Реконструкція теплообмінника в цеху N2 ЗАТ Каустик з метою підвищення ефективності

Міністерство Освіти Російської Федерації

Уфімський Державний Нафтовий Технічний Університет

Стерлітамацький Філія

Кафедра "Обладнання

нафтохімічних заводів "

До захисту допущена

Зав. кафедрою, член кореспондент

рецензент АН РБ, д.т.н., професор

Реконструкція теплообмінника в цеху N2 ЗАТ "Каустик" з метою підвищення ефективності

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Дипломник М.М. Ісхаков

Керівник. А.Т. Гільмутдінов

Стерлітамак 2001

Реферат

Пояснювальна записка проекту містить 115 аркушів тексту, 8 рисунків, 23 таблиці, 27 найменувань джерел літератури.

Дипломний проект присвячений розробці конструкторської кожухотрубчасті теплообмінного апарату, замість існуючого в даний час конденсатора хлору.

Розроблені робочі креслення на виготовлення теплообмінного апарату. Зроблено механічний розрахунок основних вузлів теплообмінного апарату.

Розглянуто питання контролю та автоматизації технологічного процесу, заходи з безпеки експлуатації обладнання, проведено економічне обгрунтування реконструкції.

Результати роботи можуть бути використані для практичного застосування на виробництві.

Зміст

Завдання

Реферат

Введення

1 Літературний огляд

1.1 Систематизація і критична оцінка опублікованих

вітчизняних і зарубіжних робіт з теплообмінним апаратам

1.2 Розвиток процесу отримання рідкого хлору, його варіанти

1.3 Аналіз та критична оцінка роботи устаткування

відділення рідкого хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик"

1.4 Удосконалення обладнання відділення

рідкого хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик"

1.5 Патентні опрацювання конструкцій змієвикових випарників

2 Обгрунтування вибору теми проекту

3 Технологічна частина

3.1 Опис реконструюється схеми відділення

конденсації і її апаратурне оформлення

3.2 Підготовка вихідних даних для технологічних розрахунків

3.3 Розрахунок теплового навантаження конденсатора

3.4 Розрахунок гідравлічного опору

кожухотрубчасті теплообмінника

4 Механічна частина

4.1 Вибір конструкційних матеріалів для проведення реконструкції

4.1.1 Таблиці хімічного складу і механічних

властивостей конструкційних матеріалів

4.2 Розрахунок на міцність елементів конденсатора

4.2.1 Розрахунок на міцність циліндричної обичайки

4.2.2 Розрахунок фланцевих з'єднань

4.2.3 Розрахунок трубної решітки

4.3 Основні вказівки з ремонту та монтажу обладнання

відділення конденсації

4.4 Методи відновлення трубок і трубних решіток

5 Автоматизація та управління технічними системами

5.1 Автоматичний контроль

5.1.1 Вибір і обгрунтування параметрів контролю

5.1.2 Вибір і обгрунтування засобів контролю

5.2 Автоматичне регулювання

5.2.1 Вибір і обгрунтування параметрів, керуючих

впливів і схем65

5.2.2 Вибір і обгрунтування засобів регулювання

5.3 Сигналізація та блокування.

5.3.1 Вибір і обгрунтування параметрів попереджувальної і

аварійної сигналізації

5.3.2 Вибір і обгрунтування засобів попереджувальної сигналізації

5.4 Зведена специфікація засобів автоматизації

6 Безпека і екологічність проекту

Введення

6.1 Безпека проекту

6.1.1 Загальна характеристика небезпек проекту

6.1.2 Безпека виробничої діяльності

та заходи щодо її забезпечення

6.2 Санітарно-технічні заходи

6.2.1 Освітлення

6.2.2 Вентиляція

6.2.3 Опалення

6.2.4 Побутові приміщення

6.2.5 Пільги для працюючих

6.3 Екологічність проекту

6.3.1 Характеристика джерел екологічної небезпеки

6.3.2 Викиди, їх склад, кількість та вплив на навколишнє середовище

6.3.3 Водопостачання виробництва і каналізація, норми витрати води

6.4 Безпека і екологічність проекту в надзвичайних ситуаціях

7 Економічна част

7.1 Розрахунок виробничої програми

7.2 Розрахунок капітальних вкладень

7.3 Розрахунок показників по праці та заробітної плати

7.3.1 Розрахунок річного фонду заробітної плати

7.3.2 Розрахунок річного фонду заробітної плати для ІТП

7.3.3 Розрахунок витрат на утримання та експлуатацію

обладнання та цехових витрат

7.4 Розрахунок собівартості продукції

7.5 Обгрунтування економічної ефективності

проектного рішення

8 Висновок

Список використаних джерел

Відомості специфікацій

Введення

В даний час, як і раніше, нафтохімії та хімії неорганічних сполук надається велике значення. Хімічна продукція широко використовується в народному господарстві. У зв'язку з обмеженістю природних ресурсів і погіршенням екології підвищуються вимоги, які пред'являються до хімічної продукції.

Для виконання цих вимог проводиться інтенсифікація виробництва, зменшуються витрати на виробництво, поліпшуються властивості продукції і зменшуються їх шкідливі властивості.

Для отримання високоякісної продукції впроваджуються нові розробки, використовуються наукові і технічні нововведення, проводиться реконструкція обладнання.

У перспективи розвитку виробництва закладаються наступні вимоги: мало-і безвідходне виробництво, зменшення витрат, отримання нових з'єднань і т.д.

Цех N 2 ЗАТ "Каустик" випускає хлор рідкий, абгази конденсації хлору.

Хлор рідкий випускається відповідно до ГОСТ 6718 вищого і першого сортів.

Рідкий хлор - хімічна формула "С1 _2", рідина бурштинового кольору з різким задушливим запахом. Чистий газоподібний хлор при тиску 0,1 МПа і температурі мінус 34,05 ° С зріджується.

Рідкий хлор аналізують, пропускаючи пробу парів хлору через поглинач з розчином відновника, в приладі, обладнаному бюреткою для збирання непоглощенних домішок "нехлора".

За прирости поглинача і обсягом "нехлора" розраховують вагу. % С1 _2. Нехлор далі аналізують на вміст СО _2, О _2, Н _2.

Абгази конденсації хлору за своїм складом повинні відповідати наступним вимогам:

Вміст хлору,% не менше 65;

Вміст водню, I не більше 4;

Зміст інертних газів інше.

Абгазний хлор використовується всередині об'єднання в суміші з електролітичним.

У таблиці 1 наведено характеристику сировини, матеріалів і напівпродуктів.

Хлор знаходить широке застосування в різних галузях народного господарства. Хлор застосовується у виробництві отрутохімікатів - ДДТ, гексахлорана, хлорофосу, металлілхлоріда та інших речовин, які застосовуються для боротьби з шкідниками сільського господарства - знищення бур'янів.

Хлор застосовується у виробництві кольорових і рідкісних металів, цинку, титану, у виробництві сильних розчинників, барвників, синтетичних миючих засобів, лікарських засобів.

Крім того, хлор вживається в текстильній промисловості для відбілювання тканин, в паперовій промисловості для відбілювання целюлози та паперу. Застосовується хлор для хлорування води.

Таблиця 1 - Характеристика сировини, матеріалів і напівфабрикатів.

1 Літературний огляд

1.1 Систематизація і критична оцінка опублікованих вітчизняних та зарубіжних робіт з теплообмінним апаратам

У вітчизняній і зарубіжній технічній літературі об'ємно розглядаються теплообмінні процеси і апарати, їх здійснюють.

У більшості процесів нафтопереробної промисловості використовується нагрівання вихідної сировини, а також застосовуваних при його переробці розчинників, реагентів, каталізаторів і т.д.

Отримані в результаті того чи іншого технологічного процесу цільові продукти або напівфабрикати зазвичай потрібно охолоджувати до температури, при якій можливі їх зберігання і транспортування.

На сучасних нафтохімічних і хімічних підприємствах, де здійснюється глибока переробка хімічної сировини, на виготовлення апаратів, призначених для нагріву та охолодження, витрачається до 30% загальної витрати металу на всі технологічні установки. Висока ефективність роботи подібних апаратів дозволяє скоротити витрату палива і електроенергії, що витрачається на той чи інший процес, і має суттєвий вплив на його техніко-економічні показники. Тому вивченню пристрої та роботи даних апаратів, а також освоєння методів їх розрахунку приділяється особлива увага.

В апаратах, де йде нагрівання або охолодження, відбувається теплообмін між двома потоками, при цьому один з них нагрівається, інший охолоджується. Тому їх називають теплообмінними процесами незалежно, що є цільовим призначенням апарату: нагрівання або охолодження, які потоки обмінюються теплом, чи відбувається при цьому тільки нагрів або охолодження або ж теплообмін супроводжується випаровуванням або конденсацією.

Стосовно до хімічної і нафтохімічної промисловостям, теплообмінні апарати класифікуються за такими основними ознаками:

1) спосіб передачі тепла;

2) призначення.

У залежності від способу передачі тепла апарати діляться на наступні групи.

1) Поверхневі теплообмінні апарати, в яких передача тепла між теплообменівающіміся середовищами здійснюється через поверхню, що розділяє ці середовища.

2) Апарати змішання, в яких передача тепла між теплообменівающіміся середовищами здійснюється шляхом їх зіткнення. Для виготовлення теплообмінних апаратів змішання, потрібно, як правило, менше металу; крім того, в багатьох випадках вони забезпечують більш ефективний теплообмін. Однак, незважаючи на ці переваги, апарати змішання часто не можна використовувати внаслідок неприпустимість прямого зіткнення теплообменівающіхся потоків.

У залежності від призначення апарати діляться на наступні групи.

1) Теплообмінники, в яких один потік нагрівається за рахунок використання тепла іншого, одержуваного в процесі і що підлягає охолодженню. У таких теплообмінниках нагрів одного і охолодження іншого потоку дозволяє скоротити витрату підводиться ззовні (скоротити витрату палива, що гріє водяної пари і т.д.) охолоджуючого агента.

До цієї групи відносяться теплообмінники для нагріву нафти на нафтопереробних установках, здійснюваного за рахунок використання тепла відхідних з установки дистилятів, залишку, а також проміжного циркуляційного зрошення. Сюди відносяться також котли-утилізатори, де отримують водяний пар за рахунок використання тепла нафтопродуктів, димових газів або каталізатора на установках каталітичного крекінгу. До цієї групи належать і регенератори холоду.

2) Нагрівачі, випарники, кип'ятильники, в яких нагрів або нагрів і часткове випаровування здійснюється за рахунок використання високотемпературних потоків нафтопродуктів і спеціальних теплоносіїв (водяна пара, розчини неорганічних елементів і т.д.).

У таких апаратах нагрівання чи випаровування одного середовища є цільовим процесом, тоді як охолодження гарячого потоку є побічним і обумовлюється необхідністю нагріву вихідного холодного потоку.

Прикладом апаратів цієї групи можуть служити нагрівачі сировини, що використовують тепло водяної пари, кип'ятильники, при яких в низ ректифікаційної колони підводиться тепло, необхідне для ректифікації.

3) Холодильники і конденсатори, призначені для охолодження рідкого потоку або конденсації і охолодження парів з використанням спеціального охолоджуючого агента (вода, повітря, випаровується аміак, пропан та ін.) Охолодження і конденсація в цих апаратах є цільовими процесами, а нагрівання охолоджуючого агента - побічним. До таких апаратів відносяться холодильники і конденсатори будь-якої хімічної і нафтохімічної установки, призначені для охолодження та конденсації одержуваних продуктів.

