Расчёт теплообменника типа «труба в трубе»

Таким образом, обеспечение противотока  в теплообменном аппарате является желательным, однако часто с целью упрощения конструкции аппарата и по некоторым другим причинам приходится применять и другие схемы теплообмена.

 

Обслуживание и чистка теплообменника

 

Эксплуатация

Наиболее часто отложения зависят от температуры и при фиксированной мощности теплообменник с развитой поверхностью имеет меньшую температуру металла, чем в случае применения гладких труб. Тем самым снижается скорость образования отложений. Продольный поток также не имеет застойных зон, в которых могут накапливаться отложения. Наконец, когда на поверхности накапливаются отложения (уменьшаются коэффициенты теплоотдачи), увеличивается эффективность оребрения и тем самым частично компенсируются потери в теплоотдаче.

Теплообменники «труба в трубе» имеют небольшую массу и легко устанавливаются при использовании минимального количества монтажного оборудования. Они не требуют больших фундаментов и часто могут быть присоединены к существующим устройствам. Стандартные опоры имеют болтовые отверстия со всех четырех сторон. Это означает, что многосекционные аппараты легко могут быть смонтированы вместе. Трубы кожухов, соединенные последовательно, нуждаются только в прокладках, а для соединения внутренних труб можно использовать простые поворотные переходники. Простота конструкции, использование болтовых соединений, легкость оребренных труб и минимальное число узлов обеспечивают минимум стоимости. Отдельные элементы могут быть легко и быстро заменены, особенно если имеется в наличии запасной элемент такого же типа. Это позволяет производить очистку загрязненного элемента, не останавливая всего технологического процесса.

Ремонт и очистку теплообменной  аппаратуры от накипи и загрязнений  проводят в сроки, предусмотренные  инструкциями. Перед началом работ полностью освобождают теплообменную аппаратуру от нефтепродуктов, открывают крышку, промывают трубное и межтрубное пространство водой, продувают паром и только после этого приступают к механической или химической очистке аппаратов .

 

2.2 Техника безопасности и охрана окружающей среды.

 

Теплообменные аппараты, как и многие другие технологические аппараты нефтепереработки, создают пожарную опасность двойке рода:

·во-первых, они сами, могут послужить местом возникновения развития пожара;

·во-вторых они существенно влияют на пожарную опасность связанных с ними технологических аппаратов и установок в целом.

Пожары и загорания на теплообменных  аппаратах возникают главным  образом в результате образования  неплотностей и повреждений при  чрезмерном повышении давления, температурных деформациях и коррозии.

Повышенное давление в теплообменном  аппарате может образовываться при  отсутствии контроля и регулирования  подачи нагреваемого продукта, образовании  пробок в трубках или в линии  за теплообменником из-за отложений, неправильной регулировке подачи теплоносителя.

Опасность потери герметичности особенно велика при пусках остановках теплообменных  аппаратов. Ори этом наиболее вероятны две причины повреждения аппарата: в результате теплового расширения несжимаемой жидкости элементов и неравномерных температурных деформаций аппарата. В теплообменном аппарате (например, в кожухотрубчатом теплообменнике), предназначенном для подогрева жидких продуктов, опасен горячий (т. е. с подогревом) пуск при случайно оставленных, закрытыми задвижках на концах теплообменных труб, заполненных жидким продуктом. Находящаяся внутри отключенных труб жидкость при нагревании значительно увеличивается в объеме.

Неравномерные температурные деформации в теплообменном аппарате возникают  в результате разности температур нагрева конструктивных элементов, жёстко связанных между собой. Для предотвращения опасных температурных деформаций ограничивают длину теплообменников, а при превышении безопасной длины в конструкции теплообменников предусматривают температурные компенсаторы (плавающая головка, сальниковое устройство, изогнутые трубки, линза).

В случае прохода через теплообменники высоковязких жидкостей с высокой  температурой нагрева (например гудроновые теплообменники типа «труба в трубе») наружные поверхности теплообменных аппаратов, нагретые выше температуры самовоспламенения нефти и нефтепродуктов, могут послужить источниками зажигания при утечке жидкостей, паров и газов в атмосферу. Тепловая изоляция не устраняет эту опасность, если фланцевые соединения или другие фасонные детали теплообменников оставлены неизолированными.

