close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

kursach moy 33 2003

код для вставкиСкачать
Содержание.
1. Теоретическая часть:
Введение.......................................................................................3
1.1 Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности.........3
1.2 Теоретические основы процесса теплопередачи.................................5
1.3 Основные характеристики интенсивности передачи тепла..........................7
1.4 Основные виды теплообменников Эскизы.....................................11
1.5 устройство кожухотрубчатых теплообменников ..............................18
2. Расчётная часть. Технологический и конструктивный расчёт аппарата....................................................................................23
3. Техника безопасности и охрана труда при эксплуатации теплообменников................................................................................................18
4. Литература..............................................................................21
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Введение.
Предприятия бывшего союза в основном располагают установками первичной переработки нефти. Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод.
Расположен в г. Самаре, построен в 1946г. По объёму переработки нефти входит в десятку первых заводов России. Нефть поступает из Тюмени мотышианского месторождения, а также с местных промыслов. На заводе работают установки каталитического крекинга с шариковым катализатором типа 43-102, крупная установка замедленного коксования, установки риформинга с неподвижным слоем катализатора и предварительной гидроочисткой бензина, производство разных масел. Новокуйбышевский НПЗ выпускает традиционный набор бензинов, дизельных топлив, топлив для реактивных двигателей, мазуты, ароматические углеводороды, нефтяной кокс.
1.1 Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности.
Для обеспечения перспективного внутреннего спроса на нефтепродукты и их экспорта предусматривается развитие нефтеперерабатывающей отрасли, и прежде всего на основе повышения эффективности использования нефтяного сырья. Приоритетом станет повышение качества моторных топлив в соответствии с изменением транспортного парка при сохранении технологически оправданного использования мазута в качестве резервного топлива на теплоэлектростанциях, безусловное удовлетворение нужд обороны страны.
Основное направление развития нефтепереработки - модернизация и реконструкция действующих нефтеперерабатывающих заводов с опережающим строительством мощностей по углублению переработки нефти, повышению качества нефтепродуктов и производству катализаторов.
Реконструкция и модернизация НПЗ предусматривает опережающее развитие технологических комплексов по углублению переработки нефти и повышению качества продукции с использованием таких процессов, как каталитический крекинг, гидрокрекинг, коксование остатков, висбкрекинг, а также внедрение современных технологий по каталитическому риформингу бензинов, гидроочистке дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей, изомеризации, алкилированию, гидродепарафинизации и деароматизации, получению кислородосодержащих высокоактивных добавок.
Необходимо ликвидировать отставание в производстве современных моторных масел, для чего предусматривается развивать производство высоко индексных базовых масел и эффективных присадок к маслам различного назначения. В целях приближения производства нефтепродуктов к их потребителям возможно строительство новых высокоэффективных
нефтеперерабатывающих заводов средней мощности в районах концентрированного потребления нефтепродуктов, а в удаленных северных и восточных районах допустимо развитие сертифицированных малых заводов с полным циклом переработки нефти.
Целевой задачей отрасли является также обеспечение необходимым сырьем нефтехимической промышленности, стоимость продукции которой на порядок выше стоимости продукции собственно нефтепереработки. Значительное повышение качества нефтепродуктов и доведение его до экологически обоснованных стандартов - одно из важнейших условий выведения нефтеперерабатывающей отрасли на современный технический уровень, достижение которого обеспечит потребности страны в качественном моторном топливе, смазочных маслах, сырье для нефтехимии и других нефтепродуктах. Требования к качеству производимых нефтепродуктов должны быть закреплены законодательно.
Повышение требований к качеству нефтепродуктов и модернизация предприятий нефтепереработки обеспечат улучшение экологической обстановки, снижение удельных энергетических затрат при производстве продукции Приоритетными направлениями научно-технического прогресса в нефтепереработке являются:
- разработка и создание катализаторов для гидрогенизационных процессов с высокой гидрообессеривающей активностью и гидрокрекирующей способностью, высокоэффективных реагентов, адсорбентов и абсорбентов, новых видов высокооктановых кислородсодержащих добавок к бензинам, а также разработка технологий их производства;
- повышение качества дизельного топлива и авиационного керосина на основе глубокой гидроочистки и гидроароматизации;
получение малосернистого котельного топлива и малосернистого сырья для деструктивной переработки;
- разработка технологии и модульного оборудования для переработки тяжелых нефтяных остатков за счет термического воздействия до 430 °C без водорода;
- разработка технологии производства кокса игольчатой структуры и гидрогенизационных технологий для производства базовых компонентов масел, освоение процессов изокрекинга и изодепарафинизации.