При регенерації тепла того чи іншого продукту його остаточне охолодження до температури, необхідної для безпечного транспорту і зберігання, як правило, завершується холодильниках.

4) Кристалізатори, призначені для охолодження відповідних рідких потоків, що супроводжується виділенням кристалів речовини. Залежно від температурного режиму кристалізації в цих апаратах як охолоджуючого агента використовується вода і спеціальні холодоагенти у вигляді розсолів, що випаровуються аміаку, пропану і ін

У нафтопереробці кристалізатори використовуються при депарафінізації олив, знеоливнення парафінів і ін

Поверхневі теплообмінні апарати класифікуються залежно від їх конструкції. До їх числа відносяться наступні.

1) кожухотрубчасті апарати з нерухомими трубчастими гратами. Схема даного апарату представлена ​​на малюнку 1.1. Такі апарати мають циліндричний кожух 1, в якому розташований трубний пучок 2; трубні решітки 3 з розвальцьовані трубками кріпляться до корпусу апарата. З обох сторін теплообмінний апарат закритий кришками 4.

Апарат обладнаний штуцерами 5 для введення і виведення теплообменівающіхся середовищ; одне середовище йде по трубках, інша проходить через міжтрубний простір.

Істотна відмінність між температурами трубок і кожуха в цих апаратах призводить до більшого подовженню трубок в порівнянні з кожухом, що зумовлює виникнення напруги в трубній решітці 3, порушує щільність вальцювання труб в решітці і веде до потрапляння однієї теплообменівающейся середовища в іншу. Тому теплообмінники цього типу застосовують при різниці температур теплообменівающіхся середовищ, що проходять через трубки і міжтрубний простір, не більше плюс 50 ° С і при порівняно невеликій довжині апарату.

Очищення міжтрубного простору подібних апаратів складна, тому теплообмінники даного типу застосовуються в тих випадках, коли середовище, що проходить через міжтрубний простір, є чистою, неагресивної, тобто коли немає необхідності в чищенні.

Перевагою апаратів цього типу є простота конструкції і, отже, менша вартість,

2) Теплообмінні апарати з температурним компенсатором.

Схема цього теплообмінного апарату представлена ​​на малюнку 1.2. Даний теплообмінник має нерухомі трубні решітки і забезпечений пристроями у вигляді лінз для компенсації різниці в подовженні кожуха і труб, що виникає внаслідок відмінності їх температур.

Теплообмінний апарат з плаваючою головкою, зображений на малюнку 1.3. Є найбільш розповсюдженим типом поверхневих апаратів.

Рухома трубна грати дозволяють трубному пучку вільно переміщатися незалежно від корпусу. В апаратах цієї конструкції температурні напруги можуть виникати лише при істотній відмінності температур трубок.

У теплообмінних апаратах подібного типу трубні пучки порівняно легко можуть бути видалені з корпусу, що полегшує їх ремонт, чистку або заміну.

3) Теплообмінники з U-образними трубками. Схема теплообмінника класу представлена ​​на малюнку 1.4. Дані апарати мають одну трубну решітку, в яку ввальцовани обидва кінці U-подібних трубок, що забезпечує вільне подовження трубок при зміні температури. Недоліком таких апаратів є труднощі чищення внутрішньої поверхні труб, внаслідок якої вони використовуються переважно для чищення продуктів.

4) Теплообмінні апарати з подвійними трубками. У таких апаратах є дві трубні решітки, розміщені з одного боку апарату. В одній трубній решітці розвальцьована труби меншого діаметру, в іншій - труби більшого діаметру, нижні кінці яких заглушені. Така конструкція забезпечує незалежне подовження труб.

В апаратах цього типу одна з теплообменівающіхся середовищ надходить через штуцер у простір між кришкою і верхньої трубної гратами, звідки прямує вниз по трубках малого діаметру. По виході з них потік повертається по кільцевому простору між трубками, збирається в просторі між трубними решітками, а потім виводиться з апарата.

Залежно від типу і кількості перегородок описані вище кожухотрубчасті теплообмінники діляться на:

а) одноходові;

б) двоходові;

в) багатоходові.

Як у трубному, так і в міжтрубному просторі апарати з перегородками:

а) поздовжніми і поперечними в межтрубном просторі;

б) секторними;

в) сегментними;

г) кільцевими.

1 - корпус, 2 - трубки; 3 - трубна грати; 4 - кришка; 5 - штуцер.

Малюнок 1.1 - Теплообмінний апарат з нерухомими трубними гратами

Малюнок 1.2 - кожухотрубчасті теплообмінник з лінзовими компенсаторами 1

Малюнок 1.3 - кожухотрубчасті теплообмінник з плаваючою головкою

У залежності від розташування теплообмінних труб розрізняють теплообмінні апарати типів;

а) горизонтального;

б) вертикальне.

Ефективність кожухотрубчасті теплообмінник апаратів підвищується зі збільшенням швидкості руху теплообменівающіхся потоків і ступеня їх турбулентності. Для підвищення швидкості потоків теплообменівающіхся потоків, кращою обтічності поверхні теплообміну і створення більшої турбулентності потоків у кожухотрубчасті теплообмінних апаратах застосовують спеціальні перегородки. Збільшення швидкості руху рідини в трубках при незмінній продуктивності досягається розміщенням перегородок у кришках розподільчої камери теплообмінного апарату, у зв'язку з чим змінюється число ходів потоку рідини, що проходить через трубки. Схеми поперечних перегородок трубного пучка представлені на малюнку 1.5.

Таким шляхом можуть бути створені апарати з будь-яким числом ходів. За допомогою поздовжніх перегородок можна змінювати число ходів теплоносія в міжтрубному просторі, тим не менш такі перегородки не отримали широкого розповсюдження, так як важко забезпечити герметичність між перегородками і корпусом.

Найбільшого поширення набули сегментні перегородки. Важливо, щоб зазор між внутрішньою поверхнею кожуха і перегородкою був мінімальним, що дозволяє скоротити витік рідини проходить через міжтрубний про странство і не бере участь у теплообміні. Разом з цим зазор повинен бути достатнім для зручності вилучення пучка труб при його ремонті.

Малюнок 1.4-кожухотрубчасті теплообмінник з U-образними трубками

а) сегментна; ​​б) секторна; в) кільцева, р) поперечна в міжтрубному просторі.

Малюнок 1.5 - Типи перегородок

Залежно від характеру напрямку потоку, теплообмінні апарати діляться на:

а) прямоточні;

б) протиточні;

в) змішаного струму;

г) перехресного струму.

5) Теплообмінні апарати типу "труба в трубі" можуть мати жорстку конструкцію (рисунок 1.6) або бути розбірними (рисунок 1.7). У таких апаратах теплообмін відбувається між середовищами, що рухаються по трубках і кільцевому простору, яке утворюється між трубами великого і малого діаметрів. У апараті цього типу легше, ніж у кожухотрубчасті теплообмінних апаратах забезпечуються більш високі швидкості руху, що дозволяє мати більш високі коефіцієнти теплопередачі і значення теплонапруженості поверхні нагрівання. Крім того, в апаратах типу "труба в трубі" легше забезпечити противоток між теплообменівающіміся середовищами.

Теплообмінні апарати "труба в трубі" складаються з ряду послідовних елементів, утворених двома співвісними трубками різних діаметрів. Один з теплоносіїв рухається по внутрішній трубці, а другий - кільцевому просторі між зовнішньою поверхнею внутрішньої трубки і внутрішньою поверхнею зовнішньої трубки. Елементи з'єднуються між собою калачами, утворюючи плоский змійовик будь-якої необхідної довжини, прямі ділянки якого мають сорочки.

Зовнішні труби з'єднуються за допомогою патрубків з флан особами, чим створюється довгий шлях теплоносія в кільцевому просторі. Завдяки такому способу з'єднання окремих елементів апарат може бути легко демонтовано для очищення поверхні теплообміну і ремонту.

Окрім жорсткого з'єднання співвісних труб кожного елемента, при необхідності частого чищення всіх поверхонь застосовують роз'ємне з'єднання труб. У разі великих різниць температур обох теплоносіїв роз'ємне з'єднання труб здійснюється за допомогою сальників, що забезпечують компенсацію термічного розширення.

Достоїнством розглянутих теплообмінних апаратів є можливість створення високих і навіть однакових швидкостей обох теплоносіїв і, отже, великих коефіцієнтів тепловіддачі. До числа їх недоліків відносяться велика гідравлічний опір і значна металоємність.

6) Спіральні апарати. Своєрідним різновидом поверхневих теплообмінних апаратів є апарат, принциповий пристрій якого представлено на малюнок 1.8.

Спіральні теплообмінники складаються кожний із двох спіральних каналів, навитих з рулонного металу навколо центральної перегородки (керна), що розділяє порожнини входу одного і виходу іншого теплоносія. Спіралі утворюють канали прямокутного перерізу, бічними стінками яких служать дві ретельно ущільнювані торцеві кришки. Теплоносії рухаються по спіральних каналах в протилежних напрямках! один від центру до периферії, інший - від периферії до центру. Ширина прямокутного перерізу каналу буває від 0,2 до 1,5 м, висота - 8 і 12 мм; товщина рулонного листа залежить від робочого тиску апарату, поверхня теплообміну досягає 100 м ^2. Кришки апарату легко знімаються, так що канали доступні для механічного очищення. Завдяки постійному поперечному перерізу каналів по всій їх довжині і відсутності різких змін напрями спіральні теплообмінники можуть застосуються для нагрівання і охолоджування шламів, рідин з зваженими твердими домішками, а також високов'язких рідин. Достоїнствами розглянутих апаратів є також компактність і невеликі втрати тепла в навколишнє середовище. До їх недоліків відносяться висока вартість і затруднительность експлуатації (складність або навіть неможливість ремонту у разі появи течі в зварних швах, місцевої корозії і т.п.). В якості конденсаторів або підігрівачів рідин і газів конденсується парами спіральні теплообмінники не мають

переваг перед іншими апаратами і застосовуються рідко.

Малюнок 1.8 - Спіральний теплообмінний апарат

7) Пластинчасті теплообмінні апарати. Їх питома робоча поверхня досягає 1500 мг / м ^3. Апарат складається з набору стягуються гофрованих пластин, розділених еластичними прокладками, які утворюють ізольовані (герметичні) канали для зустрічного руху двох теплоносіїв. Пластини розташовуються з кроком 3-6 мм. Завдяки гофрованої формі пластин канали мають хвилясті стінки, що зумовлюють інтенсивну турбулізації потоку і, отже, зростання коефіцієнтів тепловіддачі, а також компактне розміщення поверхні теплообміну.

Існує безліч інших форм профілю пластин, часто спрямованих на збільшення їх жорсткості шляхом створення взаємних опор по безлічі рівномірно розташованих крапок.

Кожна пластина має велику прокладку по периметру, що обмежує канал для даного теплоносія, і два кутових отвори для його входу і виходу, а також дві малі прокладки, ізолюючі два інших кутових отвори для проходу другого теплоносія. Таким чином, в кутах стягнених пакету пластин утворюються чотири канали для роздільного входу і виходу обох теплоносіїв. Апарат може працювати не тільки з паралельним розподілом потоків по всіх каналах, при необхідності кожен потік може проходити послідовно через усі канали або окремі групи їх. Перевагою розглянутого апарату, крім компактності та інтенсивності теплообміну, є можливість повної його розбирання для механічного очищення. До числа недоліків відносяться необхідність дуже ретельного складання для герметизації великого числа каналів, а головне - обмежена теплова та корозійна стійкість доступних прокладкових матеріалів.

