Кожухотрубный теплообменик

РЕФЕРАТ

 

Записка:  43 аркушів, 8 рисунків, 1 таблиця, 5 джерел.

 

Ключові слова: теплообмінник, обичайки, днище, фланець, розрахунок, навантаження, напруження,

 

У загальній  частині приведений опис устрою теплообмінника, та його основних деталей.

У спеціальній  частині виконані розрахунки геометричних розмірів обичайки, днища. Для фланцеві з’єднання були виконані конструктивні  розрахунки, та перевірка міцності і герметичності з’єднання.

 

 

 

ЗМІСТ

арк.

Вступ…………………………………………………………………….4

1 Загальна частина……………………………………………………...6

1.1 Техніко –економічне обґрунтування……………………………6

1.2 Устрій та принцип роботи  теплообмінника…………………….8

1.3 Монтаж теплообмінника…………………………………………12

2 Спеціальна частина…………………………………………………...14

2.1 Тепловий розрахунок теплообмінника………………………….14

2.1.1 Вихідні данні …………………………………………………14

2.1.2 Попередній тепловий розрахунок……………………………15

2.1.3 Тепловий розрахунок…………………………………………16

2.1.4 Вибір типа теплообмінника………………………………..…19

2.2 Розрахунок кожуха………………………………………………..24

2.2.1 Вихідні данні…………………………………………………..24

2.2.2 Розрахунок геометричних розмірів  кожуха…………………24

2.3 Розрахунок днища…………………………………………………29

2.3.1 Вихідні данні…………………………………………………..30

2.3.2 Розрахунок геометричних розмірів днища………………….30

2.4 Розрахунок фланцевого з’єднання……………………………….31

2.4.1 Конструктивні розрахунки фланця…………………………..31

2.4.2 Розрахунок навантажень, що  діють на фланець…………….35

2.4.3 Перевірка міцності і герметичності  з’єднання………………38

Висновок…………………………………………………………………42

Література………………………………………………………………..43

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

У хімічній промисловості широке розповсюдження отримали теплові процеси – нагрівання та охолодження рідин, газів та конденсація  парів, що відбуваються у теплообмінних  апаратах.

Теплообмінниками  називаються апарати, що призначені для передачі тепла від одних  речовин до інших. Речовини, що приймають  участь у процесі передачі тепла  називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру  і віддають тепло прийнято називати нагріваючими агентами, а теплоносії з більш низькою температурою, ніж середовище, від якої вони сприймають тепло – охолоджуючими агентами.

Теплообмінні  апарати призначені для проведення процесів теплообміну при необхідності нагрівати або охолоджувати середовища з метою її обробки або утилізації тепла.

Питома  вага теплообмінного обладнання складає 15-18% на підприємствах хімічної промисловості, а у нафтопереробній – він  доходить до 50%. Це обумовлено тим, що усі  основні процеси хімічної технології (сушка, ректифікація, випарювання та інші ) пов’язані з необхідністю підведення або відведення тепла.

Умова проведення процесів теплообміну у промислових  апаратах дуже різноманітні. Ці апарати  застосовуються для робочих середовищ  з різним агрегатним станом та структурою (газ, пар, емульсія та інші) в широкому діапазоні температур, тиску та фізико-хімічних властивостей.

Через різні  вимоги, що застосовують до теплообмінників, застосовують апарати самих різних конструкції та типів: ”труба у трубі”, кожухотрубні, пластинчасті, спіральні, змієподібні, повітряного охолодження та інші.

Серед цих  апаратів біля 80% займають кожухотрубні теплообмінники, так як вони прості у виготовлені, надійні в експлуатації та універсальні.

Кожухотрубні теплообмінники застосовуються у хімічній , нафтовій, нафтопереробній, газовій та інших галузях промисловості для нагріву, охолодження, конденсації та випарювання рідини, пару та суміші.

 

 

1 Загальна частина

1.1 Техніко  –економічне обґрунтування

 

Для здійснення процесів теплообміну застосовують різні по конструкції теплообмінники.

