Модернизация оборудования для подогрева нефтепродуктов

Если температурные напряжения, возникающие в стенках теплообменника или трубках, оказываются большими, то необходимо предусматривать температурную компенсацию. [7]

5) Теплообменник типа К-- с линзовым компенсатором на корпусе;

В этом аппарате температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях (не более13-15 мм) и невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не более 0,5МПа).

Для круглых элементов аппаратов, диаметр которых превышает 100 мм, обычно применяют линзовые компенсаторы, состоящие из одной и более линз.

Линзы выполняют штампованными или из кольцевого тора, выполненного с прорезью, разрезными или сварными волнообразной формы. Одна линза компенсирует небольшие температурные деформации (4 - 5 мм), набор линз (не более четырех) позволяет компенсировать деформации до15 мм.

Линзовые компенсаторы применяют в вертикальных и горизонтальных аппаратах и трубопроводах при избыточном давлении, составляющем не более 1,6 МПа.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1.6--8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

6) Теплообменники с плавающей головкой;

Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенной для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку.Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246--79, могут быть двух- или четырех ходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м.

Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой состоит из: крышки распределительной камеры; распределительной камеры; кожуха; теплообменных труб; перегородки с сегментным вырезом; штуцера; крышка плавающей головки; крышка кожуха.

Кожухотрубнатые конденсаторы с плавающей головкой (ГОСТ14247--- 79) отличаются от аналогичных теплообменников большим диаметром щтуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве-- от 1,0 до 2,5 МПа. Эти аппараты могут быть двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Диаметр кожуха от600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м. Теплообменники с постоянным диаметром по всей длине удобны при сборке. Сборка теплообменников с переменным по длине диаметром затруднена, так как плавающую головку (по габаритным размерам) в собранном виде невозможно поместить в кожух без трубчатки.

Теплообменники с постоянным диаметром не имеют этого недостатка, так как плавающую головку можно собирать и разбирать вне и внутри кожуха. Кроме того, теплообменники с постоянным диаметром по длине предпочтительнее теплообменников с переменным диаметром потому, что при очистке их межтрубного пространства не приходится разбирать плавающую головку.

Для эффективной работы теплообменника желательно, чтобы средняя часть была выполнена с наименьшим диаметром; при этом обеспечивается наибольшая скорость продукта и, следовательно, создаются оптимальные условия для теплопередачи. Это и является причиной изготовления теплообменников с переменным диаметром по длине. Однако уменьшать диаметр средней части аппарата имеет смысл лишь при значительных размерах плаваю щей головки. При применении малогабаритной плавающей головки отпадает необходимость в изготовлении теплообменников переменного диаметра. Малогабаритная плавающая головка свободно располагается и в наименьшем сечении кожуха. [8]

7) Теплообменники с U- образными трубами;

Теплообменники с U-образными трубами (тип У). В кожухотрубчатых аппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений.

Такие аппараты состоят из кожуха и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку и U-образные трубы. Трубная решетка вместе с распределительной камерой крепится к кожуху аппарата на фланце. Для обеспечения раздельного ввода и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной камере предусмотрена перегородка.

Теплообменники типа У являются двухходовыми по трубному пространству и одно- или двухходовыми по межтрубному пространству. В последнем случае в аппарате установлена продольная перегородка, извлекаемая из кожуха вместе с трубным пучком. Для исключения перетекания теплоносителя в зазорах между кожухом аппарата и перегородкой у стенки кожуха устанавливают гибкие металлические пластины или прокладку из прорезиненного асбестового шнура, уложенную в паз перегородки.

В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо от кожуха и соседних труб.

Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.

Преимущество конструкции аппарата типа У -- возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа У практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их. Агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20Х2 мм. Поверхности теплообмена и основные параметры этих теплообменников приведены в ГОСТ 44245--79.



2. Специальная часть

2.1 Факторы, определяющие выбор теплообменников

1)Конструктивные показатели

Выбор оптимальной конструкции теплообменника является задачей, разрешаемой технико-экономическим сравнением нескольких типоразмеров аппаратов применительно к заданным условиям или на основании критерия оптимизации.

На поверхность теплообмена и на относящуюся к ней долю капитальных затрат, а также на стоимость эксплуатации влияет недорекуперация теплоты.