8) Нерозбірні апарати. До них відноситься пластинчастий апарат з хвилеподібними каналами і перехресним рухом теплоносіїв. Апарат збирається з штампованих листів з переривчастими овалообразнимі або напівсферичними виступами, при зварюванні яких утворюються канали різної хвилеподібної форми для потоків в поздовжньому і поперечному напрямках. Обсяг вартість апарата в кілька разів менше, ніж у кожухотрубного з тією ж теплопровідністю.

9) Широке застосування отримали пластинчато - ребристі теплообмінні апарати, компактність яких досягає 2000 мг / м ^3. Великими перевагами цих апаратів є: можливість здійснення теплообміну між трьома, чотирма, і більше теплоносіями; найменшу вагу і об'єм у порівнянні з іншими апаратами. За своєю будовою пластинчато-ребристі теплообмінники являють собою набір тонких пластин, між якими розташовуються тонкі гофровані листи, припаяні до кожної пластині. Таким чином, утворюються оребрені поверхні теплообміну, а теплоносій розбивається на ряд дрібних потоків. Апарат може бути зібраний з будь-якого числа пластин, а теплоносії можуть рухатися або прямотоком, або перехресним струмом. Ребра бувають:

а) гофровані;

б) рифлені;

в) переривчасті;

г) лускаті;

д) шіловідние.

10) Блокові апарати. Їх застосовують для теплообміну між хімічно агресивними рідинами, що не допускають контакту з доступними конструкційними матеріалами. У блоках прямокутного або круглого перерізу у взаємно перпендикулярних площинах просвердлені наскрізні вертикальні і горизонтальні канали діаметром 15 - 28 мм. Апарат складається з декількох блоків, торцевих і бічних металевих (зазвичай чавунних) кришок, затиснутих сталевими стяжками рух теплоносіїв можливо одно-та багатоходової.

11) Занурювальні апарати. Специфічною особливістю апаратів цього типу є наявність ємності - скриньки, в яку занурені теплообмінні труби. В ящику знаходиться охолоджуюча середа, наприклад вода. Апарати даного типу використовують як холодильників або холодильників - конденсаторів.

Розрізняють змієвикові та секційні апарати.

До недоліків апаратів подібного типу належить їх громіздкість і підвищена витрата металів. Крім того, у ящику вільне розтин для проходу води велике, внаслідок чого швидкість руху води мала і відносно малі коефіцієнти тепловіддачі від стінок змійовика до води.

12) Зрошувальні теплообмінники. Вони являють собою змійовик, що складається із сполучених двійниками труб, які розташовані горизонтальними і вертикальними рядами.

1.2 Розвиток отримання рідкого хлору, його варіанти

Сучасне виробництво рідкого хлору обладнано апаратами і пристроями, що забезпечують досить високі якісні показники, необхідні розробленими стандартами і технічними умовами на вироблену хлорне продукцію.

В даний час отримання рідкого хлору методом конденсації проводиться теплообмінними апаратами типу "елементний кожухотрубчасті".

З урахуванням недоліків, зазначених у розділі 1.1 цього дипломного проекту стосовно теплообмінним апаратів типу "елементний кожухотрубчасті", можливі варіанти заміни даних теплообмінників на апарати інших типів.

Підвищуються вимоги до одержуваному рідкому хлору, такі як:

а) зменшення частки вологи в хлоргазе.

б) збільшення коефіцієнта зрідження хлору.

1.3 Аналіз та критична оцінка роботи обладнання відділення рідкого хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик"

Аналіз роботи обладнання відділення рідкого хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик" показав, що є деякі недоліки в існуючому на даний час обладнанні.

Зокрема піддавався критичній оцінці конденсатор - теплообмінний апарат типу елементний кожухотрубчасті. Були зазначені такі недоліки:

а) велика площа, займана існуючими конденсаторами

б) велику кількість конденсаторів;

в) велика кількість металу на одиницю поверхні;

г) малий час між проведенням ремонтних робіт.

Також піддався аналізу існуючий випарник. До нього теж була пред'явлена ​​критична оцінка, зокрема вказувалися недоліки:

а) громіздкість;

б) підвищена витрата металу на одиницю устаткування;

в) мала швидкість руху води;

г) малий коефіцієнт тепловіддачі від стінок змійовика до води.

На підставі проведеного аналізу роботи обладнання відділення конденсації хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик" та отриманих критичних оцінок було запропоновано замінити існуючий в даний час теплообмінний апарат типу елементний кожухотрубчасті на новий - кожухотрубчасті вертикальний.

1.4 Удосконалення обладнання відділення конденсації цеху N 2 ЗАТ "Каустик"

В даний час у відділенні конденсації рідкого хлору цеху N2 ЗАТ "Каустик" встановлено обладнання, що дозволяє отримувати рідкий хлор у відповідності з ГОСТ 6718 і абгази конденсації.

У технологічну схему відділення входять;

а) ресівер хлору;

б) конденсатор типу елементний кожухотрубчасті;

в) абгазоотделітель;

г) танк рідкого хлору;

д) випарник змієвикових;

е) бак для розсолу.

Було вирішено провести удосконалення даного відділення шляхом його реконструкції і провести заміну існуючого конденсатора на кожухотрубчасті.

Заміна елементного конденсатора на кожухотрубчасті дозволило б зменшити кількість конденсаторів, що повинно вплинути на займаній відділенням площі, зменшити вміст вологи в сконденсировавшейся хлорі, збільшити час між ремонтами та т.д.Также було запропоновано замінити існуючий змієвикових випарник на прямокутний, що також при впровадженні його у виробництво дозволило б поліпшити якість одержуваного хлору. Удосконалення обладнання відділення заміною конденсатора на новий є темою для даного дипломного проекту.

1.5 Патентні опрацювання конструкцій змієвикових випарників

Змієвикових випарник для випаровування частини рідкого хлору, отриманого в результаті конденсації, являє собою теплообмінний апарат, в якому холодний теплоносій - рідкий хлор надходить в змійовик, гарячий теплоносій - вода знаходиться всередині ємності.

Були запропоновані різні авторські пропозиції і оформлені патенти з поліпшенням конструкцій випарника і змійовика для підвищення продуктивності парів, економії матеріалів.

Нижче наведена патентна опрацювання конструкцій змієвикових випарників за останні 15 років. Наведено завдання на проведення патентних досліджень і довідка про пошук.

Авторами [22] було запропоновано теплообмінний апарат, який містить корпус з коаксіально розташованими трубчастими змійовиками, що чергуються з циліндричними перегородками, що відрізняється тим, що, з метою інтенсифікації теплообміну, кожна з перегородок виконана складовою з частин, з'єднаних одна з одною з можливістю роз'єму і утворюють герметичні порожнини, заповнені теплоакумулюючих речовиною. Апарат за п. 1, яка відрізняється тим що перегородки виконані з еластичного матеріалу і мають контакт з змійовиками з утворенням спірального каналу для теплоносія.

Авторами [23] була запропонована конструкція теплообмінного змійовика, що містить вертикальні ряди горизонтальних труб, встановлених з можливістю взаємного переміщення і забезпечених поперечними опорними ребрами мають горизонтальні кромки і розміщеними в вертикальних площинах, що відрізняється тим, що, з метою підвищення надійності кожній трубі опорні ребра встановлені під кутом до її осі, а в суміжних рядах ребра нахилені в протилежні сторони.

Авторами [24] було запропоновано вертикальний теплообмінний апарат, який містить корпус з розміщеними усередині змієвикових трубами, навитими на порожнистий центральний сердечник і підключеними до колекторів, яка відрізняється тим, що, з метою підвищення економічності та надійності, над центральним сердечником розміщений другий сердечник, одним з торців прикріплений до внутрішньої стінки корпусу, що має радіальні отвори на бічній поверхні і забезпечений індивідуальним кожухом з днищем на одному торці приєднаним іншим торцем до внутрішньої стінки корпусу з утворенням камери, в якій розміщені додаткові трубчасті змійовики, навиті на другий сердечник, при цьому днищі кожуха забезпечено патрубком , введеним всередину центрального сердечника, а на бічній поверхні кожуха виконані отвори, розташовані під додатковими трубчастими змійовиками.

Авторами [25] було запропоновано теплообмінник, що містить корпус з розміщеними усередині нього пучком переплетених між собою полімерних трубок підключених до лунають і збирає колекторам і утворюють коаксіально встановлені порожнисті циліндри, що відрізняється тим, що з метою підвищення експлуатаційної надійності, трубки переплетені попарно з організацією в них протиточного руху та встановлені з утворенням автономних змієвикових секцій в кожному порожнистому циліндрі.

Теплообмінник по п.1, що відрізняється тим, що трубки в кожній секції розташовані з кроком, рівним 1,2 - 1,3 їх зовнішнього діаметра.

Авторами [26] було запропоновано випарник, що містить циліндричний корпус з соосно встановленим усередині нього з утворенням кільцевої порожнини порожнистим витискувачем з навитими змійовиком і патрубки для підведення та відводу низькотемпературного агента високого тиску і високотемпературного агента, один з яких розміщений по осі витискувача і повідомляється з кільцевою порожниною, яка відрізняється тим, що з метою підвищення ефективності теплообміну, він забезпечений патрубками для підведення та відводу парів низькотемпературного агента низького тиску, розташованими відповідно в нижній і верхній частинах витискувача, при цьому змійовик з'єднаний з патрубками для підведення та відводу високотемпературного агента, а патрубок для підвода парів низькотемпературного агента високого тиску розміщений по осі витискувача.

Випарник за п.1, який відрізнявся тим, що витискувач виконаний у вигляді циліндричної труби з навалидованной гвинтоподібних канавкою.

Авторами [27] був спроектований випарник, що містить корпус з патрубками відведення парогазової суміші та підведення конденсату, розташованим у його верхній частині, патрубком підведення гарячого теплоносія, розташованим у його верхній частині, плоскі вертикально встановлені теплообмінні елементи з трапеціедальним поздовжнім розтином та заглушеними верхніми торцями елементів і патрубком підведення охолоджуючого теплоносія, що відрізняється тим, що, з метою підвищення ефективності роботи шляхом інтенсифікації теплообміну, він додатково забезпечений похилими перегородками, встановленими одна над іншою з утворенням чергуються прорізів з протилежними бічними стінками теплообмінних елементів і конфузорно каналів між сусідніми перегородками, верхні поверхні перегородок забезпечені пористими накладками, а крок між сусідніми перегородками зменшується знизу вгору.

ЗАВДАННЯ

на проведення патентних досліджень

Найменування теми пошуку: Реконструкція відділення

конденсації рідкого хлору ЗАТ "Каустик"

Завдання патентних досліджень: Пошук конструкції теп лообменного апарату

Керівник дипломного проекту: А.Т. Гільмутдінов

Студент групи МОЗ-96-31 М.М. Ісхаков

Експерт (інформатор) патентного відділу Р.В. Ільясова

2 Обгрунтування вибору теми дипломного проекту

На підставі зробленого аналізу роботи обладнання відділення конденсації хлору цеху N 2 ЗАТ "Каустик" засуджена йому оцінки, було вирішено дати завдання на проектування реконструкції відділення у цьому дипломному проекті.

