96350

Проект теплообмінника для утилізації теплоти низькотемпературного джерела для контактного утилізатора

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Широке застосування мають пластинчасті теплообмінники, що пов’язано з багатьма характеристиками. Високі властивості теплопередачі пластинчатих теплообмінників дозволяють вирішувати задачі теплообміну з практично нульовим температурним напором. Різниця між середовищами нагріву і охолодження може складати лише один градус.

Украинкский

2015-10-05

575.5 KB

0 чел.

Анотація

В даному курсовому проекті спроектовано пластинчастий теплообмінник, який призначений для утилізації теплоти низькотемпературного теплоносія від контактного утилізатора теплоти відхідних газів водогрійних котлів.   

В проекті визначено потужність утилізатора Q=3 МВт, площу теплообміну,

зроблено розрахунок теплообмінника при різних швидкостях теплоносія, проведені розрахунки загального гідравлічного опору теплообмінника.  

Спроектований теплообмінник скомпоновано із стандартних гофрованих пластин ПР-0,5.   

Курсовий проект містить графічну частину спроектованого пластинчастого теплообмінника, що складається з: аркуш формату А1 - складальне креслення теплообмінника, аркуш формату А2 - складальне креслення пластини та  2 листа формату А3 - креслення деталей теплообмінника.


Вступ

На даному етапі наукового та технічного розвитку постала проблема збереження енергоресурсів, які вичерпуються.

Велика кількість техніко-економічних процесів в усіх галузях промисловості, житлово-комунальному господарстві, енергетиці реалізується при підведенні чи відведенні теплоти. Для цього використовують теплообмінні апарати різних конструкцій, такі пристрої працюють для передачі теплоти від гарячого теплоносія до холодного, тобто який потрібно нагріти. Як теплоносії використовують рідини, гази або пари.  

Широке застосування мають пластинчасті теплообмінники, що пов’язано з багатьма характеристиками. Високі властивості теплопередачі пластинчатих теплообмінників дозволяють вирішувати задачі теплообміну з практично нульовим температурним напором. Різниця між середовищами нагріву і охолодження може складати лише один градус. Це ідеальний засіб для утилізації низькопотенційної теплової енергії, яка є в різних рідинах.

Використання спеціальних матеріалів для виготовлення пластин і прокладок дає можливість застосовувати  пластинчасті теплообмінники в хімічній і нафтохімічній промисловості.

Широкий типорозмірний ряд постачаємих пластинчастих теплообмінників дозволяє задовольняти потреби в передачі тепла для любих користувачів. В області енергетики це дає можливість їх використання для різноманітних об’єктів: від невеликого теплового пункту до великої теплової або атомної електростанції.
Відмінні  гігієнічні показники забезпечують потребу пластинчатих теплообмінників в харчовій промисловості

Матеріали, з яких виготовляються пластини, використовуються різноманітні: від доступної і широко використовуємо нержавіючої сталі до різноманітних спеціальних сплавів, здатних працювати з агресивними рідинами (наприклад, титан).

Матеріали для виготовлення ущільнювальних прокладок також розрізняються  в залежності від умов використання пластинчастих теплообмінників. Стандартно використовуються прокладки з матеріалу EPDM. Ці прокладки розраховані на роботу з неагресивними до матеріалу прокладок середовищами з температурою до 150 °С. Для середовищ з більш високими температурами (до 180 ºС) використовуються прикладки з матеріалу Viton.

Важливою характеристикою таких теплообмінників є:

  1.  Економічність і простота обслуговування. При забрудненні  пластинчастий теплообмінник може бути розібраний, промитий і зібраний двома робітниками без спеціальної кваліфікації протягом 4-6 годин.
  2.  Низька забрудненість поверхні теплообмінника як наслідок високої турбулентності потоку рідини, що створює рифлення, а також якісної поліровки теплообмінних пластин.
  3.  Строк експлуатації першої одиниці, що виходить з ладу – ущільнюючої прокладки - у провідних європейських виробників досягає 10 років. Строк роботи теплообмінних пластин - 20-25 років . Вартість заміни ущільнень коливається  в межах 15-25% від вартості пластинчастого теплообмінника.
  4.   Вартість монтажу пластинчастого теплообмінника складає 3-5% від вартості обладнання.
  5.   Навіть теплоносій з заниженою температурою в системах теплопостачання дозволяє нагрівати воду в пластинчастому теплообміннику до необхідної температури.
  6.  Індивідуальний розрахунок кожного пластинчатого теплообмінника по оригінальній програмі заводу – виробника  дозволяє підібрати його конфігурацію у відповідності з гідравлічними і температурними режимами по обох контурах.