Инновационная программа должна обеспечить условия для реализации этих приоритетных направлений.
Достижение намечаемых параметров развития нефтеперерабатывающей промышленности потребует соответствующего роста инвестиций, основными источниками которых будут собственные средства нефтяных компаний.
Основные понятия теплопередачи
При тепловых процессах тепло передается от одного вещества к другому. Для самопроизвольного переноса тепла одно из этих веществ должно быть более нагрето, чем другое. Вещества, участвующие в процессе перехода тепла (теплообмене), называются теплоносителями. Вещество с более высокой температурой, которое в процессе теплообмена отдает тепло, будет называться горячим теплоносителем, а вещество с более низкой температурой, воспринимающее тепло,- холодным теплоносителем.
Существует два основных способа передачи теплаовых процессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.
При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносителей обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо; поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении.
При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используются для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена.
Различают установившиеся и неустановившиеся процессы теплопередачи. При установившемся (стацтионарном) процессе температуры в каждой точке аппарата не изменяются во времени, тогда как при неустановившеемся (нестационарном) процессе соответствуют непрерывной работе аппаратов с постоянным режимом; неустановившиеся процессы протекают в аппаратах периодического действия,а также при пуске и остановке аппаратов непрерывного действия и изменении режима их работы.
Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством ткплопроводности ,конвекции и лучеиспускания.
Передача тепла теплопроводностью осуществляется путем переноса тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. При этом энергии передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно другу.
Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности.
Передача тепла лучеиспусканием происходит путем переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую энергию (излучение), которая проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую при поглощении энергии другим телом (поглощение).
Рассмотренные виды передачи тепла редко встречается в чистом виде; обычно они сопуутствуют друг с другу (сложный теплообмен). Так, при передаче тепла через стенку перенос тепла от горячего теплоносителя в стенке и от стенки к холодному теплоносителю осуществляется конвекцией,а через стенку- путём теплопроводности.
Потери тепла с нагретой поверхности в окружающую среду приходят путем конвекции и лучеиспускания.
1 Основные характеристики интенсивности передачи тепла
Основные законы теплопроводности является закон Фурье, который формулируется следующим: количества тепла dQ, переданное в единицу времени через элемент поверхности dF, пропорционально градиенту температуры dt/dn
dQ=-λ(dt/dn)dF (1)
Где λ- коэффициент теплопроводности.
Знак минус в уравнение (1) отражает передачи тепла направлении уменьшения температуры. Градиент температуры dt/dn означает изменение температуры на единицу длины в направлении нормали к рассматриваемой изометрической поверхность, имеющей температуру t. Соседняя изотермическая поверхность имеет температуру t+dt. Из уравнения (1) следует, что коэффициент теплопроводности λ численно равен количеству теплота которое проходит через единицу поверхности в единицу времени при градиенте температур, равно единице. Наибольшее значение λ наблюдается для металлов: 500>λ>10 Вт/(м•°С); наименьший для газов: λ<0,6 Вт/(м•°С). Многие неметаллические материалы имеют весьма низкий коэффициенты теплопроводности: λ<0,25 Вт/(м•°С) ; на этом основана их применение для устройства тепловой изоляции.
Жидкости, кроме расплавленных металлов, имеет низкий коэффициенты теплопроводности: λ<0,10 Вт/(м•°С). Расплавленный металл имеют λ<100 Вт/(м•°С).
Для большинства материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры имеет линейный характер.
λ=λ0( 1+βt) (2)
где λ0-коэффициент теплопроводности материала при t=0°C; β-температурный коэффициент.
Для расчета величины теплового потока dQ от элементы поверхности жидкости( газа ) или в обратном направлении использует закон Ньютона.
dQ=α(tст-tс)dF (3)
Где tст- температура стенки; tс - температура среды, которая обменивается теплом со стенкой; α - коэффициент теплоотдачи.
В уравнении (3) знак разности tст-tс указывает указывает направление передачи тепла : если tст>tс , то тепло передается от стенки к окружающей среде; tст<tс, то-от среды стенке. Чтобы иметь dQ>0 в качестве первого слагаемого в уравнение (3), берут большую из двух величин.