Було запропоновано провести проектування на заміну існуючого в даний час конденсатора хлору на новий теплообмінний апарат - кожухотрубчасті.

3 Технологічна частина

3.1 Опис реконструйованої частини схеми відділення конденсації і її апаратне оформлення

Технологічний процес отримання рідкого хлору складається з наступних стадій:

а) зріджування осушеного хлору в конденсаторах;

б) зберігання рідкого хлору;

в) випаровування рідкого хлору;

г) налив рідкого хлору в залізничні цистерни.

Зрідження осушеного хлору в конденсаторах проводиться таким чином: стислий до 0,3 МПа осушене хлоргаз з цеху діафрагмового електролізу подається на зріджування в конденсатор поз. 2. Хлоргаз надходить в трубне простір конденсаторів, а в міжтрубний простір подається розсіл-розчин хлористого кальцію з температурою мінус 28 ° С і тиском 0,4 МПа з аміачно-холодильного цеху. Сконденсировавшейся в трубному просторі рідкий хлор з абгазамі, що утворилися від неповного зрідження хлору, надходить в абгазоотделітель поз. 3, в якому рідкий хлор відокремлюється від абгазов конденсації.

Абгази конденсації, що містять не менше 65% хлору, подаються з верхньої частини абгазоотделітеля споживачам, а рідкий хлор самопливом зливається в танки поз. 8.

Зрідження ведеться таким чином, щоб вміст водню в абгазах не перевищувало 4% об'ємних. Регулювання вмісту водню в абгазах виробляється зміною витрати розсолу на конденсатори, тобто зміною температури зрідження, а також зміною тиску в системі.

Далі рідкий хлор надходить на зберігання. Рідкий хлор самопливом зливається в танк з абгазоотделітелей. Тиск в танку має бути від 0,03 до 0,05 МПа нижче, ніж у абгазоотделітелях.

Надмірний тиск, що створюється у танках вступникам рідким хлором, безперервно стравлюється в лінію абгазов конденсації і далі споживачеві. Для підготовки танків до ремонту передбачено стравлювання надлишкового тиску в лінію абгазов і далі на очищення від хлору у відділення корпусу 107 на абсорбцію.

Для забезпечення необхідного запасу зберігання рідкого хлору у відділенні встановлено 5 танків поз.8 ємністю по 125 куб.м. кожен.

Один з п'яти танків є резервним і не підлягає заповненню.

З танків рідкий хлор передавлюється за допомогою сухого азоту тиском 1,2 МПа на випарну станцію і на налив у залізничні хлорні цистерни. Контроль за надходженням рідкого хлору в танк здійснюється по приладу КВП. Наповнення танка рідким хлором проводиться по 1,25 кг рідкого хлору на 1 літр судини і становить 156 т.

Частина отриманого рідкого хлору відправляється на випаровування. Вузол випаровування призначений для випаровування хлору і подачі його внутризаводским споживачам.

Рідкий хлор з танків тиском азоту до 1,2 МПа подається у випарник поз.4. Випарник є вертикальний циліндричний апарат, заповнений водою. Усередині апарату розміщений змійовик, по якому проходить і випаровується рідкий хлор.

Температура води у випарник підтримується автоматично в межах не більше плюс 70 ° С вступникам гострою парою. Виходить з змійовика испаренной хлоргаз з температурою не більше плюс 65 ° С під тиском 0,4 МПа надходить споживачеві.

Після завершення всіх стадій переробки хлору рідкий хлор надходить на налив у залоз, нодорожние цистерни. Налив у залізничні цистерни повинен вестися відповідно до діючої інструкції з безпечної експлуатації цистерн, контейнерів (бочок) і балонів для рідкого хлору.

Готова цистерна для наповнення рідким хлором встановлюється на ваги. Башмаки встановлюються на рейки з обох сторін ваг в упор до коліс цистерни. Всі вентилі на верхньому люці цистерни повинні бути закриті. З боку залізничної колії повинні бути поставлені сигнали розміром 400x500 мм з написом "Стій, проїзд заборонений, проводиться налив цистерни".

Стрілку залізничної колії замкнути на замок.

Цистерну наповнюють через сифоновий вентиль. Маса нетто заповненої цистерни 46700 кг (при ємкості котла 38,1 куб.м.). При наповненні цистерни скидання абгазов проводиться через один із двох абгазних вентилів, до якого приєднаний абгазний трубопровід. Під час наливу тиск в цистерні не повинно перевищувати 0,7 МПа по манометру на цистерні. Після наливу цистерни необхідно провести перевірку герметичності запірних вентилів, запобіжного клапана і всіх фланцевих з'єднань. Перевірка проводиться аміаком. При виявленні пропусків вони повинні бути ліквідовані. Тільки після цього можна продовжувати налив цистерни. При виявленні несправності в заповненої цистерні рідкий хлор необхідно передавити назад в танк сухим азотом тиском 0,12 МПа.

Після закінчення наповнення цистерни абгазную і наливну лінії продути стисненим азотом зі скиданням на очищення абгазов. Всі вентилі на цистерні і на лініях закрити, від'єднати абгазную і зливну лінії. На вентилі цистерни і на лініях ставляться заглушки.

Обслуговуючий персонал цистерну повинен мати при собі протигази і надягати їх при наявності або можливе виділення газу. При наповненні цистерни при від'єднанні ліній, при встановленні заглушок на вентилях цистерни і на трубопроводах хлору роботу необхідно вести в протигазах і в рукавицях. Відповідальною особою за дотримання всіх правил при наповненні цистерни є старший апаратник відділення.

3.2 Підготовка вихідних даних для технологічних розрахунків

Для проведення технологічного розрахунку теплообмінного апарату у відділенні рідкого хлору ЗАТ "Каустик" необхідно визначити параметри вихідної сировини і одержуваних продуктів переробки.

Як гарячий теплоносій використовується хлоргаз, що надходить в трубне простір конденсатора.

В якості холодного теплоносія застосовується розчин хлористого кальцію.

З відділення діафрагмового електролізу електролітичний хлоргаз надходить у відділення конденсації рідкого хлору з наступними режимними параметрами:

а) температура, ° С 30

б) тиск, МПа 0,21

в) кількість хлоргаза надходить у конденсатор, м ³ / год 3340

У даному стані хлор має щільність:

r = 4,11 кг / м ³

На виході з конденсатора рідкий хлор має температуру мінус 26,7 ° С.

Коефіцієнт скраплення,% 79

Розсіл, вступаючи в конденсатор, має температуру мінус 30 ° С і нагрівається до температури мінус 27 ° С.

Розсіл подається під тиском, МПа 0,3

3.3 Розрахунок теплового навантаження конденсатора

Приймемо індекс "1" для гарячого теплоносія (хлоргаза), індекс "2" для холодного теплоносія (розсолу).

Середню температуру t _2, ° С, розсолу визначаємо згідно [19, с.214]:

t ₂ = 0,5 × (t _2n + t _2k), (3.1)

де t _2n - температура розсолу на вході, ° С;

t _2k - температура розсолу на виході, ° С.

t ₂ = 0,5 × [(-30) + (-27)] = -28,5 ° С.

Середню температуру хлоргаза, t _l, ° C, визначаємо згідно [19, с.214]:

t _l - t ₂ + dt _cp, (3.2)

Середню різницю температур при противотоке теплоносіїв dt _cp, ° C, визначаємо згідно [19, с.214]

dt _cp = (dt _б - dt _м) / ln (dt _б / dt _м), (3.3)

де dt _б - велика різниця температур, ° С;

dt _м - менша різниця температур, ° С.

Для визначення більшої і меншої різниць температур, розглянемо температурні переходи при теплопередачі

хлоргаз

+30 ---> -26,7

розсіл

-27 <--- -30

dt = 57 dt = 3,3

Відповідно приймаємо:

dt _б = 57 ° C dt _м = 3,3 ° C

Тоді середня різниця температур при противотоке складе:

dt _cp = (57 - 3,3) / ln (57 / 3,3) = 18,85 ° С

Середня температура хлоргаза складе:

t ₁ = -28,5 + 18,85 = -9,65 ° С

З урахуванням втрат холоду в розмірі 5%, теплове навантаження визначаємо згідно [19, С.45]:

Q = 1,05 × U ₁ × r ₁ × (H _lн - c ₁ × t _1к), (3.4)

де Q - теплова навантаження конденсатора, Вт;

U ₁ - об'ємна витрата хлоргаза, м ³ / год;

r ₁ - щільність хлоргаза при його середній температурі, кг / м ^3;

Н _1н - ентальпія перегрітого пара хлоргаза, Дж / ​​кг;

c _l - питома теплоємність хлоргаза, Дж / ​​(кг × £);

t _1k - кінцева температура хлору, С.

Згідно вихідних даних об'ємна витрата хлоргаза:

U ₁ = 3340 м ³ / год

Згідно з [2, С.10] щільність хлоргаза при його середній температурі складе:

р ₁ = 4,11 кг / м ^3.

Згідно з [2, С.10] ентальпія перегрітого пара хлоргаза складе:

Н _1н = 529000 Дж / ​​кг

Згідно з [2, С.12] питома теплоємність хлоргаза складе:

c _l = 355 Дж / ​​(кг × ° С)

Теплове навантаження конденсатора:

Q = 1,05 × 3340 × 4,1 × [52900 - 355 × (-26,7)] / 3600 = 231860,9 Вт

Масова витрата холодного теплоносія G _2, кг / с, визначили згідно [17, С.19]:

G ₂ = Q / с ₂ × (t _{2 k} - t _{2 h);} (3.5)

де Q - теплова навантаження конденсатора, Вт;

з ₂ - питома теплоємність розсолу, Дж / ​​(кг × ° С);

t _2k - температура розсолу на виході з конденсатора, ° С;

t _{2 h} - температура розсолу на вході в конденсатор.

Питома теплоємність розсолу з _2, Дж / ​​(кг × ° С), визначили згідно [2, С.15]:

з ₂ = 2706,74 Дж / ​​(кг × ° С)

G ₂ = 231860,9 / (2706,74 × [(-27) - (-30)]) = 28,56 кг / с

Масова витрата хлоргаза, G _1, кг / с, визначили згідно [19, С.216]:

G _l = U ₁ × r _1, (3.6)

де U ₁ - об'ємна витрата хлоргаза, м3 / год;

r ₁ - щільність хлоргаза при його середній температурі, кг / м ^3.

Об'ємна витрата хлоргаза взяли:

U ₁ = 3340 м ³ / год

Згідно з [2, С.10] щільність хлоргаза при його середній температурі складе:

р ₁ = 4,11 кг / м ³

Масова витрата хлоргаза складе:

G ₁ = 3340 × 4,11 / 3600 = 3,54 кг / с

Об'ємна витрата розсолу визначаємо згідно [16, С.216]:

U ₂ = G ₂ / p ₂ (3.7)

де G ₂ - масова витрата розсолу, кг / с;

р ₂ - щільність розсолу при температурі мінус 28,5 ° С.

Масова витрата розсолу визначили у формулі (3.5) справжнього диплома:

G ₂ = 28,56 кг / с

Визначимо варіанти теплообмінних апаратів згідно з ГОСТ 15118, ГОСТ 15120 і ГОСТ 15122.

Для цього взяли орієнтовно значення площі поверхні теплообміну, думаючи що, згідно з [12, С.47] коефіцієнт теплопередачі:

До _ор = 60 Вт / (м × ° С)

тобто прийнявши його таким самим, як і при теплообміні від газу до рідини.