Використання нового технологічного обладнання – пластинчастих теплообмінників – дозволяє з економією першочергових витрат (20-30%) переходити на інші режими роботи. Досягається більш ефективне використання джерел енергії, підвищення їх ККД. Окупність модернізації об’єктів в теплоенергетиці коливається від 2 до 5 років, а в деяких випадках складає всього декілька місяців [1].

Мета курсового проекту: спроектувати теплообмінник для утилізації теплоти низькотемпературного джерела для контактного утилізатора.

Задачі даного курсового проекту: провести тепловий, конструктивний та гідравлічний розрахунки.


1 Аналіз об’єкту проектування

  1.  Аналіз початкових даних

Теплообмінник, що проектується, призначений для утилізації теплоти низькотемпературного теплоносія від контактного утилізатора теплоти відхідних газів водогрійних котлів. Схема утилізації теплоти відхідних газів від котла показана на рисунку 1.

                            tвг˝=55°С в димову трубу 

                                                                            t1′=50°C

               tвг′=140˚С

                                                                                              t2′=30°C

                                          t1˝=35°C

                                                                 t2˝=45°C

Рисунок 1 – Схема система утилізації теплоти

Дана схема працює за таким принципом: відхідні гази після водогрійного котла з температурою 140°С надходять в утилізатор теплоти, де охолоджуються до  температури 55°С, потім викидаються в димову трубу. В той час в утилізатор надходить та розпилюється вода з даного теплообмінника з температурою 35°С, де нагрівається до температури 50°С. Одночасно в теплообмінник з випарника теплового насосу надходить нагрівана вода з температурою 30°С, де нагрівається грійною водою до 45°С.

Цей теплообмінник призначений для нагріву води, яка надходить на випарник теплового насосу.

1.2 Вимоги до теплообмінників

Різноманіття  вихідних  даних  визначає  основні вимоги   до теплообмінних   апаратів [1]:

  1.  Апарат повинен забезпечувати визначену пропускну здатність для кожного з робочих середовищ при заданому рівні   гідравлічних   опорів.

  1.  Застосування конкретного типорозміру апарата повинне забезпечити передачу необхідної кількості теплоти з одержанням необхідних кінцевих температур робочих середовищ.
  2.  При заданому тепловому навантаженні й інших рівних вихідних параметрах робочих середовищ апарат повинний мати найменші габаритні розміри і найменшу металоємність, тобто процес теплообміну повинний протікати найбільш інтенсивно.
  3.  Процес теплообміну в апараті повинний протікати стабільно  в  часі  при  неминучих  змінах  фізичних  (а можливо,  і хімічних)   властивостей робочого середовища: в'язкості, щільності, теплопровідності, фазового стану  тощо.
  4.  Апарат повинен  мати  визначений   запас міцності, що гарантує його безпечну експлуатацію при механічних навантаженнях, що виникають як від тиску  робочих  середовищ, так і  внаслідок  температурних деформацій   різних   частин   теплообмінника.

6. Поверхня теплообміну  й  інші  елементи  конструкції   апарата,  омивані  робочими  середовищами,  повинні мати достатню стійкість до хімічного (агресивного) і ерозійного впливу протягом заданих термінів експлуатації.

7. При використанні робочих середовищ, що виділяють відкладення на поверхнях теплообміну, конструкція апарата повинна передбачати можливість періодичних оглядів поверхонь теплообміну, їх механічне або хімічне очищення.

При всій різноманітності вимог до теплообмінних апаратів у всіх випадках повинна виконуватися головна вимога — висока ефективність здійснюваного процесу передачі теплоти [1].

