цистернах при сливе;

Данный метод подогрева является очисткой резервуаров от остатков нефтепродуктов. Он применяется при сливе мазута из цистерн железнодорожного транспорта, так как при сливе из железно дорожных цистерн нефтепродукт находится в состоянии консистенции очень густой смолы. После удаления основной массы нефтепродукта из цистерны в отверстие цистерны помещается резинотканевый шланг, в который под давлением подается горячий пар (для более эффективной работы на шланг, со стороны входа в цистерну, одевается металлическая трубка приплюснутая на конце). Это позволяет разжижить и удалить нефтепродукт со стенок, дна и крышки цистерны, что в свою очередь приводит к полному сливу нефтепродукта из цистерны, а так же обеспечивает стерильность емкости, в которую в дальнейшем может быть помещен другой продукт без угрозы снижения его качества в следствии его смешивания с мазутом.

Пар подается по рукавам (трубам), напор не более 1 кгс/см2. Продолжительность пропарки 10-12 часов. Одновременно производится выкачка образующегося продукта (конденсат-нефтепродукт). По окончании пропарки проводится принудительная вентиляция до достижения условий возможности пребывания работников в защитных средствах.

Проводится осмотр внутренних поверхностей резервуара, особенно днищевой поверхности.

Таким образом после данной процедуры раствор мазута и воды попадает в так называемую «нулевую емкость», где с помощью установки типа «Кварк» его заново подогревают и распределяют дальше в емкости (резервуары) для дальнейшего хранения и подаче потребителю.[2]

2) подогрев мазута с помощью технологической установки типа «Кварк»;

Струйный аппарат «Кварк» - устройство разогрева вязких сред дисковое УРВС(Д)-1.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для ознакомления и руководства при эксплуатации устройства вязких сред и содержат его описание и принцип действия, а так же правил использования, хранения и технического обслуживания.[4]

Назначение. Устройство разогрева вязких сред предназначено для высокоэффективной энергосберегающей технологии объемного разогрева и ускоренного слива вязких сред (нефтепродуктов) из емкостей различного объема и конфигурации.

Процесс разогрева вязких сред обеспечивается использованием энергии водяного пара для нагрева и создания принудительной циркуляции разогреваемой среды во всем ее объеме.

Устройства разогрева вязких сред подразделяются на два типа:

а) Модульного типа УРВС(М) с числом радиальных модулей от 1 до 4 и более, в зависимости от требуемой тепловой мощности и конфигурации разогреваемого объема, для разогрева сред, находящихся в вязком и жидком состоянии;

б) Дискового типа УРВС(Д) с одним или двумя основными кольцевыми соплами для разогрева сред, находящихся в вязком или твердом состоянии.

Технология разогрева с помощью УРВС обеспечивает:

а) Повышение скорости объемного прогрева вязкой среды ориентировочно в 2 раза за счет эффективного использования энергии пара;

б) Устранение выброса пара, сокращение времени пропарки и (или) опорожнения емкости (цистерны) с вязкими средами в 1,5-2 раза, со снижением расхода пара в 1,5-2 раза (по сравнению с традиционными методами аналогами);

в) Высокую степень очистки емкости от вязких осадков и отложений, за счет эффективной обработки застойных зон горячими струями разогреваемой среды, избегая 3-5% потерь в виде осадков и отложений;

г) Минимальное усилие ввода устройства в объем вязкой среды (в 3 раза меньше, чем у аналогов).

Устройство разогрева вязких сред имеет малый вес и габариты. Конструкция не содержит вращающихся, трущихся, резьбовых и вальцовочных соединений и представляет собой греющее устройство в сборе с выходом для присоединения к паровой магистрали через фланцевое соединение или муфтовое соединение. Присоединительные размеры унифицированы для применения в действующих системах.

Установка устройства разогрева вязких сред УРВС производится в строгом соответствии с проектом и (или) инструкцией. Любые отступления от проекта (инструкции) должны быть согласованы с проектной организацией и (или) предприятием-изготовителем оборудования.

При использовании устройства УРВС для ускорения слива его следует располагать на уровне выходного патрубка непосредственно у дна разогреваемого объема.

При использовании устройства УРВС для разогрева вязких сред его следует располагать на нижнем уровне в центре располагаемого объема на удаление 300-1000 мм от дна.

Расположение устройства - вертикальное; развиваемое усилие ввода в среду для УРВС(М) - порядка 10 кг., для УРВС(Д) - самопогружение по мере разогрева среды.

В качестве спускного устройства рекомендуется применять типовое опускное устройство для верхних люков и горловин железнодорожных и авто - цистерн.

Во избежание термических ожогов категорически запрещается открывать вентиль подачи пара на УРВС (включать устройство в работу) в нерабочем состоянии (извлеченным из разогревочной среды).

Порядок работы, техническое обслуживание.

Лицо, ответственное за эксплуатацию устройства разогрева вязких сред УРВС, назначается приказом по предприятию из технического персонала предприятия.

Перед началом работы необходимо ввести устройство в среду на его длину. После этого открыть паровой вентиль на минимальный расход пара и продолжить ввод рабочей части с устройством до необходимого уровня.