Коэффициент теплоотдачи α представляет собой количество тепла, переданное через единицу поверхности единицу времени при разности температур 1°С. он зависит от формы и размеров тела, скорости движения среды, ее физических свойств и двумя средами, разделенными стенкой, записывается следующим образом:
dQ=K(t1-t2) dF (4)
где К-коэффициент теплопередачи; t1- температура греющей среды; t2 -температура потока воспринимающего тепло.
Коэффициент теплопередачи К представляет собой количество тепла, переданного через поверхность в единицу времени при разности температур 1°С. Он зависит от скорости теплообменивающих потоков, их физических свойств, конструкция и свойств материала разделяющей стенки и.т.п. Размерности коэффициента теплопередачи K и теплоотдачи α совпадают, хотя физически они связаны с различными областями, в которых происходит перенос одного и того же количества тепла. Чем больше коэффициент теплопередачи, тем больше количество тепла может быть передано через данную поверхность при прочих равных условиях. Поэтому при создании промышленных аппаратов необходимо стремиться к тому, чтобы максимально интенсифицировать процесс теплопередачи и тем самым уменьшить размеры теплообменной аппаратуры.
Основные схемы взаимного движения теплообменивающихся потоков.
Процессы теплопередачи при постоянных температурах относительно редко (например, одна среда - конденсирующийся пар, другая - кипящая жидкость). Теплопередача при переменных температурах существенно зависит от взаимного направление движения теплообменивающихся сред. Различают следующие основные схемы взаимного движении теплообменивающихся потоков относительно поверхности теплообмена:
1) прямоток- обе стороны движутся в одном направлении;
2) противоток - теплообменивающиеся среды движутся в противоположных направлениях;
3) перекрестный ток, при котором потоки движутся взаимно пердекулярно;
4) смешанный ток, при котором реализуются упомянутые выше схемы движения след в различных частях аппарата.
Указанные схемы движения сред при теплообмене приведены на рисунке
а прямоток
противоток
перекрестный ток
Основные схемы движения потоков при теплообмене ( черной стрелкой обозначена более нагретая жидкость, светлой - менее нагретая)
Независимо от схемы движения температура нагретой жидкости уменьшается от начального значения t1н до конечного t1K, а температура более холодного наглый нагреваемого потоков увеличивается от t2н до t2к. поэтому разность температур обоих потоков различных частях аппарат будет различной, и в уравнение теплопередачи (4) необходимо подставлять среднюю разность температур (t1-t2)m=∆tm, величина которой определяется при прочих равных условиях схемой движения потоков.
Основные типы теплообменных аппаратов
Теплообмен является ключевым технологическим процессом в любой отрасли пищевой, химической, металлургической или энергетической промышленности. В его основе лежит процесс теплоотдачи через разделяющие потоки пластины. Не смотря на элементарность происходящих внутри теплообменника процедур, он считается сложным оборудованием, которое может функционировать по трем, абсолютно различным принципам: посредством конвекции, теплового излучения и теплопроводности.
При этом каждое физическое явление довольно редко работает самостоятельно. Во многих устройствах они сочетаются и оказывают то или иное влияние на эффективность теплообменных процессов.
Теплообменники можно также можно классифицировать по способу передачи тепла: смесительные и теплообменные. Каждое из устройств при этом имеет свою особую конструкцию, эффективность и предназначение. Так поверхностные являются наиболее распространенными, и принцип их действия состоит в том, что теплообменные процессы происходят с использованием рабочих поверхностей: пластин, трубок и т.д. В смесительных же теплообмен осуществляется путем перемешивания двух сред, например воздуха и жидкости. Подобная технология позволяет достигать небывалого уровня КПД, простоты конструкции и высокой скорости рабочего цикла. Однако смесительные теплообменники находят применение лишь на тех производственных этапах, которые допускают смешение двух разнотипных сред.
Для теплообменных аппаратов характерны две разновидности устройств в зависимости от конструкции: рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных теплообменниках контакт двух жидкостей осуществляется посредством разделительных стенок. Поток рабочей жидкости несущий тепло при этом не изменяется и движется в одном направлении. Регенеративные теплообменники имеют рабочую поверхность, которая одновременно является источником тепла и его аккумулятором. Попеременно соприкасаясь к ней, рабочие жидкости совершают рабочий цикл и осуществляют процесс теплообмена. Тепловой поток при этом может менять свое направление.