Теплообмінник “труба у трубі” застосовують головним чином для нагрівання або охолодження в системі рідина-рідина, коли витрати теплоносія незначні і останні не змінюють свого агрегатного стану. Також теплообмінники мають порівняльно малий гідравлічний опір між трубного простору.

У хімічній промисловості застосовують також  зрошувальні теплообмінники. Теплота, що перекачується по трубах робочої  рідини у цих теплообмінниках  відводиться за рахунок нагріву  зрошувальної води та частково за рахунок  їі випарювання, внаслідок чого витрати води менше у порівнянні з теплообмінниками інших видів. Однак зрошувальні теплообмінники мають низьку ефективність, хоча вони прості у виготовленні та ремонті.

Погружні змієвикові теплообмінники використовують для теплообміну між середовищами, одна з яких знаходиться під високим тиском. Ці теплообмінники характеризуються відмінною здатністю до самокомпенсаціі температурних напружень та низьким гідравлічним опором. Їх недолік – складність виготовлення та монтажу.

Пластинчасті  теплообмінники, представляють собою  апарати, поверхня теплообміну яких утворена набором тонких штампованих  пластин з гофрированою поверхнею. Ці теплообмінники достатньо прості у монтажу та демонтажу, для свого очищення вони потребують незначних затрат праці. Однак вони складні у виготовленні.

 

Але найбільш розповсюдженою конструкцією теплообмінників  э кожухотрубні. Ці теплообмінники прості у виготовленні і по конструкції, можуть бути використані в довільно широкому діапазоні тисків і температур робочих середовищ, надійні у експлуатації та універсальні, тобто можуть бути використані для теплообміну між газами, парами, рідинами в любому сполучені теплоносіїв.

Кожухотрубні теплообмінники по конструкціі діляться на апарати з нерухомими трубними решітками (тип Н), з температурним компенсатором на кожуху (тип К), з плаваючою головкою (тип П) та U – подібними трубами (тип У).

У теплообмінниках  типа Н труби жорстко з’єднані з трубними решітками, а решітка  приварена до кожуху. Цей тип теплообмінника має два недоліки. По перше, навантажена  поверхня труб не може бути очищена  від забруднення механічним способом. По друге, в цих теплообмінниках  у кожуху і трубах виникають температурні напруження. Тому ці теплообмінники застосовують при невеликій різниці температур (менше 50С) кожуха і труби.

У теплообмінниках  з температурним компенсатором  для часткової компенсації температурних  деформації використовується спеціальний  гнучкий елемент – компенсатор, що розташований на корпусі.

Кожух виготовляється із стандартної труби, що спрощує  технологію виготовлення теплообмінника.

 

1.2 Устрій  та принцип роботи кожухотрубного теплообмінника

 

Одноходовий горизонтальний кожухотрубний теплообмінник з температурним компенсатором на кожуху (рис. 1.1) складається з основних елементів: циліндричного кожуха 1, камер розподілення 4, 5, труб 2, трубних решіток 3 та лінзового компенсатора 6, перегородок 8 та встановлюється на двох опорах 8.

 

Рис. 1.1 – Кожухотрубний теплообмінник

 

У кожухотрубному теплообміннику одне із середовищ рухається в середині труб (по трубному простору), а інша по між трубному простору. Середовища звичайно направляють протитоком один до одного.

Теплообмінники  можуть бути, як горизонтальними так, і вертикальними. Вертикальні теплообмінники більш прості в експлуатації і  займають меншу виробничу площу. Горизонтальні теплообмінники виготовляються частіше багатоходовими і працюють при великих швидкостях теплообмінних  рідин.

Характеристика  теплообмінника представлена в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 – Характеристика теплообмінника

Найменування	Трубний простір	Міжтрубний простір
Робочий тиск, МПа	1,6	1,6
Робоча температура,	100	100
Матеріал	Сталь 20	Сталь 20
Тиск гідроістипу, МПа	2,1	2,1

 

Кожух уявляє собою циліндричну обичайку, що виконана з труби.

З кінців кожух закритий двома плоскими трубними решітками. У трубних решітках закріплені на розвальцовках теплообмінні труби.