Режим работы устройства определяется вязкостью разогреваемой среды. При высокой вязкости в начальный период разогрева (порядка 15 минут) давление пара, подаваемого на устройство, должно быть на уровне 0,05-0,1 МПа (с учетом гидростатического давления столба жидкости, давление следует увеличивать примерно на 0,01 МПа на каждый метр погружения).

Начальный период работы обеспечивает создание вокруг устройства объема горячей жидкой среды, достаточной для ее циркуляции, с вязкостью в 20-30 раз ниже вязкости исходной среды. При рабочем режиме (давление примерно 0,3 МПа и более) интенсивная циркуляция горячей жидкости увеличивает разогретый объем на 3-5% в соответствии с паспортными данными по паропроизводительности устройства.

При отсутствии выбросов пара на поверхность жидкости давление пара может быть увеличено.

После завершения разогрева жидкости следует плотно закрыть вентиль подачи пара на греющее устройство.

Если предусматривается слив или отбор жидкости из цистерны (бака), сливной патрубок рекомендуется открывать только после подтвержденного полного прогрева всего объема или не менее чем через 30 мин. после включения устройства.

В режиме пропаривания или отмывки емкости давление пара устанавливается на уровне 0,1-0,2 МПа.

Непосредственно перед пуском следует стравить конденсат и воздух из паропровода в дренаж (конденсатный бак), открыв паровую задвижку на 1-2 оборота.

Технические характеристики УРВС для давления рабочего пара 0,3 МПа и различных температур и требуемого времени разогрева приведены в таблице 2.

Транспортирование устройства разогрева вязких сред УРВС допускается любым видом транспорта без упаковки, либо в полиэтиленовой или деревянной таре.

Хранение устройства разогрева вязких сред УРВС допускается в любых помещениях, закрытых от атмосферных осадков, желательно при температуре окружающей среды не ниже 00 С.

При транспортировании, погрузке-разгрузке и хранении устройства разогрева вязких сред УРВС должны быть приняты меры, предохраняющие их от механических повреждений.

Рабочие параметры и технические характеристики устройства разогрева вязких сред УРВС(Д)-1, (приложение 1, таблица 1).

Устройство разогрева вязких сред УРВС(Д) изготовлено из нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Технические характеристики УРВС (давление рабочего пара Рп=0,3 МПа избыточное), (приложение 2, таблица 2)[17]

3) подогрев мазута с помощью с помощью паровых регистров в емкостях;

Регистр - отопительный прибор, состоящий из нескольких гладких труб, соединенных параллельно.

Подогреватели в резервуарах (регистры), емкостях, выполняются в виде различных конструктивных форм- змеевиковые и секционные из трубчатых элементов. Для лучшего подогрева их размещают по всему поперечному сечению резервуара. Наибольшее применение имеют подогреватели собираемые из отдельных унифицированных секций.

Работа регистра заключается в подогреве мазута (нефтепродукта) с помощью горячей воды, которая циркулирует в регистре, температура горячей воды в регистре составляет 900 - 1200С.[1]

4) подогрев мазута с помощью паромазутных подогревателей ПМ-40-15 (приложение Г) установленных при подаче на котельную;

Получение перегретого пара из сухого насыщенного пара осуществляется в пароподогревателе. Промышленные паровые котлы в основном вырабатывают насыщенный или слабоперегретый пар. В энергетических котлах необходимо вырабатывать пар с высоким перегревом, так как это повышает его энтальпию и соответственно термический КПД паросилового котла. В промышленных и энергетических паровых котлах небольшой мощности при перегреве пара до 5000С обычно устанавливают конвективные пароподогреватели, т. е. такие, в которых передача теплоты осуществляется в основном за счет конвекции.

Для получения пара с температурой перегрева более 5000С применяют комбинированные пароподогреватели, т. е. такие, в которых часть поверхности получает теплоту за счет лучеиспускания, а другая часть - конвекцией. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя располагается в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

Металл труб пароперегревателя работает в тяжелых температурных условиях даже при относительно невысоких температурах перегретого пара, 450-5000С. Во всех случаях обогрева продуктами сгорания средняя температура металла всегда выше средней температуры охлаждающей среды, движущейся внутри труб. Превышение температуры стенки металла трубы зависит от равномерности обогрева продуктами сгорания змеевиков пароперегревателя в поперечном направлении, разности средней температуры продуктов сгорания и внутренней температуры стенки трубы, разности температуры стенки трубы и средней температуры металла. Для экономайзерных и испарительных поверхностей нагрева при высоких коэффициентах теплоотдачи от стенки к воде или к пароводяной эмульсии и при отсутствии накипи на внутренней поверхности труб в самых неблагоприятных условиях температура металла не превышает температуры охлаждающей среды более чем на 600С. В пароподогревателях температура пара (даже при 4500С) уже близка к предельной температуре, допустимой для углеродистой стали. Кроме того, коэффициент теплоотдачи от стенки к пару примерно на порядок меньше, чем к кипящей или не кипящей воде, только эти факторы могут дать превышение температуры металла стенки трубы пароперегревателя на 50-700С по сравнению со средней температурой пара. Поэтому тепловая разверка между змеевиками вследствие их неравномерного обогрева продуктами сгорания или неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам, а тем более отложение накипи могут привести к выходу труб пароперегревателя из строя.

