Реконструкция теплообменника

В сборнике дихлорэтана Е-2, объемом 50 м , поддерживается уровень в пределах 20 ÷ 80 %.

Из сборника  Е-2, насосом  Н-3 (1,2), дихлорэтан откачивается потребителю  или отправляется на хранение в отделение базисного склада. 

 

2.2. Проверочный расчет конденсатора

Конденсатор дихлорэтана  – кожухотрубчатый теплообменный аппарат, одноходовой по трубному пространству, с сегментными перегородками в межтрубном пространстве.

Диаметр аппарата - D=800 мм

Наружный диаметр труб - d =25 мм

Внутренний диаметр  труб - d =21 мм

Шаг размещения труб - t=32 мм 

Число труб - n=386

Число перегородок - х=5

Расстояние между перегородками - h=580 мм                                            

 

 

 

Рисунок 12.  Схема конденсатора ДХЭ

Таблица 2.1.

Исходные данные

Межтрубное  пространство:	Трубное пространство:
вода	пары дихлорэтана
	-

                   

Определяем среднюю  разность температур при противоточном  движении теплоносителей

102                         102

 35                           20

где   t=102 C – температура конденсации паров ДХЭ

Рассчитываем среднюю  температуру и среднюю разность температур

, тогда 

Находим массовый расход воды

где   - плотность воды при температуре ;  

         - объемный расход воды, м /с;

           ( приложение 2)(12))

Количество теплоты, принятое водой

где   - удельная теплоемкость воды при температуре ; 

         (приложение 10)(12))

           

 

Массовый расход продукта

где   - удельная теплота конденсации ДХЭ при температуре ;

         (ПРИЛОЖЕНИЕ 10)(12))

Действительное число  при движении воды

где   - скорость потока воды, м/с;

         - наружный диаметр трубки, м;

         - коэффициент динамической вязкости при температуре 35 С;

         (ПРИЛОЖЕНИЕ 3)(12)

где   - объемный расход воды, м /с

        - приведенное сечение, м

В межтрубном пространстве с поперечными перегородками  расчет ведут по приведенному сечению:

где   - площадь межтрубного пространства, м ;

         - расстояние между поперечными перегородками, м;

         - коэффициент, учитывающий сужение сечения ввиду наличия труб

где   - внутренний диаметр кожуха, м;

         - число труб

где   - шаг труб, м;

        - наружный диаметр труб, м

Приведенная длина пути теплоносителя между перегородками  определяется по формуле:

где   - расстояние между поперечными перегородками, м;

        - высота вырезанного сегмента, м

Скорость теплоносителя  в межтрубном пространстве

- режим турбулентный

В случае наличия сегментных перегородок 

(12)

где   - для кожухотрубчатых теплообменников с перегородками (12)

         (8)

Коэффициент теплоотдачи  воды в межтрубном пространстве

где   - удельная теплопроводность при температуре 35 С;

         (ПРИЛОЖЕНИЕ 12)(12))

 

При конденсации пара внутри горизонтальных труб расчет коэффициента теплоотдачи осуществляется по методике [5]

Критерий  для паров ДХЭ выражается через линейную плотность орошения:

где   - плотность орошения

        - коэффициент динамической вязкости ДХЭ при 102 С;

        (ПРИЛОЖЕНИЕ 3)(12))

где   - периметр поверхности, по которой движется пленка, м

- режим переходный

В случае конденсации  внутри горизонтальных труб

где   - при конденсации ДХЭ (12);

        - поверхностное натяжение ДХЭ при температуре ;

        (12);

        - длина трубы, м;

        - ускорение свободного падения, м/с ;

        - плотность пара при температуре

где   М - мольная  масса ДХЭ; 

        (12);

Коэффициент теплоотдачи  ДХЭ в трубном пространстве

где   - удельная теплопроводность ДХЭ при температуре ;

          (ПРИЛОЖЕНИЕ 12)(12));

 

Сумма термических сопротивлений  стенки труб из стали Ст 20 и загрязнений со стороны воды и пара (12)

 

Коэффициент теплопередачи

Находим расчетную поверхность  теплообмена

Поверхность теплообмена  установленного конденсатора, согласно паспортным данным, составляет 182 м . Запас составляет 11%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ  И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ  ОТ КОРРОЗИИ

 

3.1. Требования  к материалам

Качество и свойства материалов, используемых для ремонта теплообменника, должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и быть подтверждены сертификатами предприятий поставщиков.

К материалам, выбираемым для изготовления деталей аппаратов, предъявляется ряд требований.