Чем меньше величина недорекуперации теплоты, т.е. чем меньше разность температур греющего теплоносителя на входе и нагреваемого теплоносителя на выходе при противотоке, тем больше поверхность теплообмена, тем выше стойкость аппарата, но тем меньше эксплуатационные расходы. Конечно, должен быть определенный оптимум увеличения капитальных и снижения эксплуатационных расходов, который можно определить графически. Известно также, что с увеличением числа и длины труб в пучке и уменьшением диаметра снижается относительная стоимость1 м поверхности кожухотрубчатого теплообменника, так как при этом снижается общая затрата металла на аппарат в расчете на единицу поверхности теплообмена. Следует иметь в виду, что с увеличением числа труб увеличивается вероятность нарушения плотности их крепления в трубной решетке, а с применением труб малого диаметра увеличивается их засоряемость и усложняется чистка.

При выборе типа теплообменника можно руководствоваться следующим рекомендациями:

а) При обмене теплотой двух жидкостей или двух газов целесообразно выбрать секционные(элементные) теплообменники; если из-за большой поверхности теплообменника конструкция получается громоздкой, можно принять к установке многоходовой кожухотрубчатый теплообменник.

б) При подогреве жидкости паром рекомендуются многоходовые по трубному пространству кожухотрубчатые аппараты с подачей пара в межтрубное пространство.

в) Для химически агрессивных сред и при небольших тепловых производительностях экономически целесообразны рубашечные, оросительные и погружные теплообменники.

г) Если условия теплообмена по обе стороны тепло-передающей поверхности резко различны(газ и жидкость), должны быть рекомендованы трубчатые ребристые теплообменники.

д) Для передвижных и транспортных тепловых установок, авиационных двигателей и криогенных систем, где при высокой эффективности процесса необходимы компактность и малая масса, находят широкое применение пластинчатые ребристые теплообменники.

е) Во всех случаях необходимо стремиться выбирать наиболее простые по конструкции и наиболее дешевые по материалам теплообменники. К усложненным аппаратам(с плавающей камерой, с сильфонным компенсатором, спиральным), а также с латунными или медными трубами следует прибегать лишь в случае обоснованной необходимости.

Требования к рекуперативным теплообменным аппаратам. Такие требования к рекуперативным теплообменным аппаратам, как технологичность изготовления, эффективность достижения благоприятных тепловых и гидравлических режимов, эксплуатационные качества, компактность и металлоемкость приближенно оценены для некоторых типов рекуперативных теплообменных аппаратов.

2) Показатели качества

Показатели качества служат для оценки эксплуатационных достоинств агрегата, главные из них: технический уровень, надежность, конструктивно-эстетическая и эргономическая характеристики агрегата. Технический уровень. Различают абсолютный, относительный и перспективный технические уровни. Абсолютный технический уровень изделия характеризуется его эксплуатационными показателями. Число ихдолжно быть минимальным. Во избежание множественности и нечеткости в оценке абсолютного уровня необходимо ограничиваться только важнейшими из них-- производительностью, КПД, непрерывностью процесса, степенью автоматизации.

Относительный технический уровень характеризует степень совершенства изделия при сопоставлении(по соответствующим показателям) абсолютного технического уровня его с уровнем лучших современных мировых (отечественных и зарубежных) образцов и моделей аналогичного назначения.

Перспективный технический уровень определяет намечаемые и планируемые тенденции в развитии данной отрасли в виде совокупности ее перспективных показателей.

Надежность. Этот показатель является наиболее важным из показателей качества. Надежностью называют свойства объекта выполнять заданные функции при постоянстве эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Основные термины и определения по надежности оборудования (ГОСТ 13377 - 75).

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции.

Исправность - состояние изделия, при котором оно соответствует основным и второстепенным требованиям, нормативно-технической документации.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Отказы в основном связаны с разрушением деталей или их поверхностей. Отказы могут быть полными (опасные и безопасные) или частичными, когда сохраняется возможность частичного использования изделия. По характеру проявления отказы делят на внезапные(поломка) и постепенные(изнашивание, коррозия и т.д.), устранимые и неустранимые.