Для уменьшения тепловой разверки вследствие неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам производят рассредоточенный ввод пара трубами малого диаметра по всей длине раздающего коллектора, установку промежуточных смешивающих коллекторов, разделение пароперегревателя на несколько частей по ширине с переброской пара из одной части в другую и т. д. [2]

Существенное влияние на надежность работы металла, пароперегревателя оказывает скорость пара. Повышение скорости пара в змеевиках пароперегревателя приводит к снижению температуры стенки труб, но увеличивает гидравлическое сопротивление пароперегревателя. В пароперегревателях промышленных котлов скорость пара принимается в пределах 20-25 м/с. При этих скоростях гидравлическое сопротивление пароперегревателя не превышает 5-6 % номинального давления пара.

В конвективных пароперегревателях применяются различные схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара. В соответствии с этим конвективный пароперегреватель может быть прямоточным, противоточным или смешанным. У прямоточных пароперегревателей продукты сгорания и пар движутся в одном направлении. При такой схеме движения наиболее высокие температуры продуктов сгорания компенсируются наиболее низкой температурой пара, что обеспечивает низкие температуры металла пароперегревателя. Однако это происходит только при отсутствии солей в насыщенном паре. При наличии солей отложение их будет происходить в змеевиках пароперегревателя, подверженных наибольшему обогреву, что приведет к резкому повышению температуры металла. Кроме того, средняя логарифмическая разность температур, в прямоточном пароперегревателе, меньше, чем в противоточном, что при прочих равных условиях требует большей поверхности нагрева и, следовательно, приведет к удорожанию пароперегревателя.

При противоточной схеме движения продукты сгорания и пар движутся в противоположных направлениях. При такой схеме змеевики, обогреваемые продуктами сгорания с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются явно недостаточно. В результате металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях. В то же время соли, содержащиеся в насыщенном паре, выпадают в змеевиках, обогреваемых продуктами сгорания с более низкой температурой. По сравнению с предыдущей схемой здесь температурный напор больше, а поверхность нагрева пароперегревателя получатся меньшей и более дешевой.

При смешанном взаимном движении продуктов сгорания и пара используется как прямоток, так и противоток в различных комбинациях. При этих схемах создаются наиболее благоприятные условия работы пароперегревателя, а его поверхность нагрева наименьшая.

Пароперегреватели выполняются из цельнотянутых труб диаметром от 28 до 42 мм., изгибаемых в змеевики. Концы змеевиков пароперегревателя присоединяются к барабану парогенератора обычно развальцовкой, а к коллекторам - сваркой. Коллекторы пароперегревателя чаще всего имеют круглую форму и выполняются из углеродистой или легированной стали в зависимости от давления и температуры перегретого пара.

Конвективные пароперегреватели располагают в горизонтальном газоходе между топкой и опускной шахтой или в самой опускной шахте. При установке в горизонтальном газоходе глубина каждого пакета пароперегревателя не более 1500 мм, между пакетами оставляют свободное пространство не менее 500 мм для выполнения ремонтных работ и осмотров.

Скорость продуктов сгорания в пароперегревателе обычно принимают 9-14 м/с, но не меньше 6 м/с, во избежание заноса его поверхности нагрева летучей золой. При больших скоростях и сжигании высокозольных топлив имеется опасность истирания труб летучей золой.

В зависимости от способа расположения в газоходе различают горизонтальную и вертикальную подвеску параллельно включенных змеевиков. В настоящее время применяют как горизонтальную так и вертикальную подвеску змеевиков пароперегревателя. Змеевики обычно располагают в коридорном порядке, что облегчает их отчистку от загрязнений летучей золой.

Горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя обеспечивает хорошее удаление из них конденсата при остановке парогенератора, но требует более прочных и сложных подвесок во избежание провисания змеевиков. У вертикальных пароперегревателей змеевики свободно подвешиваются, что упрощает конструкцию, повышает надежность работы подвесок, но затрудняет дренаж конденсата, образующийся при остановке парогенератора.

Для промышленных котлов колебания перегрева пара, происходящие при изменении нагрузки, не оказывают существенного влияния на работу теплоиспользующих аппаратов, поэтому в них отсутствуют устройства, регулирующие перегрев пара. У энергетических парогенераторов, снабжающих паром турбины, необходимо поддерживать заданный перегрев пара.

Температура перегрева пара в конвективных пароперегревателях увеличивается при росте нагрузки парогенератора и коэффициента избытка воздуха в топке, при снижении температуры питательной воды и шлаковании топки.

Регулирование температуры перегретого пара может осуществляться применением поверхностных пароохладителей, впрыскиванием воды в пар, пропусканием части продуктов сгорания мимо пароперегревателя, рециркуляцией продуктов сгорания в топку, изменением аэродинамики или химической структуры факела, изменением излучательной способности факела.