Коррозионная  стойкость

В зависимости от скорости коррозии различные стали и сплавы по отношению к определенной среде классифицируются по десятибалльной шкале (ГОСТ 13819—68) как совершенно стойкие, весьма стойкие, стойкие, пониженно-стойкие, малостойкие и нестойкие.

Детали аппаратов должны обладать необходимой стойкостью против коррозии, обеспечивающей срок их службы не менее чем в течение 5—8 лет.

Прочность

Стали и другие металлы, и сплавы для аппаратуры должны иметь  предел прочности (временного сопротивления) и предел текучести, обеспечивающие надежную работу аппаратов под внутренним давлением, ветровой и другими нагрузками, когда явление ползучести практически можно не принимать во внимание.

Ударная вязкость

Значения ударной вязкости характеризуют  вязкостные свойства металла и особенно важны для оценки возможности хрупкого разрушения элементов оборудования при низких температурах и ударных нагрузках, в результате старения металла и развития в нем явления тепловой хрупкости. Наряду с этим показатели ударной вязкости позволяют косвенно судить и о качестве металла.

Теплоустойчивость

Потеря работоспособности и даже разрушение оборудования, эксплуатируемого под внутренним давлением при высоких температурах, возможны в результате постепенного, более или менее равномерного по длине аппарата увеличения диаметра с одновременным уменьшением толщины стенки. Причиной этого является свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при высоких температурах под воздействием постоянной нагрузки (ползучесть). Способность металла противостоять развитию ползучести, называемая теплоустойчивостью, оценивается по результатам длительных испытаний показателями длительной прочности или ползучести.

Тепловая хрупкость  и разупрочнение

В результате длительного пребывания при повышенных температурах некоторые стали, теряют свои исходные значения вязкости, пластичности и прочности, что связано, прежде всего, с изменениями кристаллической решетки и микроструктуры стали. Указанное явление потери вязкости и пластичности получило название «тепловой хрупкости». Подобные изменения свойств сталей крайне нежелательны и опасны, так как могут привести к разрушению оборудования во время эксплуатации и при ремонтах. Поэтому к материалам обязательно предъявляется требование достаточной стабильности механических свойств и структуры в процессе длительного воздействия рабочих температур.

Пластичность

Кроме прочности, металл должен обладать достаточно высокой пластичностью, оцениваемой показателями относительного удлинения и поперечного сужения. Это требование обусловливается тем, что стальной прокат при изготовлении из него сборочных элементов и деталей аппаратуры, а также при сборке и монтаже аппаратуры и трубопроводов подвергается пластической деформации (штамповка днищ, гибка листа, развальцовка труб и т. д.), выдержать которую без разрушения хрупкий металл не способен.

Свариваемость

Подавляющее большинство аппаратов  изготовляют и монтируют с помощью сварки, поэтому металл должен обеспечивать возможность создания надежных сварных соединений, у которых механические и физико-химические свойства одинаковы со свойствами основного металла или весьма близки к ним.

В теплообменнике позиции  Т-4 происходит конденсация паров  дихлорэтана. Рабочая температура теплообменника в межтрубном пространстве от +20 С  до +35 С, в трубном пространстве  +102 С.

Исходя из этих условий, применяем материал основных элементов:

   - кожух, трубные  решетки, днища, перегородки –  сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89 (температура  использования материала от -70 С  до  +200 С);

   - теплообменные  трубы  – сталь 20   ГОСТ 1050-88 (температура использования материала от -30 С  до  +400 С).

3.2. Защита от коррозии

С наружи теплообменник  покрывается химически стойким  покрытием:

   - грунт ХС-010  ГОСТ 9355-81 – 2 слоя;

   - эмаль ХС-785  ГОСТ 7313-75;

   - лак ХС-784  ГОСТ 7313-75.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ  И  ПРОЧНОСТНЫЕ  РАСЧЕТЫ

 

       4.1. Общие данные

     Расчётная температура

        Допускаемое напряжение для стали 09Г2С при 200 С

; [7]       ; [7]

        Предел текучести при 20

(таб.9;2)

допускаемое напряжение при испытании

       Модуль продольной упругости при 102

[7]

        Коэффициент линейного расширения при температуре 20÷200

[7]                         

      Гидростатическое давление

       где  -высота камеры нагревания, м

             -плотность воды при н.у,

По межтрубному пространству:

                                                             

По трубному пространству:

Расчетное давление

По межтрубному пространству:

Сравним с  , т.к. , то

По трубному пространству:

Сравним с  :  , т.к. , то

Давление гидроиспытания

Здесь     ; [7]

        Тип сварки прочностных швов

Вид сварного шва –  стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. Коэффициент прочности сварного шва, .