 


2 Вибір пластинчастого теплообмінника

2.1 Основні види пластинчастих теплообмінних апаратів та їх особливості

Теплообмінник (теплообмінний аппарат) — пристрій, в якому тепло передається від гарячого теплоносія до холодного (того, який треба нагріти). Як теплоносії використовують рідини, гази або пари. Теплообмінні апарати можуть використовуватися як для нагрівання, так і для охолодження. Їх використовують в технологічних процесах в нафтопереробній, нафтохімічній, хімічній, газовій та інших секторах промисловості. Їх також використовують в енергетиці і комунальному господарстві.

Існують такі типи пластинчастих теплообмінників:

  •  розбірні теплообмінники з клейовими або безклейовими ущільненнями;
  •  напівзварні і повністю зварні теплообмінники;
  •  паяні теплообмінники;
  •  теплообмінники, виготовлені методом пайки твердим припоєм.

    Розбірний пластинчастий теплообмінник стандартної конструкції містить сукупність гофрованих пластин, виготовлених з корозійностійкого матеріалу, що утворюють два канали для двох теплоносіїв (того, що гріють, й того, що нагріває), які беруть участь у процесі теплообміну. Пакет пластин, прикріплений до несучої балки, розміщається між опорною (нерухомою) і притискною плитою, і стягують болтами. Стандартна опорна плита, як правило, має чотири приєднання, по два для входу й виходу теплоносіїв. Притискна плита може не мати приєднань, мати два або чотири приєднання. Це обумовлено особливостями призначення апарата і його компонуванням. Несуча балка теплообмінника конструктивно буває консольною, двоопорною або іноді триопорною. Застосовують приєднання фланцевого або різьбового типу залежно від марки апарата й витрати теплоносіїв. Як матеріал для плит, несучої балки, болтів використовується вуглецева або оцинкована сталь, для патрубків приєднань застосовують нержавіючу й вуглецеву сталь, іноді титан. Болтові з'єднання оснащені спеціальною системою змащення з підшипникових коробок,розміщених з боку нерухомої плити рами теплообмінника [2].

Кожна пластина оснащена прокладкою з термостійкої гуми, що ущільнює з'єднання й направляє різні потоки рідин у відповідні канали. Середовища, що нагріває і яке нагрівають, завжди відділені одне від одного двома прокладками. Протікаючи по своєму каналу, кожне із середовищ має своє ущільнення. Причому, якщо все-таки виникнуть витоки, то вони будуть тільки назовні й, таким чином, змішування середовищ не допускається. Прокладки між пластинами встановлюються в основному без клею («кліпон») і іноді на ньому. Це дозволяє значно спростити обслуговування й експлуатацію апарата за рахунок мі-німальних працезатрат на заміну прокладок безпосередньо обслуговуючим персоналом.

Для розбірних апаратів у робочому положенні пластини з гумовими прокладками щільно притиснуті одна до одної, а для паяних - пластини спаяні у

пакети.

Таке конструктивне рішення дозволяє істотно підвищити уніфікацію виробів, забезпечує високу експлуатаційну надійність і мінімальний час на чистку та ремонт. У тих випадках, коли по одній із сторін необхідно забезпечити високий тиск теплоносія або забруднення поверхні можливо тільки з боку одного теплоносія, застосовують апарати, що складаються з попарнозварених пластин.

Паяні теплообмінні апарати мають пакет пластин, які спаяні між собою і утворюють два канали, як і в розбірних теплообмінниках. Особливість конструкції дозволяє використати їх при високих тисках теплоносіїв у процесі теплообміну, а також для агресивних середовищ.

Напівзварні теплообмінні апарати являють собою комбінацію розбірної й звареної конструкції. У них по одному з каналів (теплоносієві) апарат є звареним, тобто пластини зварені між собою, а по іншому - розбірним: пластини з'єднані через прокладки. Найпоширеніше застосування таких апаратів для досить чистих середовищ, що не викликають сильних забруднень поверхні теплопередачі, які до того ж, можуть бути легко вилучені за допомогою хімічного промивання [2].

2.2  Обгрунтування вибору конструкцій теплообмінника

При виборі між пластинчастими і кожухотрубними теплообмінниками кращими є пластинчасті, коефіцієнт теплопередачі у них більш, ніж у три рази вище, ніж у традиційних кожухотрубних. Крім того, коефіцієнт корисної дії пластинчастих теплообмінників становить 90-95 %, а займана площа в 3-4 рази менше, ніж у кожухотрубних.