Регулятор перегрева пара должен обеспечивать поддержание температуры перегретого пара постоянной при изменении нагрузки парогенератора в широких пределах, быть конструктивно простым, надежным и малоинерционным.

Поверхностный пароохладитель представляет собой обычный теплообменный аппарат. Он обычно состоит из двух пакетов ?-образных труб, по которым пропускается питательная вода. Трубы снаружи омываются паром, который от соприкосновения с их поверхностью охлаждается. Регулирование перегрева пара осуществляется изменением количества питательной воды, пропускаемой через пароохладитель.

Первая ступень пароперегревателя выполняется прямоточной, т. е. пар и продукты сгорания движутся в одном направлении. При такой схеме включения пароохладителя змеевики, расположенные в зоне наиболее высоких температур, охлаждаются паром, предварительно прошедшим через пароохладитель.

В последнее время для регулирования перегрева пара довольно широко применяется впрыскивание воды в пар. Впрыскивать в пар можно только чистый дистиллят или конденсат с незначительным солесодержанием (не более 0,5 мг/кг). В настоящее время применяется впрыскивание из собственного котла.

Пар из барабанов по специальной линии направляется в поверхностный конденсат, где конденсируется питательной водой, и затем поступает в сборник конденсата. Оттуда конденсат направляется через регулирующий клапан к впрыскивающему пароохладителю. Количество конденсата, поступающего в пароохладитель, регулируется системой автоматики, поддерживающей заданную температуру перегретого пара.

Рециркуляция продуктов сгорания перегрева пара применяется на энергетических парогенераторах большой мощности. Регулирование осуществляется за счет отбора продуктов сгорания имеющих температуру до 4000С, и направления их в нижнюю часть топочной камеры. Рециркуляция продуктов сгорания для регулирования перегрева пара может применяться только при сжигании мазута и малозольных твердых топлив, а так же газа.

Назначение. Подогреватели мазута ПМ-40-15 и предназначены для подготовки мазута по соответствующей растопочной схеме, которая рекомендуется проектной организацией.

Описание конструкции и работы подогревателя. По конструкции все подогреватели однотипны и отличаются (в зависимости от производительности) диаметром корпуса и (в зависимости от поверхности нагрева) длиной трубной системы.

Подогреватель представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из корпуса с трубчаткой жесткой конструкции и двух крышек-передней и задней.

Трубная система состоит из двух трубных досок с развальцованными в них трубками из стали 10, 20 диаметром 38 на 2,5 мм для ПМ-40-15 Трубные доски приварены к обечайке корпуса, внутри корпуса установлены 4 вертикальные перегородки для направления движения греющего пара в межтрубном пространстве.

В нижней части корпуса находится встроенный охладитель конденсата он состоит из желоба и трубок первого хода мазута для ПМ-40-15. Желоб служит для направления потока конденсата, который, попадая в межтрубное пространство первого хода мазута, движется к передней трубной доске, охлаждаясь при этом на 8-10 градусов цельсия ниже температуры насыщенного пара в корпусе.[15] Рабочие условия (расчетные) для ПМ-40-15 приведены в таблице 1

Таблица 1 - характеристика параметров ПМ-40-15:

Площадь поверхности нагрева, м2	30
Номинальная производительность мазута, т/ч	15
Температура мазута на входе, 0С	70
Температура мазута на выходе, 0С	95
Температура пара, 0С	200
Давление мазута, МПа	4,0
Давление пара, МПа	1,0
Габаритные размеры, мм	426/6690/426

Конструкция подогревателей высоковязких мазутов обеспечивает их безопасную эксплуатацию в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением Госгортехнадзора РФ. Работающие подогреватели должны эксплуатироваться в соответствии с правилами технической безопасности или другого аналогичного назначения документа.

Ремонт подогревателей и их элементов во время их работы не допускается. Давление не должно превышать в подогревателе по мазуту ПМ-40-15 40кгс/см2 . Должна быть обеспечена надежная эксплуатация манометров и указателей уровняна счет выполнения инструкций по их обслуживанию. Подогреватели должны быть непременно остановлены при обнаружении в элементах конструкции находящихся под давлением, трещин, выпучин значительного утончения стенок, пропусков или потения в сварных швах.

Нижний уровень конденсата в корпусе не должен быть ниже днища желоба.

Против патрубка входа пара расположен отбойный щиток, предохраняющий стенки трубок от эрозии. Неконденсирующиеся газы удаляются через патрубок, расположенный на верху корпуса у задней трубной доски. Подогреватель устанавливается на фундаменте на двух опорах, одна из которых подвижная (для компенсации температурных удлинений), а другая неподвижная.

Передняя крышка состоит из эллиптического днища и фланца. На крышке имеются штуцеры входа и выхода мазута, дренажный патрубок для освобождения трубной системы от мазута, воздушный вентиль для выхода воздуха при заполнении трубной системы мазутом.

Внутри крышки приварены перегородки, делящие трубный пучок на 12 ходов. Что обеспечивает переток мазута из одного входа в другой.

