Файл: Курсовой проект по дисциплине Технологическое оборудование.docx

Исходные данные:

- тип теплообменного аппарата: с U-образной трубной решеткой ТУ;

- назначение теплообменного аппарата: для подогрева сырья;

- диаметр кожуха внутренний, мм: 800;

- диаметр распределительной камеры внутренний, мм: 800;

- общая длина аппарата, мм 6967;

- расстояние между опорами, мм: 3000;

- длина трубного пучка, мм: 6000;

- число ходов по трубам: 2;

- расположение труб в трубных решетках: по вершинам треугольника;

- крепление труб в трубных решетках: развальцовка с канавками;

- наружный диаметр труб, мм: 20;

- толщина стенки трубок, мм: 2;

- температура в трубном пространстве, °С

а) на входе 140 °С;

б) на выходе 195 °С;

- температура в межтрубном пространстве, °С

а) на входе 260 °С;

б) на выходе 180 °С;

- среда в трубном пространстве: нестабильный гидрогенизат

- среда в межтрубном пространстве: стабильный гидрогенизат

4.1.1 Выбор конструктивных параметров некоторых элементов теплообменных аппаратов

Необходимые пояснения и результаты выбора конструктивных и расчетных параметров представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Пояснения и результаты выбора конструктивных и расчетных параметров

Наименование

параметра

Пояснения

Выбранный параметр

Давление условное, МПа

- в трубном пространстве

- в межтрубном пространстве

Выбирается по рабочему давлению и температуре.

- в трубном Р_t_рас= 2 МПа

- в межтрубном Р_t_рас=1,4 МПа

- в трубном Р_у = 2,5 МПа

- в межтрубном Р_у =2,5 МПа

Шаг расположения труб в трубных решетках, номинальный, мм

d_н,мм	16	20	25	38	57
t, мм	21	26	32	48	70

Исполнение по

материалу

М1-М24, Б1-Б10, выбирается в зависимости от температуры обрабатываемой среды, агрессивного воздействия среды, давления.

М1

Форма, диаметр поперечных перегородок, (зазор между перегородками и кожухом).

Число перегородок.

Расстояние между перегородками.

Наиболее широко в мировой практике применяют сегментные перегородки.

Для уменьшения утечек устанавливают ограничения на размер кольцевого зазора между перегородкой и кожухом аппарата. Рекомендуется диаметр перегородки принимать на 3-5 мм меньше диаметра кожуха.

- форма перегородок:

сегментная;

- зазор между перегородками и кожухом 10,5 мм;

- число перегородок 12 шт;

- расстояние между перегородками 250 мм.

Толщина перегородок

Минимальная толщина перегородок в зависимости от D выбирается по следующей схеме:

D, мм	≤ 400	500- 600	800-1000	≥1200
S_п, мм	6	10	12	14

D=800 мм,

по каталогу S=12 мм.

Диаметр и количество стяжек для перегородок

Диаметр стяжек для перегородок принимают: d = 12 мм при D ≤ 600 мм, d = 16 мм при D ≥ 800 мм.

Минимальное количество стяжек Z_с= 4 при D ≤ 1000 мм, Z_с = 8 при D = 1200 мм, Z_с = 10 при D ≥ 1400 мм.

D=800 мм,

d=16 мм,

Z_с=4.

Отбойники

При входе среды в межтрубное пространство теплообменника часто ставят отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера. Обычноего принимают на 10-20 мм больше, т. е. D = D₁ + (10…20) мм. Отбойник приваривают к дистанционным тягам или крепят хомутами (лапками) к трубам. Расстояние от отбойника до первой перегородки должно быть не менее 100 мм для обеспечения беспрепятственного распределения входящего потока среды.

Отбойник выполнен в виде круглой пластины.

D = 260 мм.

h=10 мм.

Маркировка

800 ТУ-2,5-М1/20Г-6-2-У по ТУ 3612-023-00220302-01 Теплообменный аппарат: испаритель с U-образными трубками, горизонтальный, с диаметром кожуха D=800 мм, рассчитанный на условное давление P_у=2,5 МПа, исполнение по материалу М1, с теплообменными трубами диаметром 20 мм и длиной 6 м, расположение трубок по вершинам треугольника, двухходовой по трубному пространству, климатическое исполнение У, с деталями для крепления теплоизоляции (И).