Пластинчатые теплообменники
Данный вид теплообменников в последнее время получил очень широкое распространение, благодаря компактной конструкции, возможности быстрой сборки и модернизации, простой и моментальной очистке от загрязнений, минимальным гидравлическим сопротивлениям.
Основными элементами, входящими в состав разборных пластинчатых теплообменников являются рабочие пластины, разделенные резиновыми прокладками, концевые камеры с патрубками, рама и стяжные болты. Для изготовления пластин используется тонколистовая сталь (0,5-0,6мм), которая для проточной части выполняется с рифленой поверхностью, благодаря чему значительно увеличивается поверхность теплообмена и активность турбулизации потока.
Резиновые прокладки в большинстве случаев присоединяются к поверхности пластин по бесклеевой технологии, выполняя роль герметичных разделительных перегородок. Рабочая среда направляется вдоль пластины или перетекает в следующий канал через отверстие.
Потоки рабочих сред могут быть направлены по трем основным схемам: прямоточной, противоточной, смешанной. Пластинчатые теплообменники могут достигать площади до 360м2 (мин.1м2) при количестве пластин до 603 шт. (мин.5 шт.). Максимальная температура теплоносителя может достигать 150° С, при условии, что используются соответствующие резиновые прокладки. Давление же не может превышать 2,5 МПа.
Витые теплообменники
В витых теплообменниках необходимая рабочая площадь достигается путем использования концентрических змеевиков, закрепленных на головках и заключенных в защитных кожух. Движение одного из потоков рабочих жидкостей осуществляется по трубках, другой же заполняет межтрубное пространство, ограниченное корпусом устройства. Данный вид теплообменников обладает одним важным преимуществом: он выдерживает высокое давление и отлично подходит для разделения газовых смесей путем глубокого охлаждения. Также они способны воспринимать значительные напряжения, возникающие вследствие низких температур и высокого давления без потери работоспособности и последующей самокомпенсацией.
Спиральные теплообменники
Роль поверхности теплообмена в спиральных аппаратах выполняют металлические листы, закрученные в виде спирали вокруг центральной перегородки - керна. Между собой поверхности листов имеют строго определенное расстояние, которое достигается путем установки дистанционных бобышек вдоль всего корпуса. Они также придают всей конструкции дополнительную жесткость. Для герметизации корпуса спиральных теплообменников используется два основных способа. При первом, одна из сторон наглухо заваривается, а вторая уплотняется упругой прокладкой. Такая схема позволяет достигнуть двух важных преимуществ. Во-первых, в случае какой-либо неисправности и потери герметичности, через корпус будет просачиваться лишь один из потоков. Вторым преимуществом является то, что благодаря возможности быстрого демонтажа одной из стенок, можно быстро провести чистку каналов.
Иногда, если один из потоков является химически активным и приводит к быстрому разрушению прокладки, в конструкции предусматривают "глухой" канал. Его заваривают с обеих сторон, что исключает протекание, но делает невозможным выполнение механической очистки. Второй уплотняется плоской прокладкой.
В отдельных случаях, когда допускается смешение рабочих потоков, при помощи прокладок уплотняются обе стороны спирального теплообменника. При невысоких давлениях каналы могут быть уплотнены U-образными манжетами, которые прижимаются к крышке силой внутреннего давления.
Одним из самых серьезных недостатков спиральных аппаратов является сложность обслуживания, ремонта и сборки. Их также недопустимо применять в системах, в которых рабочее давление превышает 10 кгс/см2. Но между тем они пользуются высокой популярностью, благодаря малым габаритным размерам, ничтожным гидравлическим сопротивлениям и высокой интенсивности теплообмена даже при условии высоких рабочих жидкостей.
Кожухотрубчатые теплообменники
В кожутрубчатых теплообменниках основными элементами являются: корпус, пучки труб мало диаметра, трубные решетки, патрубки, крышки, элементы компенсации напряжений. Трубная решетка предназначена для крепления концов трубок путем сварки, пайки или развальцовки. Иногда в конструкции предусматриваются специальные перегородки, устанавливаемые в межтрубном и трубном пространствах. Благодаря им удается значительно повысить скорость движения рабочих потоков и интенсивность теплообмена.
По способу расположения кожухотрубчатые аппараты бывают наклонные, горизонтальные и вертикальные. Таким образом, всегда есть возможность подобрать теплообменник из условий технологического процесса и простоты монтажа.