Все детали выполнены из конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества.

В нормально работающем подогревателе попадающий в межтрубное пространство, благодаря поперечным перегородкам многократно отклоняется от центра. В ПМ-40-15 образующийся конденсат стекает по желобу, движется в охладителе конденсата и отводится через конденсатоатведчик .

Мазут входит в подогреватель через нижний штуцер. В первом ходе мазут нагревается встречным потоком конденсата. В остальной он нагревается конденсирующимся паром выходит из подогревателя.

5) подогрев мазута с помощью электротенов.

В качестве электрических подогревателей применяют гибкие нагревательные элементы (ГНЭ), они представляют собой узкую эластичную ленту, состоящую из медных и нихромовых проволок, сплетенных стеклонитью. Для придания влаго устойчивости ленту покрывают кремнеорганической резиной. В таком виде ленту наматывают на трубопровод (или размещают по всему поперечному сечению емкости) и покрывают слоем тепловой изоляции. Лента снабжена штепсельным разъемом для быстрого подключения к сети.

Электротены - один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электронагревательных устройств необходимо соблюдать противопожарные требования. Обнаженная электрическая грелка с накаленной проволокой способна вызвать воспламенение паров нефтепродукта.[1]

Фланцевые погружные нагреватели - наиболее удобный и распространенный тип электронагревательного оборудования для всех отраслей промышленности. Погружные электронагреватели представляют собой связку ТЭН, надежно закрепленных на ответном фланце для монтажа в различные емкости, циркуляционные системы, резервуары, проточные сосуды и магистрали. Электрическое подключение фланцевых погружных нагревателей производится с внешней стороны емкости или сосуда к герметичной металлической коробке подключения, которая также может быть выполнена во взрывозащищенном исполнении. Фланцевые погружные нагреватели предназначены для нагрева и поддержания температуры больших объемов жидкостей, либо нагрев проточных и циркулирующих сред, таких как вода, мазут, термальные жидкости, кислоты, теплоносители, воздух, природный газ и другие газы. Фланцевые нагреватели монтируются в емкости, цистерны, котлы, проточные циркуляционные сосуды, и являются лучшим решением по электро обогреву для пищевой, химической, текстильной, и пластиковой промышленностей. Тэны для погружных нагревателей изготавливаются из нержавеющей стали либо инколоя, привариваются к фланцам стандарта в соответствии с процедурами одобренными директивами. Удельная поверхностная мощность для погружных нагревателей может составлять от 0,1 до 15 Вт/см2, зависит от рабочих условий процесса (среда, скорость, давление) и от коэффициента теплообмена нагреваемой среды. Максимальная погружная длина фланцевого нагревателя может составлять 3300 мм, а мощность передаваемая одним нагревателем может достигать 7 МВт. Связка ТЭН размещенная на фланце может иметь полностью автоматическую систему контроля и управления температурой и процессом нагрева, особенно это важно в тех процессах где могут происходить изменения таких параметров как: расход среды, давление, исходная температура, и вязкость.[1]

1.3 Основы теплопередачи. Конвекция и теплоотдача

Перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку называют теплопередачей. Оба вещества, участвующих в теплопередаче, называют теплоносителями (один, более нагретый- горячим, а другой, менее нагретый- холодным теплоносителем).

Необходимым условием передачи тепла является неравенство температур в различных точках данного тела или пространства. Поэтому величина теплового потока, возникающего в среде, зависит от распределения температур в среде или характера температурного поля. Под температурным полем понимают совокупность мгновенных значений температур во всех точках рассматриваемой среды.

Геометрическое место всех точек с одинаковой температурой представляет собой изотермическую поверхность. Изотермические поверхности не пересекаются друг с другом, так как тогда их пересечения имели бы различные температуры.

Направление теплового потока всегда совпадает с направлением падения температуры в данной точке. [10]

Под конвекцией понимают передачу теплоты при движении жидкости или газа. При этом перенос теплоты происходит как бы механически- макрообъемными частицами потока теплоносителя. В реальных условиях конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Поэтому конвекция в теплообменных аппаратах существенно усложняется вследствие образования у поверхности стенки пограничного слоя, в котором конвекция затухает.

Поэтому под термином конвекция понимают только сам способ переноса теплоты потоками теплоносителя. Этот процесс отличается от реального, более сложного процесса переноса теплоты к стенке, в котором конвекция также принимает участие.

При турбулентном режиме частицы жидкости или газа, быстро двигаясь в поперечном сечении потока, не ударяются непосредственно о стенку, а действуют на пограничный слой и отдают ему свою теплоту. Дальнейшая передача теплоты стенке происходит в основном путем теплопроводности. При этом пограничный слой представляет собой основное сопротивление процессу.

Такой вид переноса теплоты называют теплоотдачей. При ламинарном режиме пограничный слой как бы разрастается до заполнения всего сечения канала слоистой струёй, и конвекция сводится к одному направлению - параллельному стенке. При этом перенос теплоты к стенке определяется в основном теплопроводностью.