4.1.2 Расчет толщины стенки корпуса и трубной решетки

Исходные данные и результаты расчета приведены в таблицах 4.2 – 4.5. Расчет производится только для рабочих условий.
Таблица 4.2 – Определение толщины стенки кожуха ТОА типа ТУ

Параметр	Значение
Внутренний диаметр кожуха, D_вн мм	800
Материал стенки кожуха	09Г2С
Расчетная температура стенки кожуха, t_{рас кор} , °С	t_{рас кор}= max{t_раб; 20 °С}= max{280; 20 °С}= 280 °С
Коэффициент прочности сварного шва	=1
Допускаемое напряжение кожуха в рабочих условиях при расчетной температуре t_{рас кор}, МПа	[σ]_tкор=η∙σ_t^* = 1∙155=155 МПа
Расчетное внутреннее избыточное давление для рабочих условий, МПа	= 2,5 МПа
Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки без учета суммы прибавок С, S^ц_рас , мм

Таблица 4.3 – Значения прибавок к расчетной толщине

Наименование параметра	Значение
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм	С₁= 2
Прибавка для компенсации минусового допуска, мм	С₂= 0,8
Прибавка технологическая, мм	С₃ = 0
Сумма прибавок С₂ и С₃	С₂ + С₃= 0,8 + 0 = 0,8
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки, мм	С_Ц=С₁+ С₂ + С₃=2+ 0,8 + 0 = 2,8

Таблица 4.4 – Результаты определения исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки для рабочих условий

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки S^ц_гост= S_ГОСТ, мм

S_цгост=10 мм

Таблица 4.5 – Определение толщины стенки трубной решетки

Параметр	Значение
Материал трубной решетки	09Г2С
Расчетная температура трубной решетки t_р , °С.	t_p = 280
Допускаемое напряжение трубной решетки в рабочих условиях при расчетной температуре t_{рас кор}, МПа	155
Параметр	Значение
Расчетная толщина стенки трубной решетки S_{тр. реш} , мм

4.2 Подбор штуцера (вход продукта в кожух теплообменника)

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб, которые могут быть разъемными и неразъемными. По условию ремонтопригодности применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе, заполненном тепловой изоляцией, где длительное время не требуется осмотра соединения [15].

Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой трубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованные заодно с фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки бывают тонкостенные и толстостенные, что вызывается необходимостью укрепления отверстия в стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.

Конструкция штуцера зависит от Р_y и D_у, где Р_у – условное давление, D_у – условный диаметр.

Условное давление выбирается в зависимости от температуры среды и наибольшего рабочего давления, затем по условному давлению Р_у и условному диаметру Д_у выбирается тип штуцера.

Условный диаметр штуцеров в теплообменном аппарате можно определить по объемному расходу жидкой фазы по формуле

где V- объемный расход паровой или жидкой фазы, м³/с;

скорость движения паровой или жидкой фазы, м/с.

Скорость движения на входе в штуцер

= 1,5 м/с.

Общий расход продукта для одного теплообменного аппарата G=25 кг/с. Плотность ρ= 1041 кг/ м³. Отсюда объемный расход равен:

Определим диаметр штуцера:

Величину условного прохода штуцера из каталога принимаем

=250 мм.

Условное давление Р_y=2,5 МПа.

Общий расход продукта депропанизатора для одного теплообменного аппарата G = 14,5 кг/с. Плотность ρ = 650,5 кг/ м

³. Отсюда объемный расход равен:

Определим диаметр штуцера

Величину условного прохода штуцера из каталога принимаем

= 250 мм.

Условное давление Р_y= 2,5 МПа.

Присоединение фланцевых штуцеров к цилиндрическому корпусу, днищу или крышке производится с определенным вылетом, который зависит от Р_у, D_у, а также от толщины изоляции аппарата, если аппарат подлежит тепловой изоляции. Вылеты безфланцевых штуцеров не стандартизованы, их можно принимать по соответствующим длинам патрубков фланцевых штуцеров.

Принимаем вылет штуцера для

=250 мм на Р_y =2,5 МПа и с учетом изоляции равный Н_т=180 мм. Материал, из которого изготовлен штуцер – Ст3пс. Толщина S_т патрубка составляет 6 мм.

Таким образом, выбираем штуцер с D_у= 250 мм, Р_y= 2,5 МПа

Штуцер 250-2,5-2-3-180-Ст20 АТК 24.218.06-90.

Принимаем вылет штуцера для

= 250 мм на Р_y = 2,5 МПа и с учетом изоляции равный Н_т= 120 мм. Материал, из которого изготовлен штуцер – Ст3пс. Толщина S_т патрубка составляет 6 мм.

Таким образом, выбираем штуцер с D_у= 250 мм, Р_y= 2,5МПа

Штуцер 250-2,5-2-2-180-Ст3пс АТК 24.218.06-90.

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественного круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов [12].

Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: плоские приварные фланцы – при