Одним из негативных факторов, который возникает при эксплуатации кожухотрубчатых аппаратов, является температурное удлинение. Для борьбы с этим явлением реализованы устройства нежесткой и полужесткой конструкции. Кожухотрубчатые теплообменники жесткого типа используются из условий малой температурной разницы рабочих сред. Их отличительной особенностью является простота конструкции и высокая надежность.
В полужестких аппаратах незначительные температурные деформации гасятся благодаря наличию специальных компенсаторов, расположенных на корпусе устройства. Надежная работа обеспечивается, если давление в устройстве не превышает более 2,5 кгс/см2, а деформация не превышает 10-15мм.
Для реализации нежесткой конструкции теплообменников используются сальниковые уплотнители, которые устанавливаются на пучок U-образных трубок, решетки, патрубки и позволяют устранять значительные температурные напряжения.
Двухтрубные аппараты типа "труба в трубе"
В таких теплообменных аппаратах основным рабочим элементом являются звенья, состоящие из двух соосно расположенных труб разного диаметра. Для простоты обслуживания и ремонта они соединяются между собой при помощи дополнительных фасонных частей - стальных колен. Они позволяют собрать аппарат любой мощности и производительности, путем размещения ряда секций по параллельной схеме.
Основными рабочими средами, которые используются в таких теплообменных аппаратах, являются газ и жидкость. При этом если участвует пара газ-жидкость, то в межтрубное пространство пускается газ. Основным параметром, который отвечает за интенсивность теплообмена и высокую скорость потока является диаметр труб, который подбирается при помощи специальных расчетов для достижения оптимальных значений.
Важным преимуществом теплообменников двухтрубного типа является работа в системах высокого давления, высокий уровень теплопередачи, простота эксплуатации и монтажа. Из недостатков можно отметить немалую стоимость, особенно высокопроизводительных устройств, вследствие использования стальных труб большого диаметра, а также сложность очистки межтрубного пространства от загрязнений.
Графитовые аппараты
Графитовые аппараты выносят в отдельную группу, так как они обладают особыми, присущими им свойствами. В частности они имеют высокую коррозионную стойкость и теплопроводность, благодаря использованию графита. По конструкции выпускают оросительные, блочные, кожухотрубные и погружные теплообменники. Основу любого графитового аппарата составляют блоки прямоугольной или цилиндрической формы, в которых имеется система перпендикулярных, но непересекающихся отверстий. В них рабочие жидкости движутся по перекрестной схеме. Крышки блоков обрамляются металлическими листами и стягиваются болтами до максимально возможного значения, которое не вызывает разрушения графита. В крышках имеются патрубки для подключения отводных и подводящих трубопроводов. Как и в любом другом теплообменнике, в графитовом имеются трубки, трубные решетки, крышки и металлический корпус, который оснащается сальниковым компенсатором для снятия температурных напряжений.
Элементные (секционные) теплообменники
Данный вид теплообменников состоит из отдельных секций, которые соединяются между собой, образуя единую структуру. Их принцип работы во многом схож с кожухотрубными аппаратами. В элементных также используется противоточная схема и сочетание ряда элементов с небольшим числом труб.
Использование элементных теплообменников оправдано тогда, когда в исходной системе предусмотрено высокое рабочее давление. Благодаря отсутствию перегородок и других элементов, влияющих на скорость потока, значительно снижаются гидравлические сопротивления, и нет необходимости в периодической очистки внутренней полости устройства от грязи. Однако в отличие от многоходовых кожухотрубных теплообменников, они стоят значительно дороже в связи с использованием стальных фланцев, трубных решеток, сильфонных компенсаторов и других элементов. Также они гораздо более громоздки, чем кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, что делает невозможным их установку в небольшом помещении. В среднем одна секция элементного теплообменника содержит от 4 до 140 трубок, а площадь составляет 0,75-30м2.
Погружные теплообменники
В погружных теплообменниках, как и в витых, теплообменный орган представлен в виде цилиндрических змеевиков, которые расположены в сосуде, наполненном рабочей жидкостью. При такой схеме скорость теплообмена невероятно низкая, что делает погружные теплообменники малоэффективными в большинстве случаев. Однако они находят свое применение, если рабочая среда, проходящая через его полость, содержит механические включения или находится на стадии закипания. Погружные теплообменники также незаменимы, если требуется использование теплообменных пластин из особых материалов, таких как керамика, ферросилид и другие. Купить теплообменниклюбого типа на доске объявлений.