Теплопроводность и конвекция - два совершенно различных физических процесса. Теплопроводность- явление молекулярное, конвекция- явление макроскопическое при котором в переносе теплоты участвуют целые слои теплоносителя с разными температурами. Совершенно очевидно, что конвекцией теплота переносится намного быстрее, чем теплопроводностью, поэтому развитие турбулентности способствует ускорению конвективного переноса теплоты. [5]

Наличие гидродинамического пограничного слоя вблизи поверхности стенки приводит к возникновению в нем большого перепада температур при теплопереносе, т.е. образованию теплового пограничного слоя, значение которой обычно не совпадает с толщиной гидродинамического пограничного слоя. Очевидно, что высокие скорости теплоносителя, интенсивное перемешивание вызывают как бы «сдирание» пограничных слоев, улучшая этим условия теплоотдачи.

Теоретически толщину пограничного теплового слоя можно рассчитать только для простейших случаев теплопереноса, так как неизвестен закон распределения температур в пограничном слое.

Теплоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на свободную, или естественную (движение жидкости происходит вследствие разности плотностей в разных точках жидкости), и вынужденную, или принудительную (движение жидкости происходит вследствие затраты на этот процесс энергии извне с помощью насоса, мешалки и т. п.).

Обычно расчет скорости процесса, теплоотдачи осуществляют с помощью эмпирического закона охлаждения Ньютона или уравнения теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 метру поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 метру к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой 10.

В отличие от коэффициента теплопередачи коэффициент теплоотдачи характеризует скорость переноса теплоты в теплоносителе. Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: режима движения и физических свойств теплоносителя (вязкости, плотности, теплопроводности и т.д.), геометрических параметров каналов (диаметра, длины), состояния поверхности омываемых теплоносителями стенок (шероховатая, полированная и т.п.). Таким образом, коэффициент теплоотдачи является функцией многих переменных, и простота уравнения только кажется, так как получить аналитическую зависимость для определения очень сложно.

Таким образом, на коэффициент теплоотдачи влияют следующие определяющие факторы:

а) Характер движения теплоносителя и его скорость. При турбулентном режиме с увеличением скорости теплоносителя толщина пограничного слоя уменьшается.

б) Физические свойства теплоносителя (вязкость, теплопроводность, теплоемкость, плотность и т.д.). Коэффициент теплоотдачи увеличивается с уменьшением вязкости. Поскольку физические свойства жидкостей и газов изменяются с температурой, то, следовательно, значение зависит и от температуры.

в) Размеры и форма поверхности теплообмена, ее обработка (гладкая, шероховатая и т. д.). [16]

1.4 Теплообменные аппараты. Общие сведения

Теплообменными аппаратами, теплообменниками, называются аппараты для передачи тепла от более нагретого теплоносителя к другому менее нагретому. Теплообменники как самостоятельные агрегаты или части других аппаратов и устройств широко применяются на химических заводах, потому что проведение технологических процессов в большинстве случаев сопровождается выделением или поглощением тепла. [15]

Для осуществления длительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке среды, загрязненной или выделяющей отложения на стенках аппарата, необходимо производить периодические осмотры и очистку поверхностей.

Аппараты должны обладать достаточной прочностью и иметь возможно малые габаритные размеры. При конструировании необходимо находить оптимальные решения, учитывающие требования обеспечения возможности разборки рабочей части аппарата и герметичности системы каналов, возможно высоких коэффициентов теплопередачи за счет повышения скорости движений рабочей среды при минимальных гидравлических потерях в аппарате.

В последнее время получают распространение пластинчатые теплообменные аппараты общего назначения. Одним из преимуществ трубчатых теплообменных аппаратов является простота конструкции. Однако коэффициент унификации узлов и деталей размерного ряда этих аппаратов, являющийся отношением числа узлов и деталей (размеры одинаковы для всего ряда) к общему числу узлов и деталей данного размерного ряда, составляет примерно 0,13. В то же время этот коэффициент применительно к пластинчатым теплообменным аппаратам составляет 0,9.

Удельная металлоемкость кожухотрубчатых аппаратов в 2 -- 3 раза больше металлоемкости новых пластинчатых аппаратов. Режим работы теплообменного аппарата и скорость движения теплоносителей необходимо выбирать таким образом, чтобы отложение загрязнений на стенках происходило возможно медленнее. Например, если охлаждающая вода отводится при температуре 45 - 50оС, то на стенках теплообменного аппарата интенсивно осаждаются растворенные в воде соли. [14]

При конструировании следует обоснованно решать вопрос о направлении теплоносителей в трубное или межтрубное пространство. Например, теплоносители, загрязненные и находящиеся под давлением, обычно направляют в трубное пространство. Насыщенный пар лучше всего подавать в межтрубное пространство, из которого легче удалить конденсат. Чистка трубного пространства (в котором вероятнее всего будут выпадать загрязнения) легче, а живое сечение для прохода теплоносителя меньше. Вследствие этого в трубном пространстве можно обеспечить теплоносителю более высокие скорости и, следовательно, более высокие коэффициенты теплоотдачи.

Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей в трубах и каналах. Обычно в теплообменных аппаратах один из теплоносителей движется по трубам, с помощью которых чаще всего в технике формируется поверхность теплопередачи. Поэтому для расчета и рациональной эксплуатации теплообменников очень важно знание основных закономерностей переноса теплоты при движении теплоносителя в трубах. При ламинарном движении теплоносителя, равномерном распределении скорости и температуры на начальном участке трубы у поверхности стенки образуются пограничные слои. Толщина этих слоев по мере удаления от входа увеличивается, и на некотором расстоянии, называемом длиной участка гидродинамической и тепловой стабилизации, они смыкаются. При этом коэффициент теплоотдачи изменяется от максимального значения на входе до практически неизменного после смыкания пограничных слоев. Явление резкого увеличения скорости переноса субстанции(в данном случае- теплоты) при входе потока в аппарат получило название«входной эффект». Очевидно, что для создания условий повышенных значений коэффициентов теплоотдачи целесообразно формировать теплообменники с длиной труб, незначительно превышающей. [13]

Формирование полей скоростей и температур и изменение коэффициента теплоотдачи на начальном участке труб при ламинарном движении теплоносителя.

Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании труб. Для того чтобы лучше понять зависимость коэффициента теплоотдачи от гидродинамических условий обтекания теплоносителем наружной поверхности труб. При поперечном обтекании трубы на лобовой части ее поверхности образуется ламинарный пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается. При обтекании лобовой части трубы сечение потока уменьшается, скорость жидкости увеличивается, а давление у поверхности падает. В кормовой части трубы давление увеличивается, так как скорость уменьшается; скорость жидкости в пограничном слое также снижается, а начиная с некоторого сечения частицы движутся в обратном направлении, образуя вихри, которые периодически отрываются с поверхности трубы и уносятся потоком. При этом соответственно изменяется значение локального коэффициента теплоотдачи по поверхности (окружности) трубы.

Максимальное значение на лобовой образующей трубы, где толщина пограничного слоя мала. Затем коэффициент теплоотдачи снижается. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный, и точка отрыва перемещается в кормовую сторону трубы.

Теплоотдача при естественной конвекции. Этот вид теплоотдачи возникает при движении теплоносителя за счет разности плотностей в различных точках его объема: более нагретые макрочастицы среды, имеющие меньшую плотность, поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз и затем, нагревшись, также движутся вверх. Таким образом возникают конвекционные токи теплоносителя. В этом случае теплоотдача должна зависеть от формы и размеров поверхности нагрева или охлаждения, температуры этой поверхности, физических свойств теплоносителя. Очевидно, что при естественной конвекции скорость движения теплоносителя может быть выражена как функция этих факторов. Поэтому критерий Рейнольдса из обобщенного уравнения теплоотдачи при естественной конвекции может быть исключен.[16]

Задача интенсификации процесса теплообмена и создания высокоэффективных теплообменных аппаратов, весьма актуальна. Для интенсификации процессов теплообмена применяют следующие приемы:

а) предотвращение отложений(шлама, солеи, коррозионных окислов) путем систематической промывки, чистки и специальной обработки поверхностей теплообмена и предварительного отделения из теплоносителей веществ и примесей, дающих отложения;

б) продувка трубного и межтрубного пространств от инертных газов, резко снижающих теплообмен при конденсации паров;

в) искусственная турбулизация потока;

г) оребрение поверхности теплообмена.

Проблема интенсификации работы кожухотрубчатых теплообменников связана главным образом с выравниванием термических сопротивлений на противоположных сторонах теплообменной поверхности. Этого достигают либо увеличением поверхности теплообмена, например оребрением ее со стороны теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи, либо увеличением коэффициента теплоотдачи рациональным подбором гидродинамики теплоносителя. Последнее должно приводить к выравниванию скоростей и температур по сечению потока теплоносителя и, следовательно, к уменьшению термического сопротивления его пограничного слоя. Результаты исследований показывают, что именно сопротивление пограничного слоя является главным фактором, снижающим интенсивность теплопередачи.

Теплообмен значительно улучшается также при ликвидации застойных зон в межтрубном пространстве. Особенно часто такие зоны образуются вблизи трубных решеток, поскольку штуцера ввода и вывода теплоносителя из межтрубного пространства расположены на некотором расстоянии от них.

Наиболее радикальный способ исключения образования таких зон - установка распределительных камер на входе и выходе теплоносителя из межтрубного пространства.

Эффект теплоотдачи на наружной поверхности труб существенно повышают кольцевые канавки, интенсифицирующие теплообмен в межтрубном пространстве примерно в 2 раза турбулизацией потока в пограничном слое.

В теплообменниках с передачей теплоты от жидкости в трубном пространстве к вязкой жидкости или газу в межтрубном пространстве коэффициенты теплоотдачи с наружной стороны труб примерно на порядок меньше, чем с внутренней стороны. Например, в газожидкостных теплообменниках коэффициент теплоотдачи со стороны жидкости может достигать6 кВт/(м2 °С), а со стороны газа не превышает 0,1 кВт/(м2 °С).