Якщо  середня різниця температур труб і обичайки у теплообміннику становить  значними (приблизно 50 ), то труби і кожух подовжуються неоднаково. Це викликає значні напруження у трубній решітці, що може порушити цільність з’єднання труб з решітками, і привести до руйнування зварних швів і змішування рідин. Тому для зменшення температурних деформацій, що обумовлені великою різницею температур труб і обичайки, значною довжиною труб, а також різними матеріалами труб і кожуха використовують лінзовий компенсатор. Така конструкція відрізняється простою конструкцією, але вони не застосовуються при невеликих тисках.

Теплообмінник має вварений між двома частинами  лінзовий компенсатор. Компенсатор  позволяє частково компенсувати температурні деформації. Лінзовий компенсатор зварений з двох напівлінз, що отримані з листа штампуванням

Компенсатор має у нижній частині лінзи  дренажні отвори з заглушками для  зливу води після гідравлічних випробувань  теплообмінника.

Труби в  решітках звичайно розміщують рівномірно по периметру правильних шестикутників, тобто по вершинам рівномірних трикутників (рис. 1.2, а), рідше застосовують розташування труб по концентричним колам (рис 1.2, б).

В окремих  випадках, коли необхідно забезпечити  зручність чистки зовнішніх поверхонь  труб, їх розташовують по периметрам прямокутників (рис 1.2, в). Усі зазначені способи  розміщення труб переслідують одну ціль – забезпечити можливість компактного  розміщення необхідної поверхні теплообміну  всередині апарата. В більшості  випадків найбільша компактність досягається  при розміщенні трубок по периметрам правильних шестикутників.

Рис. 1.2 –  Способи розміщення труб у теплообміннику

 

Труби  закріплюють у решітках  частіше розвальцюванням (рис. 1.3, а, б), при цьому особливо міцне з’єднання  досягається при наявності в  трубних решітках отворів з кільцевими канавками, що заповнюють метолом труби, в процесі її розвальцювання (рис. 1.3, б). Крім того використовують закріплення  труб зварюванням (рис. 1.3, в), якщо матеріал труби не піддається витяжки і  допустимо міцне з’єднання труб з трубної рішити, а також пайкою (рис. 1.3, г), застосовують для з’єднання головним чином мідних та латунних труб. Інколи застосовують з’єднання труб з решіткою за допомогою сальників (рис. 1.3, д), що допускають вільне повздовжнє переміщення труб і можливість їх швидкої заміни. Таке з’єднання дозволяє значно зменшити температурну деформацію труб, але є дуже складним, дорогим і недостатньо надійним.

Рис. 1.3 – Закріплення труб у трубних решітках

 

Розподільча камера представляє собою кришки, що обмежують корпус апарата по трубному простору з обох торців.

Розподільчі камери виконані з’ємними на фланцях, що позволяє чистити внутрішню поверхню труб.

Теплообмінник має також в між трубному просторі поперечні круглі з діаметрально чергуючими у них сегментними зрізами перегородки, діаметр яких менше внутрішнього діаметру кожуха і які встановлюються на рівній відстані один від одного. Ці перегородки забезпечують рух середовища у між трубному просторі поперек труб та поліпшують теплопередачу в ньому, та слугують для останніх одночасно ы проміжними опорами.

У міжтрубному просторі теплообмінника перед отворами штуцера, що підводять середовище передбачений відбійник. Відбійник призначений для попередження пошкодження прилягаючих труб від механічного впливу на них поступаю чого потоку робочої рідини та ерозії.

Теплообмінник має дві опори, що приварені.

 

1.3 Монтаж  теплообмінника

 

Заказник  повинен до початку монтажу теплообмінника організувати комісію із представників: заказника, заводу – виробника і  монтажної організації.

Комісія повинна визначити готовність теплообмінника до монтажу, при цьому перевірити:

 –  якість фундаменту і наявність  документів о прийманні фундаменту;

 –  дотримуватись правил зберігання  його до монтажу;

 –  справність упаковки теплообмінника;

 –  готовність приміщення де буде  монтуватися теплообмінник. Монтаж  теплообмінника відбувається в  підготовленому приміщенні з  температурою не нижче + 15 С;