Згідно [19, С.216] орієнтовна площа поверхні F _ор теплообміну в конденсаторі:

F _ор = Q / (К _ор × dt _ср) (3.8)

де Q - теплова навантаження конденсатора, Вт;

До _ор - значення орієнтовного коефіцієнта теплопередачі, Вт / (м × ° С);

t _сер - середня різниця температур при противотоке, ° С.

Теплове навантаження конденсатора визначили у формулі (3.4) справжнього диплома:

Q = 231860,9 Вт

Згідно [12, С.47] значення орієнтовного коефіцієнта теплопередачі від газу до рідини:

До _ор = 60 Вт / (м × ° С)

Середню різницю температур при противотоке теплоносіїв визначили у формулі (3.3) справжнього диплома:

dt _cp = 18,85 ° С

Орієнтовна площа поверхні теплообміну в конденсаторі:

F _op = 231860,9 / (60 × 18,85) = 215,6741 м ² = 216 м ²

Відповідно до ГОСТ 15118, ГОСТ 15120 і ГОСТ 15122 намітили найбільш оптимальні варіанти теплообмінних апаратів для отриманої площі теплообміну

де 1 - діаметр кожуха D _k, мм;

2 - діаметр труб, мм;

3 - число ходів;

4 - загальна кількість труб у штуках;

5 - площа теплообміну при довжині труби, зазначеної під індексом 9, м ^2;

6 - площа поперечного перерізу потоку у вирізі перегородок, м ^2;

7 - площа поперечного перерізу потоку між перегородками, м ^2;

8 - площа поперечного перерізу одного ходу по трубах, м ^2.

Зробили вибір теплообмінника з площею теплообміну, найбільш наближеною до орієнтовною, тобто:

F = 226 м ^2.

3.4 Розрахунок гідравлічного опору кожух-трубчастого теплообмінника

Швидкість руху гарячого теплоносія в трубах визначили згідно [12, С.68]:

W _тр = 4 × G _тр × z / (П × d × n × r _тр) (3.9)

де G _тр - масова витрата хлоргаза, кг / с;

z - число ходів;

d - внутрішній діаметр трубки, м;

n - кількість труб в пучку;

r _тр - щільність теплоносія, поточного в трубах, кг / м ^3.

Масова витрата хлоргаза, G _{m р,} кг / с, проходить в трубах, визначили у формулі (3.6) цього розрахунку:

G _{m р} = G ₁ = 28,56 кг / с

Число ходів в теплообміннику взяли згідно з ГОСТ 15120:

z = 1

Внутрішній діаметр трубки взяли згідно з ГОСТ 15120:

d = 0,021 м

Число труб в пучку взяли згідно з ГОСТ 15120:

n = 465

Щільність теплоносія, поточного в трубах, взяли згідно з ГОСТ 15120:

r _тр = 4,11

Швидкість руху гарячого теплоносія, W _тр, м / с:

W _тр = 4 × 28,56 × 1 / (3,14 × 0,021 × 465 × 4,11) = 3,35 м / с

Число Рейнольдса визначили згідно [12, С.13]:

Re = W _{т p} × d _е. × r ₁ / m, (3.10)

де W _{т p} - швидкість руху гарячого теплоносія в трубах, м / с;

d _е - еквівалентний діаметр, м;

r ₁ - щільність хлоргаза при його середній температурі, кг / м ^3;

m - динамічна в'язкість.

Швидкість руху гарячого теплоносія в трубах визначили у формулі (3.9) цього розрахунку:

W _тр = 3,35 м / с

Еквівалентний діаметр для кола діаметром d, м, визначили згідно [12, С.14]:

d _е = d (3.11)

де d - внутрішній діаметр трубки, м.

Відповідно до ГОСТ 15120 діаметр трубки d, м:

d = 0,021 м

Згідно [12, С.14] взяли:

d _е = 0,021 м

Щільність хлоргаза при температурі мінус 9, 65 ° С становить:

r ₁ = 4, 11 кг / м ³

Динамічна в'язкість хлоргаза m, Па × с, згідно [19, С.257] становить:

m = 0,0000117 Па × з

Число Рейнольдса:

Re = 3,35 × 0,021 × 4,11 / 0,0000117 = 24712,69

Отримане значення числа Рейнольдса показує, що рух газу в трубах є турбулентним.

У турбулентному потоці розрізняють три зони; для яких коефіцієнт тертя розраховують за різними формулами:

а) для зони гладкого тертя, коли:

2320 <Re <10 / е, (3.12)

б) для зони змішаного тертя, коли:

10 / е <Re <560 / о, (3.13)

в) для зони, автомодельний по відношенню до Re:

Re> 560 / о, (3.14)

Для зони гладкого тертя коефіцієнт тертя складе:

l = 0,316 / Re, (3.15)

Для зони змішаного тертя коефіцієнт тертя складе:

l = 0,11 × (е + 68 / Re), (3.16)

Для зони, автомодельний до числа Рейнольдса:

l = 0,11 × е (3.17)

У формулах (3.14) - (3.17) е є відносною шорсткістю і визначається згідно [12, С.14]:

е = D / d _е, (3.18)

де D - абсолютна шорсткість труби, м;

d _е - еквівалентний діаметр, м.

Згідно [12, С.14] для нових сталевих труб абсолютна шорсткість:

d _е = 0,00006 - 0,0001 м

Для розрахунку вибрали значення абсолютної шорсткості:

D = 0,0001 м

Відносна шорсткість труби становить:

е = 0,0001 / 0,021 = 0,0048

Для розрахунку коефіцієнта тертя вироблено:

10 / е = 10 / 0,0048 = 2083,33

560 / е = 560 / 0,0048 = 116666,66

Визначили порівняння, для коефіцієнта тертя:

l = 0,11 × (е + 68 / Re) (3.19)

Коефіцієнт тертя X склав:

l = 0,11 × (0,0048 + 68 / 24712,69) = 0,0008

4 Механічна частина

4.1 Вибір конструкційних матеріалів для проведення реконструкції

Для виготовлення обичайки конденсатора за умови, що теплообмінний апарат працює з неагресивним середовищем, вибрали металеві листи із сталі 16ГС ГОСТ 5520. Для виготовлення трубок застосували конструкційну вуглецеву якісну сталь 20 ГОСТ 914.

4.1.1 Таблиці хімічного складу і механічних властивостей конструкційних матеріалів

Хімічний склад сталі 16ГС наведено в таблиці 4.1.

Механічні властивості сталі 16ГС наведені у таблиці 4.2.

Таблиця 4.1 - Хімічний склад сталі 16ГС

Таблиця 4.2 - Механічні властивості сталі 16ГС

Х іміческій складу стали 20 наведено в таблиці 4.3

Механічні властивості стали 20 наведені в таблиці 4.4

Таблиця 4.3 - Хімічний склад сталі 20

Таблиця 4.4-Механічні властивості стали 20

4.2 Розрахунок на міцність елементів конденсатора

4.2.1 Розрахунок на міцність циліндричної обичайки

Робочий тиск в конденсаторі Р _раб, МПа, брали згідно з технологічними даними:

Р _раб = 0,3 МПа

Гідростатичний тиск стовпа рідини Р _р, МПа, визначили згідно [17, С.8]:

Р _р = r _рас × g × Н (4.1)

де r _рас - щільність розсолу при температурі мінус 28,5 ° С, кг / м ^3;

g - прискорення вільного падіння, м / с ^2;

Н - висота стовпа рідини, м.

Щільність розсолу при температурі мінус 25,5 ° С:

r _рас = 1270 кг / м ³

Прискорення вільного падіння:

g = 9,81 м / с ²

Висота стовпа рідини визначили як довжину труб:

Н = 6 м

Гідростатичний тиск у конденсаторі:

Р _р = 1270 × 9,81 × 6 = 74752,2 Па

Розрахунковий тиск:

Р _розр = Р _раб + Р _р,

Р _розр = 300000 + 74752 = 374752 Па

Нормальне напруга, що допускається [s], МПа для сталі 16ГС при температурі мінус 28,5 ° С розраховували згідно [17, С.9] як для температури плюс 20 ° С в робочих умовах:

[S] = h × s (4.2)

де [s] - допустиме напруження, МПа;

h - поправочний коефіцієнт, що враховує вид заготовки;

s - нормативне напруга, що допускається при розрахунковій температурі, МПа.

Поправочний коефіцієнт h, враховує вид заготовки взяли згідно [17, С.10] як для листового прокату:

h = 1,0

Нормативне напруга, що допускається при температурі плюс 20 ° С брали згідно [17, С.11]:

s = 170 МПа

Напруга, що допускається складе:

[S] = 1,0 × 170 = 170 МПа

Напруга, що допускається при гідровипробувань:

[S] = s _т / 1,1 (4.3)

де [s] - допустиме напруження при гідровипробувань, МПа;

s _т - межа текучості, МПа.

Межа плинності брали згідно [17, с.282]:

s _т = 280 МПа

Напруга, що допускається при гідровипробувань склало:

[S] = 280 / 1,1 = 254,55 МПа

Розрахункову товщину стінки апарату S ', визначили згідно [17, С.18]:

де S '- розрахункова товщина стінки обичайки, м;

Р _р - робочий тиск всередині апарату, МПа;

D - внутрішній діаметр конденсатора, м;

[S] - допустиме напруження, МПа;

j - коефіцієнт міцності зварного шва;

Р _і - тиск при гідровипробувань, МПа;

[S] _і - допустиме напруження при гідровипробувань, МПа.

Робочий тиск всередині апарату Р _р, МПа, взяли згідно виробничих даних:

Р _р = 0,3 МПа

Внутрішній діаметр конденсатора D, м взяли згідно з ГОСТ 15120:

D = 0,8 м

Допустима напруга [s], МПа, визначили згідно рівняння (4.2) цього розрахунку:

[S] = 170 МПа

Коефіцієнт міцності зварного шва для автоматичного дугового зварювання, брали згідно [17, С.13]:

j = 1

Відповідно до рівняння (4.4) виробляємо вибір:

S '= (0,3 × 0,8) / (2 × 1 × 170 - 0,3) = 0,003 м

S '= (0,5 × 0,8) / (2 × 1 × 254,55 - 0,5) = 0,002 м

Приймаються максимальне значення розрахункової товщини стінки обичайки:

S '= 0,003 м

Виконавчу товщину стінки обичайки S, м визначили згідно [17, С.10]:

S = S '+ C _1, (4.5)

де S '- розрахункова товщина стінки, м;

З ₁ - надбавка до розрахункової товщині стінки, м.

Розрахункову товщину стінки S ', м, визначили в рівнянні (4.4);

S '= 0,003 м

Виконавча товщина стінки складе:

S = 0,003 + 0,001 = 0,004 м

Згідно ГОСТ 380 приймаємо виконавчу товщину S, м, стінки:

S = 0,005 м

Припустимий робочий тиск [Р], МПа визначили згідно [17, С.19]

[Р] = (2 × j × [s] × (S - C)) / (D + S - С), (4.6)

де [Р] - припустимий робочий тиск, МПа;

j - коефіцієнт міцності зварного шва;

[S] - допустиме напруження в робочих умовах, МПа;

S - виконавча товщина стінки, м;

С - надбавка на корозію, м;

D - внутрішній діаметр конденсатора, м.