Естественно, что применение гладких труб в таких теплообменниках приводит к резкому увеличению их массы и размеров. Стремление интенсифицировать теплоотдачу со стороны малоэффективного теплоносителя (газы, вязкие жидкости) привело к разработке различных конструкций оребренных труб. [17]

Установлено, что оребрение увеличивает не только теплообменную поверхность, но и коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности к теплоносителю вследствие турбулизации потока ребрами. При этом, однако, надо учитывать возрастание затрат на прокачивание теплоносителя.

Применяют трубы с продольными и разрезными ребрами, с поперечными ребрами различного профиля. Оребрение на трубах можно выполнить в виде спиральных ребер, иголок различной толщины и др. Оребрение наиболее эффективно, если обеспечивается соотношение поверхности теплообмена со стороны соответственно газа и жидкости.

Эффективность ребра, которую можно характеризовать коэффициентом теплоотдачи, зависит от его формы, высоты и материала. Если требуется невысокий коэффициент теплоотдачи, необходимую эффективность могут обеспечить стальные ребра, при необходимости достижения больших коэффициентов целесообразно применение медных или алюминиевых ребер. подогрев нефтепродукт конвекция теплообмен

Эффективность ребра резко снижается, если оно не изготовлено за одно целое с трубой, не приварено или не припаяно к ней.

Если термическое сопротивление определяется трубным пространством, используют методы воздействия на поток устройствами, разрушающими и турбулизирующими внутренний пограничный слой. Это различного рода турбулизирующие вставки (спирали, диафрагмы, диски) и насадки(кольца, шарики), помещаемые в трубу. Естественно, что при этом возрастает гидравлическое сопротивление трубы.

Турбулизирующие вставки в виде диафрагмы размещают в трубе на определенном расстоянии одна от другой.

Вставки в виде дисков с определенным шагом укрепляют на тонком стержне, вставленном в трубы. По своему воздействию на поток такие вставки близки к диафрагмам. Спиральные вставки обычно изготовляют из тонких алюминиевых или латунных лент.

Кроме вставок и насадок теплообмен в трубах можно интенсифицировать применением шероховатых поверхностей, накаткой упомянутых кольцевых канавок, изменением поперечного сечения трубы ее сжатием. В этом случае даже при ламинарном режиме течения теплоносителя теплоотдача в трубах на 20-100 % выше, чем в гладких трубах.

1.5 Виды теплообменников

1) Аппараты теплообменные кожухотрубчатые;

Они достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с поперечными перегородками в межтрубном пространстве, применяемые в нефтяной и других отраслях промышленности, обозначаются индексами и классифицируются:

а) по назначению (первая буква индекса): Т- теплообменники; Х - холодильники; К- конденсаторы; И- испарители;

б) по конструкции (вторая буква индекса) - Н-- с неподвижными трубными решетками; К-- с температурным компенсатором на кожухе; П-- с плавающей головкой; У-- с U-образными трубами; ПК-- с плавающей головкой и компенсатором на ней;

в) по расположению (третья буква индекса): Г- горизонтальные; В-вертикальные.

Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н состоит из цилиндрического сварного кожуха, распределительной камеры и двух крышек. Трубный пучок образован трубами, закрепленными в двух трубных решетках. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного и межтрубного пространств. Перегородка в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной решеткой использована прокладка, уложенная в паз решетки. [6]

2)Теплообменники с неподвижными трубными решетками;

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники-- для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладоагентом) жидких и газообразных сред. Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников -- также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали.

3) Теплообменник с неподвижной трубной решеткой;

Для подвода и отвода рабочих сред (теплоносителей) аппарат снабжен штуцерами. Один из теплоносителей в этих аппаратах движется по трубам, другой -- в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом и наружной поверхностью труб.

Особенностью аппаратов типа Н является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки приварены к кожуху. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции.

Трубы в кожухотрубчатых теплообменниках стараются разместить так, чтобы зазор между внутренней стенкой кожуха и поверхностью, огибающей пучок труб, был минимальным; в противном случае значительная часть теплоносителя может миновать основную поверхность теплообмена. Для уменьшения количества теплоносителя, проходящего между трубным пучком и кожухом, в этом пространстве устанавливают специальные заполнители, например приваренные к кожуху продольные полосы или глухие трубы, которые не проходят через трубные решетки и могут быть расположены непосредственно у внутренней поверхности кожуха.

Если площадь сечения трубного пространства (число и диаметр труб) выбрана, то в результате теплового расчета определяют коэффициент теплопередачи и теплообменную поверхность, по которой рассчитывают длину трубного пучка. Последняя может оказаться больше длины серийно выпускаемых труб. В связи с этим применяют многоходовые (по трубному пространству) аппараты с продольными перегородками в распределительной камере. Промышленностью выпускаются двух-, четырех- и шести ходовые теплообменники жесткой конструкции. [9]

4) Двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными решетками;

Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены зафиксированные стяжками поперечные перегородки, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник -- круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ15121--79, конденсаторы могут быть двух-, четырех- и шести ходовыми по трубному пространству. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство.

Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсато - отводчиками.

...