Компактное расположение большого количества теплообменных аппаратов в блоках, наличие фланцевых соединений и задвижек, быстро теряющих герметичность во время пожара, а так же наличие тепловой изоляции, пропитанной нефтепродуктами, способствует быстрому развитию пожара.

Фундаменты для теплообменных аппаратов выполняют из негорючих и огнестойких материалов. Если теплообменники размещают на металлических конструкциях, то их защищают термоизоляцией или обкладывают у основания бетоном. Теплообменники ограждают у основания сплошной негорючей стеной высотой не менее 0,3 м, или кольцевым кюветом на расстоянии 0,5 м от выступающих частей аппаратуры.

Поверх теплоизоляции теплообменника рекомендуется надевать кожух из листвой стали, окрашенной в светлый  цвет.

Периодически кожухи очищают от загрязнений, а при износе отдельных листов – заменяют новыми на работающем аппарате.

На пожарную опасность других технологических  аппаратов и установок в целом  теплообменные аппараты влияют прежде всего при ухудшении условий  теплообмена. В результате уменьшения теплоотвода и степени конденсации в технологических аппаратах и трубопроводах, связанных с теплообменниками, конденсаторами и холодильниками, значительно возрастает давление, что означает пожароопасное нарушение технологического режима.

Нормальной работы установки необходимо выполнять все требования Федерального Закона «Об основах охраны труд в РФ» и Федерального Закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

Основные правила безопасности ведения технологического процесса. Безопасная работа зависит от квалификации и внимательности работающего персонала, а также от строгого соблюдения производственных инструкций и требований настоящего регламента.

К работе допускаются только те лица, которые прошли необходимую подготовку, сдали экзамены на допуск к рабочему месту и прошли инструктаж по охране труда и промышленной безопасности, стажировку не менее 10 смен.

Все действующие инструкции и положения  по охране труда и промышленной безопасности должны быть в наличии, знание и их соблюдение персоналом должны постоянно контролироваться.

Работать разрешается только на исправном оборудовании, на исправных  коммуникациях, арматуре и приборах КИП.

Систематически  следить за исправностью и включением в работу приборов контроля и автоматики, систем сигнализации и автоматических блокировок. Постоянно следить за исправностью и работой сигнализаторов взрывоопасных концентраций. Не допускать загазованности территории и помещений.

Следить за работой насосов, своевременно устранять пропуски торцовых уплотнений и фланцевых соединений. Систематически контролировать работу предохранительных клапанов, Отбор проб осуществлять через специальные вентили с помощью герметизированных пробоотборников.

Оператор ТУ 5 разряда обязан.

Перед началом смены производить осмотр обслуживаемого блока, проверять:

- чистоту и порядок на рабочем  мест, в производственных вентиляционных  и складских помещениях;

- исправность оборудования, коммуникаций, аппаратов, приборов КИША;

- средства пожаротушения и газозащиты;

- наличие и исправность ограждений, предохранительных клапанов, блокировочных и сигнализирующих устройств, средств индивидуальнойи групповой защиты;

- состояние проходов, переходов,  площадок, лестничных устройств, 

Докладывать в течении смены  оператору ТУ 6 разряда: о выявленных неисправностях оборудования, приборов, электрических сетей и устройств, арматуры, коммуникаций и ограждений, а также о возникновении отклонений в режиме технологического процесса;

Обо всех случаях обнаружения неработоспособности предохранительных,блокировочных, сигнализирующих и других защитных и противоаварийных устройств, средств пожаротушения и индивидуальной защиты; Точно и своевременно выполнять распоряжения оператора ТУ 6 разряда и начальника.

- Прием  и сдачу смены производить  в строгом соответствии с инструкцией, во время смены заполнять режимный журнал;

- Предупреждать и устранять  отклонения процесса от заданного  режима;

- Контролировать соблюдение технологического  режима, качество сырья и вырабатываемых  продуктов по показаниям контрольно-измерительных приборов и результатам анализов;

- Вести контроль над учетом расхода сырья, материалов, топливно-энергетических ресурсов, вырабатываемых продуктов;

- Контролировать полноту отбираемых  анализов в течение смены, согласно  графике аналитического контроля;