Оросительные теплообменники
Это один из самых простых по своей конструкции видов теплообменников, в которых одна из рабочих жидкостей движется по трубам, соединенным между собой стальными "калачами", а другая изливается на внешнюю поверхность аппарата посредством специального желоба с зубчатыми краями. В подобных условиях интенсивность теплообмена невероятна мала и данный вид теплообменникиа чаще всего выполняет роль охладителя или конденсатора для агрессивных газов и жидкостей. Расход воды, котрая используется для охлаждения невысокий, благодаря ее частичному испарению. Что касается габаритных размеров, то оросительные теплобменники сложно назвать компактными. Их главным преимуществом является простота изготовления и последующей эксплуатации. При изготовлении оросительных теплообменников, предназначенных для химической промышленности, используются особые кислотоупорные материалы.
Ребристые теплообменники
Использование ребер позволяет значительно увеличить площадь теплообмена. Основным предназначением ребристых теплообменников или проще говоря калориферов, является нагрев воздуха или газа горячим паром. Максимальная эффективность достигается за счет грамотного расположения ребер и их качественного соединения с основной трубой. Неплотности вызывают образование воздушных прослоек, которые могут свести теплообмен к минимальным значениям. С использованием ребристых теплообменников сегодня работают многие промышленные сушильные установки и отопительные системы.
Устройство кожухотрубчатых теплообменников
С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:
* однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонамтеплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением
* диапазон давления от вакуума до высоких значений
* в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов
* удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата
* размеры от малых до предельно больших (5000 м2)
* возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению
* использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т.д.
* возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта
Однако такое широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций никоим образом не должно исключать поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям.
Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рисунке:
Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 Мвт состоят из 17 тысяч труб с общей поверхностью теплообмена около 9000 м2.
Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее распространенных типов представлены на рисунке:
Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.
Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.
В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменникаспособствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.
Трубные доски (решетки) служат для закрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. а, в), зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки (рис. б, г) или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры (рис. д, е). материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20 мм.
Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой (рис. а, к), нежесткой (рис. г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.
На рисунке а) изображен одноходовой теплообменник с прямыми трубками жесткой конструкции. Кожух и трубки связаны трубными решетками и поэтому нет возможности компенсации тепловых удлинений. Такие аппараты просты по устройству, но могут применяться только при сравнительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50оС). Они имеют низкие коэффициенты теплопередачи вследствие незначительной скорости теплоносителя в межтрубном пространстве.
В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения трубок. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению коэффициента теплопередачи. На рисунке 1,б изображентеплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве и полужесткой мембранной компенсацией тепловых удлинений вследствие некоторой свободы перемещения верхней трубной доски.
В парожидкостных теплообменниках пар проходит обычно в межтрубном пространстве, а жидкость - по трубам. Разность температур стенки корпуса и труб обычно значительна. Для компенсации разности тепловых удлинений между кожухом и трубами устанавливают линзовые (рис. в), сальниковые (рис. з, и) или сильфонные (рис. ж) компенсаторы.
Для устранения напряжений в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, изготавливают также однокамерные теплообменники с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при высоких давлениях теплоносителей, так как изготовление водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах высокого давления - операции сложные и дорогие. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут получить широкого распространения из-за трудности изготовления труб с разными радиусами гиба, сложности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.
Компенсационные устройства сложны в изготовлении (мембранные, сильфонные, с гнутыми трубами) или недостаточно надежны в эксплуатации (линзовые, сальниковые). Более совершенна конструкция теплообменника с жестким креплением одной трубной доски и свободным перемещением второй доски вместе с внутренней крышкой трубной системы (рис. е). некоторое удорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса и изготовления дополнительного днища оправдывается простотой и надежностью в эксплуатации. Эти аппараты получили название теплообменников "с плавающей головкой". Теплообменники с поперечным током (рис. к) отличаются повышенным коэффициентом теплоотдачи на наружной поверхности вследствие того, что теплоноситель движется поперек пучка труб. При перекрестном токе снижается разность температур между теплоносителями, однако при достаточном числе трубных секций различие в сравнении с противотоком невелико. В некоторых конструкциях таких теплообменников при протекании газа в межтрубном пространстве и жидкости в трубах для повышения коэффициента теплоотдачи применяют трубы с поперечными ребрами.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
301
Размер файла
540 Кб
Теги
kursach, 2003, moy
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа