Курсоваяработа
на тему:«Кожухотрубный одноходовой теплообменный аппарат с линзовым компенсатором накорпусе»
Содержание
Вступ
1. Назначение аппарата
2. Область применения
3. Материал, технология изготовления
4. Эскиз
Вывод
Список литературы (информационных источников)
Вступ
Теплообменный аппарат(ТО) — устройство, в котором осуществляется процесс передачи тепла от одноготеплоносителя (рабочей среды) к другому. В качестве теплоносителя можетприменяться жидкость, пар или газ. В теплообменных аппаратах передача тепла отодной среды к другой обусловлена тремя составляющими теплообменного процесса: теплопроводностью,конвекцией и тепловым излучением. Наибольшее значение для эффективной работытеплообменного аппарата имеет конвективный теплообмен, или теплоотдача, котораяосуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности иконвекции. Процессы теплообмена осуществляются в теплообменных аппаратах различныхтипов и конструкций.
В настоящее время всетеплообменные аппараты, используемые в химической промышленности,подразделяются на определённые группы по следующим признакам: по назначению(нагреватели, испарители и кипятильники; холодильники, конденсаторы и т. д.), порежиму работы, по особенностям конструкции и т. д. Холодильники и конденсаторыслужат для охлаждения потока или конденсации паров с применением специальныххладоагентов (вода, воздух, пропан, хлористый метил, фреоны и т. д.).
Поверхностные теплообменныеаппараты можно разделить на следующие типы по конструктивным признакам:
а) кожухотрубчатыетеплообменники (жёсткого типа; с линзовым компенсатором на корпусе; с плавающейголовкой; с U-образными трубками);
б) теплообменники типа“труба в трубе”;
в) подогреватели спаровым пространством (рибойлеры);
г)конденсаторы воздушногоохлаждения.
Теплообменные аппаратысоставляют исключительно многочисленную группу теплосилового оборудования,занимая значительные производственные площади и превышая зачастую 50% стоимостиобщей комплектации в теплоэнергетике, химической и нефтеперерабатывающейпромышленности и ряде других отраслей. Поэтому правильный выбор теплообменниковпредставляется исключительно важной задачей.
К настоящему временисреди используемого теплообменного оборудования можно выделить два наиболеераспространенных типа аппаратов — кожухотрубные и пластинчатые.
Кожухотрубчатыетеплообменники в настоящее время наиболее широко распространены, по некоторымданным они составляют до 80% от всей теплообменной аппаратуры.
Трубчатые теплообменникиводят таким образом, чтобы во всех секциях находилось примерно одинаковое числотруб.
Вследствие меньшейплощади суммарного поперечного сечения труб, размещенных в одной секции, посравнению с поперечным сечением всего пучка труб скорость жидкости в трубномпространстве многоходового теплообменника возрастает (по отношению к скорости водноходовом теплообменнике) в число раз, равное числу ходов. Так, вчетырехходовом теплообменнике скорость в трубах при прочих равных условиях вчетыре раза больше, чем в одноходовом. Для увеличения скорости и удлинения путидвижения среды в межтрубном пространстве служат сегментные перегородки.
Повышение интенсивноститеплообмена в многоходовых теплообменниках сопровождается возрастаниемгидравлического сопротивления и усложнением конструкции теплообменника. Этодиктует выбор экономически целесообразной скорости, определяемой числом ходовтеплообменника, которое обычно не превышает 5—6. Многоходовые теплообменникиработают по принципу смешанного тока, что, как известно, приводит к некоторомуснижению движущей силы теплопередачи по сравнению с чисто противоточнымдвижением участвующих в теплообмене сред.
Одноходовые имногоходовые теплообменники могут быть вертикальными или горизонтальными.Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшуюпроизводственную площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливаются обычномногоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене среддля того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности ихтемператур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.
Если средняя разностьтемператур труб и кожуха в теплообменниках жесткой конструкции, т. е. снеподвижными, приваренными к корпусу трубными решетками, становитсязначительной (приблизительно равной или большей 50° С), то трубы и кожухудлиняются неодинаково. Это вызывает значительные напряжения в трубныхрешетках, может нарушить плотность соединения труб с решетками, привести к разрушениюсварных шпов, недопустимому смешению обменивающихся теплом сред. Поэтому приразностях температур труб и кожуха, больших 50° С, или при значительной длинетруб применяют кожухотрубчатые теплообменники нежесткой конструкции,допускающей некоторое перемещение труб относительно кожуха аппарата.
Для уменьшениятемпературных деформаций, обусловленных большой разностью температур труб икожуха, значительной длиной труб, а также различием материала труб и кожуха,используют кожухотрубчатые теплообменники с линзовым компенсатором, у которыхна корпусе имеется линзовый компенсатор, подвергающийся упругой деформации.Такая конструкция отличается простотой, но применима при небольших избыточныхдавлениях в межтрубном пространстве, обычно не превышающих 6-105 н/м* (6 am).
1. Назначениеаппарата
Используюткожухотрубчатые теплообменники с линзовым компенсатором для уменьшениятемпературных деформаций, обусловленных большой разностью температур труб икожуха, значительной длиной труб, а также различием материала труб и кожуха,,у которых на корпусе имеется линзовый компенсатор, подвергающийся упругойдеформации.
В химическойпромышленности широко распространены тепловые процессы — нагревание иохлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся втеплообменных аппаратах. Теплообменные аппараты или просто теплообменникииспользуются практически во всех отраслях промышленности. Их основная задачаобеспечить температурный режим технологических процессов.
Кожухотрубныетеплообменники предназначены для нагрева или охлаждения, испарения иликонденсации различных жидких и парообразных сред в различных технологическихпроцессах.
Компенсаторы линзовыекруглые и прямоугольные предназначены для компенсации температурных удлиненийкруглых и прямоугольных газовоздуховодов (ПГВУ) и круглых трубопроводоввода-пар (ОСТ) тепловых электростанций и других предприятий потребителей. Работаютв условиях неагрессивных и малоагрессивных средах, включая трубопроводы, накоторые распространяются «Правила пара и горячей воды».
2. Областьприменения
Кожухотрубные теплообменникиприменяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена — теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотенквадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров.
Также теплообменникииспользуются на современных электростанциях. Назначение теплообменников –повысить тепловой КПД электростанции. Теплообменники значительно улучшаютэкономические и эксплуатационные характеристики электростанций. Применяя теплообменникис электростанциями можно подготавливать воду для обеспечения систем отопления игорячего водоснабжения (ГВС). Эффективны теплообменники для нагрева воздуха впомещениях и на различных производственных линиях.
Теплообменники несутважную функцию на атомных электростанциях (АЭС). Теплообменники применяют вэнергетической, нефтеперерабатывающей, химической, газодобывающей и другихотраслях промышленности.
Области применения:
• Химическаяпромышленность;
• Нефтехимическаяпромышленность;
• Пищевая промышленность;
• Целлюлозно-бумажнаяпромышленность;
• Холодильная техника;
• Компрессорные станции;
• Энергетика имашиностроение.
Функциональныевозможности:
• Водяные охладителигазов;
• Водо-водяные охладители;
• Масляно-водяныеохладители;
• Подогреватели;
• Конденсаторы ииспарители для всех типов химических веществ и химических процессов;
• Охладители машин имеханизмов;
• Масляные охладителигидравлических систем;
• Масляные или водяныеохладители силовых установок;
• В холодильныхустановках и системах кондиционирования воздуха.
Компенсаторы применяютсяв:
• нефтяной и газовойпромышленности
• химической,нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности
• коммунального хозяйства
• энергетическогокомплекса
• металлургии
• строительства
• судостроения
• военно-промышленного иавиа-космического комплексов
Преимущества:
• Малая стоимость
• Специфичностьиспользования
• Круглые и прямоугольные
• Не требует обслуживания
Характеристики
Диаметр от 100 мм до6000 мм
Давление от 0 до 1.6.МПа
Проводимая среда ОСТ,ПГВУ
Исполнение фланцевое,под приварку
Компенсирующаяспособность от 0 до 144 мм
Смещение осевое, угловое
Температура до 425°С
3. Материал.Технология изготовления
Предусмотрены различныеварианты материального исполнения конструктивных элементов теплообменныхаппаратов. Корпус аппарата изготовляют из сталей ВСтЗсп, 16ГС илибиметаллическим с защитным слоем из сталей 08X13,12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Длятрубного пучка применяют трубы из сталей 10, 20 и Х8 с размерами 25x2, >25x2,5 и 20x2 мм, из высоколегированных сталей 08X13, 08Х22Н6Т, 08Х18Н10Т,08Х17Н13М2Т с размерами 25x1,8 и 20x1,6 мм, а также трубы из алюминиевыхсплавов и латуни. Трубные решетки изготовляют из сталей 16ГС, 15Х5М, 12Х18Н10Т,а также биметаллическими с наплавкой высоколегированного хромоникелевого сплаваили слоя латуни толщиной до 10 мм.
Основной частью такоготеплообменника является пучок труб, закреплённых в трубных решётках. Трубкирасполагаются в трубном пучке в шахматном порядке или по вершинам треугольников.Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая – внутри корпусамежду трубками.
Теплообменники могут бытьвертикального горизонтального исполнения. Оба варианта установки одинаковошироко распространены и выбираются в основном по соображениям монтажа:вертикальные занимают меньшую площадь в цехе, горизонтальные могут бытьразмещены в сравнительно невысоком помещении. Материал изготовлениятеплообменников – углеродистая или нержавеющая сталь.
По оценкам экспертов наизготовление трубчатых теплообменников расходуется около трети всего металла,потребляемого машиностроением. Поэтому разработка методов интенсификациитеплообмена способствующих снижению массы теплообменников, экономии материалов,является актуальной проблемой, которой занимаются специалисты многих стран.Одним из наиболее простых и эффективных путей интенсификации теплообменаявляется изменение формы и режима движения теплоносителя.
В кожухотрубчатыхтеплообменниках для достижения больших коэффициентов теплоотдачи необходимыдостаточно высокие скорости теплоносителей: для газов 8...250 м/с, дляжидкостей не менее 1,5 м/с. Скорость теплоносителей обеспечивают припроектировании соответствующим подбором площади: сечения трубного и межтрубногопространства.
Если площадь сечениятрубного пространства (число и диаметр труб) выбрана, то в результате тепловогорасчета определяют коэффициент теплопередачи и теплообменную/ю поверхность, покоторой рассчитывают длину трубного пучка. Последняя может оказаться большедлины серийно выпускаемых труб. В связи с этим применяют многоходовые (потрубному пространству) аппараты с продольными перегородками в распределительнойкамере. Промышленностью выпускаются двух-, четырех- и шестиходовыетеплообменники жесткой конструкции.
Компенсатор линзовый предназначендля компенсации температурных изменений длины трубопроводов в осевом,П-образном, Г-образном, Z-образном и других шарнирных схемах компенсации,работающих в условиях неагрессивных и малоагрессивных сред, включаятрубопроводы. Эксплуатируется компенсатор линзовый при рабочем давлении до 16кгс/см2 и температуре до +3000С и может применяться в качестве компенсаторатеплового на теплотрассах.
Изготовление компенсаторалинзового осуществляется методом горячей и холодной штамповки на гидравлическихи механических прессах в зависимости от конфигурации, материала и толщиныстенки деталей. Для обеспечения качества компенсатора линзового используются неразрушающиеметоды контроля.
4. Эскиз
Основными элементамикожухотрубных теплообменников являются пучки труб, скрепленных при помощитрубных решеток и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Для крепленияконцов труб в трубных решетках применяются разные способы: развальцовка, сваркаили пайка.
Корпус (кожух)кожухотрубного теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одногоили нескольких стальных листов. Кожухи различаются способом соединения струбной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальнымдавлением рабочей среды и диаметром аппарата (но не тоньше 4 мм). К цилиндрическимкромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. Нанаружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.
Кожух и трубки связанытрубными решетками и поэтому нет возможности компенсации тепловых удлинений.Такие аппараты просты по устройству, но могут применяться только присравнительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50oС). Они имеют низкие коэффициентытеплопередачи вследствие незначительной скорости теплоносителя в межтрубномпространстве.
/>
Рис. — Схемакожухотрубного одноходового ТО
Линзовые компенсаторытипа КЛО
Линзовые компенсаторыпредназначены для компенсации температурных линейных расширений за счетперемещения сильфона (сжатия и растяжения) в осевом направлении. Компенсаторыизготавливают из сваренных между собой штампованных полугофров с U-образнымпрофилем, образующих осевую деталь компенсатора — сильфон. К крайним деталямкомпенсатора приварены патрубки.
/>
Пояснения к иллюстрации:
1 — Сильфон(гидроформованный)
2 — Патрубок
3 — Внутреннея обечайка
4 — Дренажная трубка
Вывод
Компенсационныеустройства сложны в изготовлении (мембранные, сильфонные, с гнутыми трубами)или недостаточно надежны в эксплуатации (линзовые, сальниковые). Болеесовершенна конструкция теплообменника с жестким креплением одной трубной доскии свободным перемещением второй доски вместе с внутренней крышкой трубнойсистемы. Некоторое удорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса иизготовления дополнительного днища оправдывается простотой и надежностью вэксплуатации.
Достоинствомкожухотрубчатого теплообменника является возможность получения значительнойповерхности теплообмена при сравнительно небольших габаритах и хорошоосвоенная; недостатком – более высокий расход материала по сравнению снекоторыми современными типами теплообменных аппаратов (спиральными,пластинчатыми теплообменниками и т. д.).
По оценкам экспертов наизготовление трубчатых теплообменников расходуется около трети всего металла,потребляемого машиностроением. Поэтому разработка методов интенсификациитеплообмена способствующих снижению массы теплообменников, экономии материалов,является актуальной проблемой, которой занимаются специалисты многих стран.
В большинстве процессовнефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемыхпри его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные врезультате того или иного технологического процесса целевые продукты илиполуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможныих хранение и транспорт.
На современномнефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, наизготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачиваетсядо 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокаяэффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива иэлектроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, иоказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтомуизучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению, методов ихрасчета необходимо уделять особое внимание.
Списоклитературы (информационных источников)
1. Лебедев П.Д., Щукин А.А. «Теплоиспользующие установкипромышленных предприятий. (Курсовое проектирование). Учеб. пособие дляэнергетических вузов. «Энергия», Москва, 1970.
2. Лебедев П.Д. «Теплообменные сушильные и холодильныеустановки». Учебник для студентов технических вузов. 2-е издание. «Энергия»,Москва, 1972.