Коефіцієнт міцності зварного шва j, брали згідно [17, С.10]:

j = 1,0

Виконавчу товщину стінки 3, м взяли згідно з ГОСТ 380:

S = 0,005 м

Внутрішній діаметр конденсатора D, м, брали згідно з ГОСТ 15120:

D = 0,8 м

Допустиме тиск при робочих умовах складе:

[Р] = [2 × 1,0 × 170 × 10 × (0,005 - 0,001)] / (0,8 + 0,005 - 0,001) = 1691542,6 Па = 1,7 МПа

Допустиме тиск при гідровипробувань [Р] _і, МПа визначили згідно [17, С.19]:

[Р] _і = (2 × j × [s] _і × (S - С)) / (D + S - C), (4.7)

де j - коефіцієнт міцності зварного шва;

[S] _і - напруга, що допускається при гідровипробувань, МПа;

S - виконавча товщина стінки конденсатора, м;

С - надбавка на корозію, м;

D - внутрішній діаметр конденсатора, м.

Коефіцієнт міцності зварного шва j, взяли згідно [17, С.10]:

j = 1,0

Допустиме тиск при гідровипробувань складе:

[Р] _і = (2 × 1,0 × 254,55 × 10 × (0,005 - 0,001) / (0,8 + 0,005 - 0,001) =

= 213656З, 8 Па = 2,13 МПа

4.2.2 Розрахунок фланцевих з'єднань

Фланець взяли типу "шип-паз".

Розрахункову температуру фланців t _ф, ° C, взяли згідно [17, С.92]:

t _ф = t, (4.8)

де t - температура розсолу в конденсаторі, С.

Температуру ропи в конденсаторі t, ° C, взяли згідно з технологічними даними з виробництва рідкого хлору:

t = мінус 28,5 ° С

Розрахункова температура фланців t _ф, ° С:

t _ф = мінус 28,5 ° С

Розрахункову температуру болтів і обичайки t _б, ° C, визначали згідно [17, С.92]:

t _б = 0,97 × t, (4.9)

де t - температура розсолу в конденсаторі, ° С.

Розрахункова температура болтів і обичайки t _б, ° C:

t _б = 0,97 × (мінус 28,5) = мінус 27,85 ° С

Допустима напруга для сталевих болтів (шпильок) [s] _б, МПа взяли згідно [17, С.93]:

[S] _б = 130 МПа

Товщину втулки фланця S, м визначили для приварному встик згідно [17, С.93]:

S <S _ф <1,3 × S (4.10)

де S - виконавча товщина стінки обичайки, м;

S _ф - товщина втулки фланця, м.

Виконавчу товщину стінки обичайки S, м взяли згідно з ГОСТ 380:

S = 0,005 м

Для знаходження товщини втулки фланця визначили умови рівняння (4.10) цього розрахунку:

S = 0,005 м

1,3 × S = 0,0065 м

Товщину втулки фланця S _ф, м взяли:

S _ф = 0,006 м

Виконавчу товщину стінки обичайки і підстави втулки приварному встик фланця S _1, м визначили згідно [17, С.93]:

S ₁ = b ₁ × S _ф (4.11)

де b ₁ - коефіцієнт;

S _ф - товщина втулки фланця, м.

Коефіцієнт b _1, визначається згідно з [17, С.95], взяли:

b ₁ = 1,8

Виконавча товщина стінки обичайки і підстави втулки приварному встик фланця складе:

S ₁ = 1,8 × 0,006 = 0,0108 м

Висоту втулки фланця для приварному встик фланця h _п, м, визначили згідно [17, С.94]:

h _в> (1 / i) × (S ₁ - S), (4.12)

де i - ухил втулки;

S ₁ - виконавча товщина стінки обичайки біля основи втулки, м;

S ₀ - товщина втулки фланця, м.

Ухил втулки i взяли згідно [17, С.94]:

i = 0,33

Висота втулки фланця для приварному встик фланця складе:

h _в> (1 / 0, 33) × (0,0108 - 0,006) = 0,0144 м

Прийняли висоту втулки фланця;

h _в = 0,015 м

Діаметр болтової окружності фланця D _б, м, визначили згідно [17, С.95]:

D _б> D + 2 × (S ₁ + d _б + u) (4.13)

де D - внутрішній діаметр конденсатора, м;

S ₁ - виконавча товщина стінки обичайки біля основи втулки, м;

d _б - зовнішній діаметр болта, м;

і - нормативний зазор між гайкою і втулкою, м.

Внутрішній діаметр фланця D, м взяли:

D = 0,3 м

Зовнішній діаметр болта d _б, м вибрали згідно [17, С.94]:

d _б = 0,02 м

Нормативний зазор між гайкою і втулкою u, м визначили згідно [17, С.95]:

U = 0,005 м

Діаметр болтової окружності фланця складе:

D _б> 0,8 + 2 × (0,0108 + 0,02 + 0,005) = 0,37 м

Приймаємо діаметр болтової окружності фланця D _б, м:

D _б = 0,4 м

Зовнішній діаметр фланців D _h, м приймаємо згідно [17, С.95];

D _h> D _б + а (4.14)

де D _б - діаметр болтової окружності фланця, м;

а - конструктивна добавка для розміщення гайок по діаметру, м.

Конструктивну добавку для розміщення гайок по діаметру а, м, визначили згідно [17, С.95]:

а = 0, 04 м

Зовнішній діаметр фланців D _h, м:

D _н> 0,4 + 0,04 = 0,44 м

Прийняли зовнішній діаметр фланців D _h, м:

D _h = 0,45 м

Зовнішній діаметр прокладки D _н.п., м, для приварних встик фланців визначили згідно [17, С.96]:

D _н.п. = D _б - е (4.15)

де D _б - діаметр болтової окружності фланця, м;

е - нормативний параметр, м.

Нормативний параметр для плоских прокладок е, м, визначили згідно [17, С.95]:

е = 0,03 м

Зовнішній діаметр прокладки У _н.п., м, для приварних встик фланців складе:

D _н.п. = 0,4 - 0,03 = 0,37 м

Для апарату діаметром менше 1,0 м вибрали плоскі неметалічні прокладки.

Середній діаметр прокладки D _c.п., м, визначили згідно [17, С.95]:

D _з.п. = D _н.п. - b (4.16)

де D _н.п. - зовнішній діаметр прокладки, м;

b - ширина прокладки, м.

Ширину прокладки b, м брали згідно [17, С.96]:

b = 0,015 м

Середній діаметр прокладки складе:

D _з.п. = 0,37 - 0,015 = 0,355 м

Кількість болтів n _б, шт, необхідне для забезпечення герметичності з'єднання визначили згідно [17, С.96]:

n _б> 3, 14 × D _б / t _ш (4.17)

де D _б - діаметр болтової кола;

t _ш - рекомендований крок розташування болтів.

Рекомендований крок розташування болтів t _ш, м вибрали в залежності від тиску згідно [17, С.97]:

t _ш = (4,2 - 5) × d _б (4.18)

де d _б - зовнішній діаметр болта, м.

Зовнішній діаметр болта t _б, м, вибрали згідно

t _б = 0,02 м

Рекомендований крок розташування болтів складе:

t _ш = (4,2 - 5) × 0,02 = 0,84 - 0,1 м

Приймаються крок розташування болтів:

t _ш = 0,1 м

Кількість болтів n _б, штук, необхідне для забезпечення герметичності:

n _б> 3,14 × 0,4 / 0,1 = 12,56 штук

Кількість болтів взяли 16 штук.

Орієнтовну висоту фланця h _ф, м, визначили згідно [17, С.96]:

h _ф> l _ф × D × S _ек (4.19)

де l _ф - коефіцієнт;

D - внутрішній діаметр конденсатора, м;

Зек - еквівалентна товщина втулки, м.

Коефіцієнт l _ф взяли згідно [17, С.97]:

l _ф = 0,41

Внутрішній діаметр конденсатора D, м, визначили згідно з ГОСТ 15120:

D = 0,8 м

Еквівалентну товщину втулки S _ек, м, визначили згідно [17, С.96]:

(4.20)

де S _Ф - товщина втулки фланця, м;

h _B - висота втулки Фланці приварні встик, м;

b ₁ - коефіцієнт;

D - внутрішній діаметр конденсатора, м.

Еквівалентна товщина втулки S _ек, м:

Висота фланця n _ф, м:

h _ф> 0,41 × 0,8 × 0,007 = 0,03 м

4.2.3 Розрахунок трубної решітки

Товщину трубної решітки S _тр, м, з умовою, що вона піддається зусиллям з боку трубного пучка, визначили згідно [2, с, 64]:

(4.21)

де К - коефіцієнт;

К ₀ - коефіцієнт;

D _пр - діаметр прокладки, м;

Р _р - робочий тиск в апараті, МПа;

ф - коефіцієнт міцності зварного шва;

[S] - припустимий робочий напруга, МПа;

Р _і - тиск згинають, МПа;

[S] _і - напруга, що допускається при гідровипробувань, МПа.

Коефіцієнт К брали згідно [2, С.65]:

До = 0,41

Коефіцієнт К ₀ брали згідно [2, С.65]:

К ₀ = 1,44

Діаметр прокладки D _пр, м, вибрали конструктивно:

D _пр = 0,75 м

Робочий тиск в апараті Р _р, МПа, взяли згідно з технологічними умовами відділення рідкого хлору:

Р _р = 0,3 МПа

Коефіцієнт міцності зварного шва ф, брали згідно [17, С.10]:

ф = 1,0

Тиск згинальні Р _і, МПа, визначили згідно [2, С.65]:

(4.22)

де s _т - межа текучості металу, МПа;

[S]-припустимий робочий напруга, МПа.

Межа текучості s _т, МПа, визначили згідно [17, с.282]:

s _т = 280 МПа

Допустиме робоче напруга складе:

[S] = 1,0 × 170 = 170 МПа

Тиск згинальні склало:

Напруга, що допускається при гідровипробувань визначили відповідно до рівняння (4.9) цього розрахунку:

[S] _і = 254,55 МПа

Товщина трубної решітки S _тр, м

Виконавчу товщину трубної решітки S _тр, м, визначили з урахуванням добавки на корозію:

S _тр = S _'тр + З (4.23)

де С - надбавка на корозію, м.

Надбавку на корозію С, м, приймаємо:

С = 0,001 м

Виконавча товщина трубної решітки S _тр, м, становитиме;

S _тр = 0,0343 + 0,001 = 0,0353 м

Прийняли виконавчу товщину трубної решітки:

S _тр = 0,036 м

Припустимий робочий тиск [Р] р, МПа, визначили згідно [2, С.67]:

[Р] _р = [Р] × (S _тр - С) / [(К × К ₀ × D _пр) × fi (4.24)

де [Р] - припустимий робочий тиск в апараті, МПа;

S _тр - товщина трубної решітки, м;

С - надбавка на корозію, м;

Ко - коефіцієнт;

ф - коефіцієнт зварного шва.

Діаметр прокладки D _пр, м, визначили конструктивно:

D _пр = 0,75 м

Допустиме робоче напруга трубної решітки складе:

[Р] = (0,036 - 0,001) × 170 / [(0,41 × 1,44 × 0,75) × 1,0] = 30,6 МПа

Умова міцності трубної решітки:

Р _р <[Р] _тр (4.25)

0,3 <30,6 МПа

виконується.

4.3 Основні вказівки з ремонту та монтажу обладнання відділення конденсації

Ремонт апаратів виконують за наступною схемою:

а) часткова або повна розбирання апарату;

б) очищення і промивання деталей;

в) складання відомості дефектів;

г) відновлення зношених деталей, з'єднань і складальних одиниць;

д) комплектування апарату новими деталями і виготовлення нових деталей;

е) складання;

ж) випробування.

Дефекти виявляють перед зупинкою на ремонт, а також у процесі розбирання апарату. Значна кількість деталей і складальних одиниць перевіряють візуальним оглядом, при якому фіксують стан робочих поверхонь, наявність тріщин, слідів корозії і т.п. Особливу роль відводять контролю процесів складання та герметичності апаратів. Відповідальною контрольної операцією є перевірка зварних швів. Всі ремонтні операції супроводжуються перевіркою розмірів деталей і змін їх форми.

При ремонті корпусів і елементів судин і апаратів рекомендується керуватися загальними технічними умовами на ремонт корпусів (ОТУ 1), розробленими ВНІКТІ - хімнефтеоборудованіе. ОТУ поширюються на судини і апарати, що працюють в діапазоні тисків до 10 МПа і неагресивних середовищах при температурах від мінус 70 до плюс 540 ° С.

ОТУ призначені для керівництва при ремонті зварних сталевих судин і апаратів з вуглецевих, низьколегованих, легованих двошарових сталей при товщині стінки корпусу від 4 до 1000 мм.

При підготовці конденсатора до ремонту слід відключити його від трубопроводу, що підводить хлоргаз, також відключити від інших трубопроводів - підвідних і відвідних. Після відключення встановлюються заглушки згідно з існуючою в цеху схемі установки заглушок.

Необхідно продути конденсатор азотом до отримання задовільних аналізів на вміст залишків теплоносіїв в апараті.

Після цього необхідно демонтувати комунікації входу хлоргаза в апарат.

Далі необхідно провести ретельний зовнішній і внутрішній огляд корпусу апарату з метою виявлення можливих дефектів.

Ремонт корпусів апаратів виконують електродуговим зварюванням, а також автоматичної і напівавтоматичної зварюванням при забезпеченні умов виробництва та якості зварного з'єднання згідно з ОСТ 26-291, РТМ 26-27, РТМ 26-168, РТМ 26-320.

Штуцера підлягають заміні при наступних дефектах:

а) тріщинах всіх видів і напрямків;

б) корозії і ерозії;

з) розшаруванні металу.

Залежно від матеріалу стінки корпусу і штуцери виробляють термообробку.

Якість зварного з'єднання підлягає контролю методом пневмо-або гідровипробування.

Корпус конденсатора піддають термообробці після ремонтної зварювання, тому що корпус експлуатується корозійним середовищем - розчином хлористого кальцію.

Монтаж апаратів виробляти за правилом монтажу габаритних апаратів.

Стропування апарату відповідно до схеми стропування, виробляти сталевими канатами, канати зміцнювати за стропувальними вушка.

4.4 Методи відновлення трубок і трубних решіток

З плином часу експлуатації конденсатора відбувається зношування трубок і трубних решіток. Зношування викликано корозією поверхонь трубок і трубної решітки конденсатора: на поверхнях трубок утворюються мікродефекти, викликані корозією і температурними перепадами від того, що відбувається теплообміну. З часом внутрішній перетин трубок зменшується, а їх зовнішня поверхня піддається корозії.

Внаслідок цього необхідно періодично проводити чистку трубок. Способи очищення трубок вибираються в залежності від складу відкладень і його кількості. В даний час застосовуються хімічні, гідропневматичні, ультразвукові, механічні, гідравлічні та піскоструминні способи очищення теплообмінної апаратури. Для очищення внутрішньої поверхні конденсатора можна застосувати гідромехніческую очищення.

Гідромеханічна очищення проводиться водою під високим тиском (від 15 до 70 МПа залежно від характеру відкладень). Вода насосом подається в порожнисту штангу, на кінці якої закріплена змінна насадка (сопло) з одним або декількома отворами. Струмінь води, що виходить з сопла, з великою швидкістю спрямовується на відкладення і відриває їх від стінок трубки.

Розроблена з цією метою на Нижньо-Волзькому філії Грозний пересувна установка високого тиску призначена для очищення зовнішніх і внутрішніх поверхонь трубних пучків теплообмінної апаратури.

Зовнішня поверхня трубного пучка очищається шляхом занурення пучка в ванну з розчинником і за допомогою скребків і щіток, які приводяться в рух пневматичними машинками.

Якщо буде виявлено пропускання теплоносія, поточного всередині трубок, застосовується заміна дефектної трубки шляхом її заміни.

Заміна дефектних трубок проводиться після проведення випробування пучка. Якщо кількість дефектних трубок не перевищує 15% від загальної кількості, їх заглушають конічними пробками довжиною 40-50 мм. Якщо кількість дефектних трубок перевищує 15% пучок доцільно замінити. При заміні окремих дефектних трубок їх витягають через трубну решітку.

Трубки можна також вирізати свердлильної машинкою РС-32 і різцем з поперечною подачею або свердлом, зовнішній діаметр якого дорівнює зовнішньому діаметру трубки, але трохи менше діаметра отвору в решітці. Обрізані кінці трубок видаляють з решіток шляхом їх м'яття спеціальним пристосуванням вручну або легким пневматичним молотком. Обрізані трубки виштовхуються з пучка через одну з трубних решіток.

Наступною операцією при ремонті теплообмінник апаратів є підготовка трубних решіток. Основні дефекти трубних решіток полягають у корозійному руйнуванні поверхні внаслідок контакту з робочим середовищем, в наявності забоїн на поверхні для ущільнень, зносу отворів під трубки.

Поверхня трубної решітки відновлюють шляхом проточки на верстаті з мінімальним зніманням шару металу. Однак допускається зменшення товщини трубної решітки не більше 10% номінальної.

Трубні решітки повинні мати гладкі і рівні поверхні ущільнення; не допускаються поперечні риски, забоїни, пори і раковини. Для проточки на місці прівалочних поверхонь решіток застосовують ручне пристосування для проточки на місці прівалочних поверхонь. Стінки отворів під трубки не повинні мати поздовжніх рисок, допускаються поперечні кільцеві або спіральні ризики глибиною не більше 1,5 мм і не доходять до краю отвору.

4.5 Механізми трудомістких робіт при ремонті

При ремонті теплообмінної апаратури застосовуються механізми для промивання, чищення, вилучення трубок з трубних решіток, вальцювання кінців трубок і т.п.

Для чищення трубок застосовуються імпульсні ультразвукові генератори УНГ-61М, ІГ-58 і ІГНР. Для впливу ультразвуку на рідину використовуються спеціальні випромінювачі: "рідинні свистки".

Струмінь рідини, що виходить з сопла з великою швидкістю, розбивається об гострий край пластинки, з обох боків якої виникають завихрення, викликають зміни тиску з великою частотою.

Для очищення внутрішньої поверхні трубок застосовують також пневматичний перфоратор з ударним інструментом, який складається з Пневмодвигуни з вбудованим регулятором числа обертів і редуктора до перфоратору кріплять штангу з буром.

Ударний механізм сколює зі стінки трубки відкладення, які потім вимиваються з трубки розчином.

Для чищення м'яких відкладень застосовують пістолет, використовуваний для обпресування окремих трубок.

Для вилучення трубного пучка з корпусу конденсатора і установка його в апарат застосовують монорельси з талью, крани-балки, лебідки, автокрани, трактори та інші вантажопідйомні механізми. Для витягування і установки трубних пучків використовуються екстрактори. Для конденсатора діаметром 800 мм і довжині трубок 6000 мм використовується екстрактор марки 2557 Салаватською машинобудівного заводу.

Для видалення дефектних трубок застосовують гвинтовий знімач, який надягають на трубку, попередньо вибиту на довжину 40-50 мм. Найбільш ефективний для вилучення дефектних трубок гідравлічний екстрактор.

Перед встановленням нової трубки в трубну решітку, її кінці очищаються до металевого блиску металевими щітками з електро-або пневмоприводом.

Для вальцювання трубок служать пневматичні машинки І-118 та ВП-4802.

Для розбирання та складання фланцевих з'єднань служать пневматичні кутові гайковерти або пнемосбалчівателі.

5 Автоматизація та управління технічними системами

Автоматизація виробничих процесів - одне з найбільш важливих напрямів технологічного прогресу. В даний час немає таких галузей промисловості, в яких не застосовуються контрольно-вимірювальні прилади.

За допомогою контрольно-вимірювальних приладів і автоматизації контролюють і автоматично регулюють температуру, тиск, витрата, рівень, склад і інші величини.

Під автоматизацією розуміють застосування технічних засобів, економіко-математичних методів і систем управління, звільняють людину частково або повністю від безпосередньої участі в процесі отримання, перетворення, передачі і використанні енергії, матеріалів та інформації.

Метою автоматизації є підвищення продуктивності та ефективності праці, поліпшення якості продукції, оптимізація планування й управління, можливість виконання трудноосуществіма операцій, усунення людини від роботи в умовах, небезпечних для здоров'я.

Функції управління автоматизованим виробництвом виконує машинно-автоматичне управляючий пристрій. Роль людини в автоматизованому виробничому процесі обмежується операціями випробувань, налагодження та включення автоматичної системи в роботу і періодичним наглядом за її функціонуванням.

Автоматична система керування являє собою сукупність керованого об'єкта й автоматичного керуючого пристрою.

Технічні пристрої - прилади, регулятори, що сприймають виконавчі та допоміжні елементи, за допомогою яких здійснюється автоматичне керування об'єктом, є засобами автоматизації.

У даному дипломному проекті застосування засобів автоматизації дозволяє створити кращі умови праці, безаварійну роботу устаткування, знижує чисельність обслуговуючого персоналу.

5.1 Автоматичний контроль

Автоматичний контроль служить для безперервного спостереження за ходом технологічного процесу відповідно до вимог технічних норм і регламенту.

Умови роботи у відділенні конденсації хлору відносяться до шкідливих. Технологічні процеси йдуть в герметично закритих апаратах. Тому контроль технологічного процесу здійснюється за допомогою контрольно-вимірювальних приладів, що дає можливість працює персоналу менше перебувати під шкідливої ​​середовищі. За допомогою контрольно-вимірювальних приладів здійснюється контроль за температурним режимом технологічного процесу, за тиском, витратою та іншими параметрами.

5.1.1 Вибір і обгрунтування параметрів контролю

Від правильності вибору технологічних параметрів контролю залежать техніко-економічні показники виробництва. Обрані в даному випадку параметри контролю забезпечують максимальний вихід цільових продуктів і їх високу якість.

У відділенні конденсації хлору контролюються такі параметри:

1 Температура

- Хлор абгазний після зрідження поз. 2, не нижче мінус 23 ° С;

- Хлор рідкий після зрідження поз. 2, не нижче мінус 23 ° С;

- Розсіл на лінії входу в конденсатор поз. 2, мінус 26-30 ° С;

- Розсіл на лінії виходу з конденсатора поз. 2, мінус 22-25 ° С;

- Вода у випарник поз. 4, 40-70 ° С;

- Хлор з випарників поз. 4, 40-60 ° С.

2 Тиск

- Хлор електролітичний на вході в конденсатор поз. 2, не більше 0,35 МПа;

- Хлор абгазний після зрідження поз. 2, не більше 0,35 МПа;

- Розсіл на лінії входу в конденсатор поз. 2, не менше 0,4 МПа;

- Хлор з танків в ж.д. цистерни, не більше 0,35 МПа;

- Хлор з випарників, 0,3-0,45 МПа;

- Азот, не більше 12 МПа;

- Повітря КВП, не менше 0,3 МПа.

3 Концентрація

- Хлор абгазний після зрідження, об'ємна частка кисню, не більше 4%;

- Хлор абгазний після зрідження, об'ємна частка водню, не більше 4%;

- Хлор абгазний після зрідження, об'ємна частка хлору, не менше 65%.

4 Рівень

- Розсіл в ємності поз 6, 560-2240 мм;

- Хлор зріджений в танку поз. 8, 600-2250 мм.

- Розсолу на лінії входу у конденсатори, поз. 2, не менше 350 м ³ / ч.

5.1.2 Вибір і обгрунтування засобів контролю

При виборі приладів контролю керуються такими основними положеннями:

- Прилади повинні забезпечувати необхідну точність вимірювання, бути досить швидкодіючими;

- Що дають прилади повинні мати наочну шкалу і покажчик, самописні прилади повинні мати точну реєстрацію показань;

- Місцеві прилади повинні бути легкодоступними для спостереження за їх показаннями, а також для монтажу і демонтажу;

- Похибка датчиків не повинна виходити за допустимі межі, захисні трубки термопар і термометрів опору повинні бути досить міцними;

- Захисні трубки термопар, термометрів опору повинні бути досить міцними даних робочих умов, діафрагми витратомірів повинні мати камеру і фланці, розраховані на роботу при необхідних тисках і температурах і їх установка повинна відповідати вимогам відповідних правил і норм;

- При виборі приладів контролю і автоматизації враховується їх вартість, а також вимоги пожежо-, вибухонебезпечності.

Виходячи з вище викладених умов, обрані наступні засоби автоматичного контролю:

Для контролю температури:

а) Термопара хромель-капелевая ТХК-539;

б) Прилад контролю та реєстрації пневматичний ПКР.1.

Для контролю тиску:

а) Вимірювальний перетворювач тиску "Сапфір 22 ДІ". Межа вимірювання 0 ... 2,5 МПа. Клас точності перший. Вихідний сигнал 4 ... 20 мА.

б) Прилад вторинний реєструючий А-542. Вхідний сигнал 4 ... 20 мА. Клас точності 0,1.

Для контролю рівня:

а) Електронний вимірювач рівня ЕіУ-1;

б) Вимірювальний перетворювач рівня "Сапфір 22 ДГ". Вихідний сигнал у межах 4 ... 20 мА.

в) Прилад аналоговий реєструючий А-542.

Для контролю концентрації:

а) Датчик концентрації ГТМК-16;

б) Пристрій контролю і реєстрації ФЩЛ.

Для контролю витрати:

а) Передавальний перетворювач витрати 13ДД11;

б) Прилад контролю та реєстрації пневматичний ПКР.1.

5.2 Автоматичне регулювання

Обслуговуючий персонал зазвичай контролює хід процесу за допомогою контрольно-вимірювальних приладів. Регулювати вручну тиск, температуру і т.д. за допомогою регулюючих органів (вентилів, засувок, Тиберій), часто розташованих далеко один від одного, дуже важко. Таке управління виробничим процесом вимагає значної кількості обслуговуючого персоналу, який не завжди в змозі забезпечити надійне і точне, регулювання,

Дистанційне ручне управління, коли регулювання роботи агрегату виробляється вручну з одного пункту за допомогою того чи іншого виду енергії, значно полегшує завдання управління процесами. Але і в цьому випадку управління процесом вимагає від персоналу великої уваги і напруги. Крім того, кількість обслуговуючого персоналу все ж таки залишається значним, а регулювання недосконалим.

Найбільш досконалим і економічним є автоматичне регулювання, коли окремі величини або весь технологічний процес регулюється автоматично. Впровадження автоматики у виробництво в кінцевому рахунку призводить до різкого зростання культури виробництва і підвищення кваліфікації виробничих робочих.

За принципом дії автоматичні регулятори поділяються на дві групи: регулятори прямої дії та регулятори непрямої дії.

Регулятор прямої дії впливає на регульовану величину безпосередньо, без проміжних елементів, тобто вимірювальна частина (регулюючий орган - вентиль, засувка) являє собою одне ціле.

Регулятор непрямої дії складається з вимірювальної частини, виконавчого механізму та командної лінії зв'язку, через яку вимірювальна частина за допомогою різних видів енергії впливає на виконавчий механізм, зазвичай знаходиться на деякій від неї відстані.

5.2.1 Вибір і обгрунтування параметрів, керуючих впливів і схем

При виборі параметрів, керуючих впливів і схем автоматичного регулювання ставимо перед собою мету стабілізувати кожен параметр, відхилення від якого може викликати порушення технологічного процесу.

У процесі, роботи теплообмінного апарата необхідно підтримувати температуру розсолу перед конденсатором в заданих межах.

Необхідну температуру розсолу забезпечує холодильна установка цеху N 27.

Регулюємо температуру:

хлор з випарників поз. 4, 40-60 ° С.

Для регулювання описаних вище параметрів брали прилади пневматичної системи "Старт": вторинні показують і реєструють типу ПВ 10.1Е з вбудованою станцією управління і пропорційно-інтегральний регулятор типу ПР3.31. Застосування системи "Старт" пояснюється її вибухо-і пожежобезпечність, високою надійністю, невеликий похибка (± 1% від межі вимірювання), простотою обслуговування, порівняно невисокою ціною. Навіть при великій протяжності пневмоліній запізнювання поширення сигналу в цих приладах не призводить до помітного впливу на перехідний процес і погіршення якості регулювання.

Прилади контролю ПВ 10.1Е працюють спільно з пневматичними датчиками та іншими пристроями, що видають уніфіковані аналогові сигнали в межах від 20 до 100 МПа. ПВ10.1Е - прилад для безперервного запису і свідчення величини регульованого параметра, вказівки положення контрольної точки та величини тиску на виконавчому механізмі.

Регулятор типу ПР3.31 може бути використаний для роботи з датчиками, приладами контролю, задатчика або іншими пристроями зі стандартними пневматичними сигналами на виході і вході. Регулятор призначений для одержання безперервної пропорційно-інтегрального регулюючого впливу тиску стисненого повітря на виконавчий механізм або яке-небудь інший пристрій системи регулювання з метою підтримки вимірюваного параметра на даному рівні.

5.2.2 Вибір і обгрунтування засобів регулювання

Дане виробництво відноситься до пожежо-вибухонебезпечних виробництв. Застосовуємо прилади пневматичної дії. Вони мають такі переваги: ​​пожежобезпечність, відносна простота конструкції, надійність при роботі у важких виробничих умовах, простота обслуговування.

Виходячи з вище викладених умов, обрані наступні засоби автоматичного регулювання:

а) Електронний потенціометр КСП-3;

б) Токовий перетворювач ПТ-ТС-68;

в) Електропневматичний перетворювач ЕПП-63-ЕХ;

г) Прилад контролю пневматичний показує і самописний ПВ10.1Е;

д) Мембранне виконавчий пристрій ПР3.31;

е) Мембранне виконавчий пристрій ПП12.2.

ПВ10.1Е - прилад контролю пневматичний показує і самописний здійснює запис і показання величини регульованого параметра, показання величини завдання та керуючого впливу; перемикання системи регулювання на ручне дистанційне, автоматичне або автоматичне програмне управління; формування задає впливу в автоматичному режимі і керуючого впливу в режимі дистанційного управління.

Дія приладу заснована на компенсаційному принципі вимірювання, при якому зусилля на приймальному елементі, що виникає від вхідного тиску, врівноважується зусиллям від натягу пружини зворотного зв'язку. Прилад застосовується в АСУТП хімічної, нафтової, нафтопереробної, металургійної та інших галузях промисловості.

ПР3.31 - пристрій регулює пневматична пропорційно-інтегральне призначено для стабілізації параметрів технологічних процесів з ПІ-законом регулювання. Дія пристрою базується на принципі компенсації сил. Пристрій входить в систему автоматичних регуляторів «Старт» і застосовується в АСУТП хімічної, нафтової, нафтопереробної, металургійної та інших галузях промисловості. Пристрій побудований на елементах УСЕППА (універсальної системи елементів промислової пневмоавтоматики).

5.3 Сигналізація та блокування

Багато вимірювані величини підтримуються автоматичними регуляторами з заданим ступенем точності, допустимою для даного технологічного режиму. Однак у силу різних обставин може відбутися порушення ходу технологічного процесу і значення вимірюваних параметрів вийдуть зі встановлених меж.

Для залучення уваги оператора прилади забезпечують сигналізують пристроями, які включають світловий і звуковий сигнали і сповіщають оператора про порушення технологічного режиму.

5.3.1 Вибір і обгрунтування параметрів попереджувальної та аварійної сигналізації

Для ведення технологічного процесу в заданому режимі і своєчасної інформації обслуговуючого персоналу про різких відхиленнях технологічних параметрів від заданих значень у цьому проекті передбачена попереджувальна і аварійна сигналізація. Для залучення уваги оператора прилади забезпечені сигналізують пристроями, які включають в себе світлові і звукові сигнали. Сигналізація буває одно-або двохпозиційної. При однопозиційний сигналізації прилад дає однаковий сигнал, незалежно від напрямку відхилення вимірюваного параметра.

Для цього використовуються звукової та одноколірний світловий сигнал. Двопозиційна сигналізація показує, в який бік відхилився параметр. У цьому випадку застосовують світлові сигнальні лампи різного кольору або з пояснюючими написами. Якщо число параметрів сигналізації досягає декількох десятків, то аварійну та попереджувальну сигналізацію виконують окремо. Для аварійної сигналізації використовують лампи миготливого світла. На теплообмінному апараті встановлюється комплексний пристрій системи автоматики, яке призначене для місцевого, напівавтоматичного та автоматичного управління пуском і зупинкою теплообмінного апарату, для захисту від аварійних режимів роботи, перевантаження, для здійснення робочої та аварійної сигналізації, а також для регулювання продуктивності залежно від зміни контрольованого параметра (по температурі теплоносія або по тиску всмоктування).

1 Температура

- Хлор рідкий після зрідження поз. 2, не нижче мінус 23 ° С;

- Вода у випарник поз. 4, не вище 70 ° С;

- Хлор з випарників поз. 4, 40-60 ° С.

2 Тиск

- Хлор з танків в ж.д. цистерни, не більше 0,35 МПа;

- Азот, не більше 7 МПа;

3 Концентрація

- Хлор абгазний після зрідження, об'ємна частка водню, не більше 3%.

4 Рівень

- Розсіл в ємності поз 6, не менше 560 мм, не більше 2240 мм;

- Хлор зріджений в танку поз. 8, не менше 600 мм, не більше 2250 мм.

5.3.2 Вибір і обгрунтування засобів попереджувальної сигналізації

а) Сигналізація критичних значень рівня та тиску здійснюється електронним потенціометром КСП-3. При досягненні критичних значень цих параметрів електроконтактні манометр замикає свій контакт, який включений у ланцюг пристрої аварійної сигналізації. Пристрій призначений для попередження оператора світловим і звуковими сигналами про відхилення контрольованих параметрів від норм.

б) Електронний вимірювач рівня ЕіУ-1;

в) Прилад контролю та реєстрації ФЩЛ;

г) Прилад вторинний реєструючий А-542.

Зведена специфікація засобів контролю та регулювання представлена ​​в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Зведена специфікація засобів автоматизації