При переработке нефти в атмосферу  могут выделиться вредные вещества - углеводороды, сероводород, оксид  углерода и азота, аммиак. Основными  источниками загрязнения являются резервуарные парки нефти нефтепродуктов, сливо-наливные эстакады, узлы оборотного водоснабжения и очистительные сооружения, факельные свечи для открытого сжигания газа, предохранительные клапана, системы вытяжной вентиляции. Свыше 40% от всего выброса приходится на долю резервуарных парков. Резкого снижения углеводородов можно добиться, применяю для хранения нефти и светлых нефтепродуктов резервуары с понтонами или с плавающей крышей. Это мероприятие позволяет понизить потерю углеводородов на 85-90%. Предотвращению потере углеводородов способствует также соединение резервуаров между собой газоуравнительными линиями. В этом случае пары вытисняемый из резервуара, в который закачивается продукт, вытесняются по уравнительной линии в соседний резервуар.

3. Специальный раздел .

Расчётный   раздел . Рассчитать необходимую поверхность теплообмена и число стандартных теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» для нагрева нефти дистиллятом дизельного топлива при следующих исходных данных:

дистиллят дизельного топлива G₁=16х10³ кг/ч, р =0,835, n₂₉₃=1,05х10^-6 м²/с, n₃₂₃=1х10^-6 м²/с

начальная температура Т₁^¢=538 К, Т₁^²=433 К

нефть G₂=86х10³ кг/ч, р =0,860, n₂₉₃=2х10^-6 м²/с, n₃₂₃=1,7х10^-6 м²/с

начальная температура Т₂^¢=393 К

Рассмотреть два варианта расчёта:

наружная и внутренняя трубы  гладкие;

наружная поверхность внутренней трубы оребренна.

 

Выбор конечной температуры

 

На основании практических данных примем конечную температуру дистиллята дизельного топлива = 433 К. Во всех последующих расчетах, за исключением специально оговоренных случаев, в обозначениях величин нижний индекс «1» относится к горячему теплоносителю (дистиллят – дизельное топливо), а нижний индекс «2» - к холодному теплоносителю (нефти).

 

 

 

 

3.1 Температура нефти на выходе их теплообменника и его тепловая нагрузка

 

Запишем уравнение теплового баланса аппарата в следующем виде:

G₁ · - q ) · η = G₂ · (q - q )

где q , q - энтальпия дистиллята дизельного топлива при начальной ( ) и конечной ( ) температурах, кДж/кг;

 q , q – энтальпия нефти при начальной ( ) и конечной ( ) температурах, кДж/кг;

η - коэффициент использования тепла, равный 0,93-0,97.

Из этого уравнения определим  энтальпию q нефти и затем ее конечную температуру ;

G_1, G₂ - расходы дизельного топлива и нефти соответственно.

Для дальнейших расчетов необходимо относительные плотности теплоносителей пересчитать с р на р для нефти и для дистиллята дизельного топлива.

Энтальпии теплоносителей определим  по ( Приложению 2):

q = 618 кДж/кг.

q = 342 кДж/кг.

q = 244 кДж/кг.

Подставляя найденные величины в уравнение теплового баланса, найдем q [кДж/кг]

q = G_1· (q - q ) · η = G₂ ·( q - 244)

q = + 244 = 292 кДж/кг.

Принимаем = 413 K при найденной энтальпии.

Определим тепловую нагрузку т/o (кДж/ч) и (кВт):

Q₁ = G₁ · (q - q ) η

Q₁ = 16000 · (618 – 342) · 0,95 = 4195000 кДж/ч

Q₁ = 4195000/3,6 = 1165000 кВт

 

3.2 Рассчитать редний температурный напор

 

Средний температурный напор ∆Тср в т/о определяем по формуле Грасгофа, имея ввиду, что в аппарате осуществляется противоток теплоносителей по схеме:

Дистиллят ДТ

(538 К)  ® (433 К)

Нефть

(413 К)  ¬ (393 К)

∆Тmax =125 ∆Tmin = 40

∆T_cp = ∆ Тmax - ∆Tmin

∆T_cp = K

 

 

3.3 Выбор т/o

 

Для того, чтобы выбрать один из теплообменных аппаратов типа «труба в трубе», следует ориентировочно определить необходимую поверхность т/о.

Примем на основании практических данных коэффициент теплопередачи  в т/о к = 290 Вт/(м² · К). Тогда предполагаемая поверхность т/о определяется по формуле:

F =

F = м²

Выбираем т/o «труба в трубе» ТТР7-2 с поверхностью т/o по наружному диаметру внутренней трубы (без ребер).