Надежность изделия включает понятия безотказности и долговечности. Безотказность- свойство изделия сохранять работоспособность без вынужденных перерывов на протяжении заданной наработки.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с требующимися перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

К показателям безотказности относятся вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка до отказа и параметр потока отказов. Вероятность безотказной работы статически определяется отношением числа объектов, безотказно проработавших к рассматриваемому моменту времени, к числу объектов, работоспособных в начальный момент времени.

Интенсивность отказов- вероятность отказа невосстанавливаемого изделия за единицу времени(если отказ до этого не наступил). Средняя наработка до отказа и наработка на отказ- средние значения наработки неремонтируемых изделий и наработки неремонтируемых изделий и наработки ремонтируемых изделий между отказами. Параметр потока отказов- плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени.

К основным показателям долговечности деталей, узлов и агрегатов относят средний ресурс, гамма процентный ресурс, срок службы. Средний ресурс- средняя наработка до предельного состояния. Гамма процентный ресурс- наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью процентов. Срок службы- календарная длительность эксплуатации изделия до предельного состояния или списания.

Основным комплексным показателем надежности сложных систем является коэффициент технического использования, который представляет собой отношение продолжительности наработки изделия и простоев для ремонта и обслуживания.

Эргономика и техническая эстетика. Создание современных изделий, машин и агрегатов, отвечающих лучшим образцам и мировым стандартам по качеству, удобству обслуживания и внешнему виду, обязательно с участием в проектировании художника-конструктора. Проектирование промышленного теплообменного аппарата должно базироваться на технических условиях и наряду с этим-- на требованиях, выдвигаемых новыми научными дисциплинами-- эргономикой и технической эстетикой.

Эргономика-- научная дисциплина, изучающая функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью создания для него совершенных орудий и оптимальных условий труда.

Техническая эстетика-- научная дисциплина, предметом которой является область деятельности художника-конструктора. Целью художественного конструирования является (в тесной связи с техническим конструированием) создание промышленных объектов, наиболее полно удовлетворяющих запросам обслуживающего персонала, максимально соответствующих условиям эксплуатации, имеющих высокие эстетические качества, гармонирующих с окружающей средой и обстановкой.

Красивый внешний вид соответствует, как правило, рациональной и экономичной конструкции. Внешний вид изделия в большой мере зависит от его окраски. Цвет-- важнейший фактор, не только определяющий эстетический уровень производства, но и влияющий на утомляемость работника, производительность труда и качество продукции.

3) Экономические показатели

Теплогидродинамическое совершенство. Мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителей в теплообменнике, определяет в значительной степени коэффициент теплопередачи, т. е. общую теплопроизводительность аппарата. Поэтому важным показателем совершенства теплообменного аппарата является степень использования мощности на прокачку теплоносители для обеспечения требуемого теплообмена.

Теплогидродинамическое совершенство аппарата можно характеризовать отношением двух видов энергии: теплоты, переданной через поверхность теплообмена, и работы , затраченной на преодоление гидродинамического сопротивления и выраженной в тех же единицах для всех потоков.

Чем больше значение , тем при прочих равных условиях теплообменник или его поверхность теплообмена совершеннее с теплогидродинамической (энергетической) точки зрения. Энергетический коэффициент -- величина безразмерная, поэтому числитель и знаменатель выражения можно относить к произвольной, но одной и той же единице, например к единице поверхности теплообмена (тепловой показатель), к единице массы- поверхности теплообмена(массовый показатель) или к единице объема(объемный показатель). При сравнении аппаратов значение можно относить ко всей теплоте и ко всей затраченной работе либо к единице поверхности, массы или объема аппарата.

Анализ показывает, что при прочих равных условиях изменение скорости теплоносителя по-разному влияет на различные величины, характеризующие работу аппарата: коэффициент теплопередачи изменяется пропорционально скорости (или расходу) в степени 0.6-0.8, гидродинамическое сопротивление - пропорционально скорости в степени 1.7-1.8, а мощность на прокачку теплоносителя - в степени 2.75.

С увеличением скорости теплоносителя мощность на его прокачку растет значительно быстрее, чем количество переданной теплоты, т. е. для определенного аппарата или определенной поверхности теплообмена значение энергетического коэффициента уменьшается с увеличением скорости теплоносителя. Поэтому абсолютное значение коэффициента не может служить мерой теплогидродинамического совершенства теплообменного аппарата, а полезно только при сопоставлении двух или нескольких аппаратов.

Коэффициент полезного действия. Тепловым показателем совершенства теплообменника является коэффициент его полезного действия (к. п. д.):

Максимально возможное количество теплоты, или располагаемая теплота, зависит от начальных температур и водяных эквивалентов теплоносителей и может быть выражено как произведение меньшего водяного эквивалента на полную разность начальных температур теплоносителей.



3. Конструктивная часть

3.1 Сравнительная расчетная характеристика теплообменников типа ПМ-40-15 и ПМР-13-60

Докажем то, что замена ПМ-40-15 необходима, для этого рассчитаем расход мазута, потребляемый при работе 5 котлоагрегатов при максимальной мощности:

2 котла КВГМ 30\150:

3680*2=7360 кг\ч

3 котла ДКВР 10\13:

12700*3=38100 кг\ч

Общий расход:

7360+38100=45460 кг\ч

Два установленных ПМ-40-15 могут номинально подогревать 30000 кг\ч мазута и этого недостаточно для работы котлов при полной мощности.

Проведем сравнение теплообменников ПМ-40-15 и ПМ-13-60, чтобы доказать выгодность ПМ-13-60.

Для определения более эффективного теплообменного аппарата сравним поверхности теплообмена ПМ-40-15 и ПМ-13-60.

Для ПМ-40-15 поверхность теплообмена составляет 30 м2, а для ПМР-13-60 она составляет 190 м2. Сравним в процентной ставке выгодность ПМР-13-60.

За 100 % возьмем поверхность в 190 м2, тогда получим:

190 м2 =100%

30 м2 =X

X=100*30/190

X=84,21 %

Делаем вывод, что ПМР-13-6 на 84,21 % эффективней по поверхности теплообмена, что позволяет обойтись меньшим количеством теплообменников и при этом не снизить экономическую выгоду, так как по потреблению электроэнергии ПМ-40-15 и ПМ-13-60 идентичны.

Давление рабочее (избыточное) в трубной системе для ПМ-40-15 составляет 40 кг/см2 или 4 МПа, а для ПМР-13-60 это 13 кг/см2 или 1,3 Мпа. Рабочее давление (избыточное) в корпусе идентично , так для обоих подогревателей оно составляет 10 кг/см2. В связи с этой характеристикой делаем вывод, что для обеспечения работы ПМ-40-15 необходимо затрачивать большее количество энергии, что в конечном счете приводит к его экономической невыгодности.

Перейдем к главной характеристике теплообменника, его продуктивности или номинальной производительности по мазуту. Для ПМ-40-15 он составляет 15 т/ч, а для ПМР-13-60 равен 60 т/ч. Это позволяет эффективнее осуществлять обеспечение мазутом предприятие.

В связи с выше перечисленными характеристиками ПМ-40-15 и ПМР-13-60 сделаем вывод, что ПМР-13-60 более отвечает современным требованиям по количеству подготовки мазута для отопления жилых районов Лесозаводского городского округа.

Вывод, благодаря большей номинальной производительности мазута ПМ-13-60 можно обойтись одним теплообменником, так как он обеспечивает оптимальную подачу мазута на котлоагрегаты.

Производится расчет параметров характеризующих производительность ПМ-40-15 и ПМР-13-60, чтобы доказать преимущества.

Производится расчет параметров за сутки (24 часа) работы теплообменников.

Принимаются данные: время t = 24 ч, расход мазута Q = 60 т/ч, найдем суточную производительность , тогда: для ПМ-13-60

G = t * Q

где G- суточная производительность; t- время; Q- расход мазута.

G = 60 * 24

G = 1140 (тонн)

Для ПМ-40-15 G составит:

G = 15 * 24

G = 360 (тонн)

Рассчитывается удельная теплоемкость мазута ( необходима для нахождения расчетной поверхности теплообмена ):

См тл = 1,74 + 0,0025 tтл

где См тл- удельная теплоемкость мазута; tтл - температура топлива, в Кельвинах, К (для мазута в зависимости от его вязкости 90 - 1300С); 1,74 и 0,0025 - коэффициенты теплоемкости жидкого топлива (мазута).

Переведем 0С в Кельвины:

К = 130 + 273

К = 403

Тогда:

См тл = 1,74 + 0,0025 * 403

См тл = 2,7475

Значит каждый сожженный килограмм мазута дает 2,7475 кДж / (кг * К) теплоты. Отсюда следует, что каждый час теплообменник выделяет количество теплоты, для ПМР-13-60, при расходе топлива 60 т/ч - Q, удельной теплоемкости мазута 2,7475 - См тл, перевеем 60 т/ч в килограммы в час, тогда:

60 * 1000 = 60000

Стл = Q * Cм тл

Стл = 60000 * 2,7475

Стл = 164850

где Стл - удельная теплоемкость отдаваемая за час работы агрегата, кДж/К.

Для ПМ-40-15 Стл составит:

Стл = 15000 * 2,7475

Стл = 41212,5

Определяется расчетная поверхность теплообмена для ПМ-40-15, Fp, м2:

Fp = Cтл / (См тл * дtcp)

где Стл - удельная теплоемкость, кДж/К; См тл - удельная теплоемкость мазута; tср - разность температур на входе и на выходе из теплообменника; Твых - температура на выходе из теплообменника, 0С; Твх - температура на входе в теплообменник, 0С

tср = Твых - Твх

tср = 95 - 70

tср = 25

Fp = 41212,5 / (25 * 2,7475)

Fp = 600

Для ПМР-13-60 расчетная поверхность теплообмена равна:

tср = 135 - 70

Fp 164500 / (65 * 2,7475)

Fp = 921

Расчетная поверхность теплообмена больше на треть у теплообменника ПМР-13-60, значит он более выгоден для предприятия, так как по размерам ПМ-13-60 почти такой же как и ПМ-40-15, но он обеспечивает котельную достаточным количеством топлива по сравнению с ПМ-40-15.

Подогреватель мазута типа ПМР представляет собой горизонтальный теплообменный аппарат и состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого расположена система оребренных трубок (трубный пучок) по которым циркулирует нагреваемый мазут. Пар-теплоноситель подается в межтрубное пространство. Образовавшийся из пара в результате теплообмена конденсат отводится через патрубок в нижней части подогревателя мазута.

Применение в конструкции таких аппаратов оребренных трубок позволяет существенно увеличить площадь поверхностей теплообмена, интенсифицировать процесс нагрева мазута и при этом значительно уменьшить массогабаритные характеристики подогревателей ПМР по сравнению с паровыми подогревателями типа ПМ.

Для удобства осмотра, очистки и, при необходимости, ремонта внутренних конструкций подогревателя мазута ПМР в торцевых частях корпуса предусмотрены два фланцевых соединения.



Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрена тема «Модернизация оборудования для подогрева нефтепродуктов».

В общей части рассмотрена работа оборудования для подогрева нефтепродукта (мазута) на всех стадиях слива мазута, таких как: подогрев мазута открытым паром, с помощью резинотканевых шлангов; с помощью паровых регистров (в емкостях); с помощью паромазутных подогревателей; с помощью электротенов; а так же их достоинства и недостатки.

В специальной части подробно рассмотрен принцип работы установки типа «Кварк»; теплообменников горизонтального типа ПМ-40-15 и ПМ-40-30, их рабочие характеристики.

За счет больших габаритов ПМ-40-30 обеспечивает большую площадь поверхности теплообмена, за счет этого обеспечивается большая пропускная способность по мазуту, а это позволяет в более короткое время подготовить большее количество тепла для отопительной котельной и далее более быстро доведен до потребителя. Так же за счет большей пропускной способности обеспечивается бесперебойная подача топлива на топочные устройства (котлоагрегаты).

В конструктивной части произведен сравнительный расчет параметров установок ПМ-40-15 и ПМР-13-60, который показал эффективность замены на ПМ-40-30, выгодность как в экономическом плане, так и в конструктивном.

Вывод, благодаря большим размерам ПМР-13-60 можно обойтись одним теплообменником, так как он обеспечивает оптимальную подачу мазута на котлоагрегаты.

Размещено на Allbest.ru

...