Пластинчасті теплообмінники, обладнані автоматикою, надійною арматурою та іншими засобами, що дозволяють знизити кількість теплоносія, який використовують на нагрівання води. А значить, і діаметри трубопроводів і запірно-регулюючої арматури, знизити навантаження на насоси і, відповідно, зменшити споживання електроенергії і т.д.

Високі властивості теплопередачі пластинчатих теплообмінників дозволяють вирішувати задачі теплообміну з практично нульовим температурним напором. Різниця між середовищами нагріву і охолодження може складати лише один градус. Це ідеальний засіб для утилізації низькопотенційної теплової енергії, яка є в різних рідинах.

Використання спеціальних матеріалів для виготовлення пластин і прокладок дає можливість застосовувати  пластинчасті теплообмінники в хімічній і нафтохімічній промисловості.

Широкий типорозмірний ряд постачаємих пластинчастих теплообмінників дозволяє задовольняти потреби в передачі тепла для любих користувачів. В області енергетики це дає можливість їх використання для різноманітних об’єктів: від невеликого теплового пункту до великої теплової або атомної електростанції.
Відмінні  гігієнічні показники забезпечують потребу пластинчатих теплообмінників в харчовій промисловості.

Незважаючи на велику кількість фірм-виробників пластинчастого теплообмінного устаткування, таких як «Альфа Лаваль» (Швеція), AVP (Данія),

SWEP(Швеція), GEA (Німеччина), Павлоградхіммаш, «Содружество-Т» (Україна) і інші, виробництво й номенклатура пластинчастих теплообмінників безупинно росте. Унікальність конструкції пластинчастих теплообмінників у порівнянні з іншими типами теплообмінного устаткування полягає в тому, що вона дозволяє істотно знизити енергоспоживання при досить низькій ціні апаратів, простоті обслуговування й монтажу.

До основних переваг використання пластинчастих теплообмінних апаратів можна віднести такі:

  •  висока теплова ефективність при близькому температурному наближенні, наприклад для повного протитоку допускається різниця температур на виході близько 1 °С;
  •  можливість швидкого перенастроювання шляхом додавання або зменшення кількості пластин у пакеті в межах наявної конструкції апарата;
  •  компактність і мінімальний простір для сервісного обслуговування;
  •  простота обслуговування, можливість швидкого розбиранняй промивання розчином, що чистить;
  •  менші капіталовкладення за рахунок меншої матеріалоємності, меншої площі й відсутності необхідності спеціального фундаменту для установки;
  •  ідентична геометрія каналів у сукупності з високим коефіцієнтом теплопередачі дозволяє зменшити витрату теплоносія, вартість труб, запірних арматур, насосів;
  •  високолегована сталь і синтетичний матеріал прокладок незабруднюють продукт [3].

2.3 Особливості вибору конструктивних матеріалів

Матеріали, з яких виготовляють частини теплообмінників, повинні задовольняти такі умови: надійність, ефективність, безпечність, простота в обслуговуванні  та монтажі.

Для виготовлення пластин більшість фірм виробників використовують нержавіючу сталь AISI 316 і AISI 304, 12Х18Н10Т,10Х17Н13М2Т, титан, аллой 20/18/6, графітові композиції й інші матеріали [4].

Ущільнюючі гумові прокладки розміщаються в пазах пластин, розташованих уздовж зовнішньої крайки. Вони виготовляються з однорідного матеріалу одним куском і мають у перетині спеціальну форму. Як матеріал прокладок застосовують термостійку гуму марок EPDM, NBR, HNBR, G-viton, СУ-359, ІРП-1225, ІРП-1377і т.д. Прокладка має такі розміри, що виступають над висотою гофри пластини. При стягуванні пакета прокладки деформуються й забезпечують герметичність каналів. У канавки пластин прокладки встановлюються двома способами: без клею й з використанням двокомпонентного епоксидного клею, що вулканізує. При установці без клею прокладки укладаються в канавки пластини й фіксуються спеціальними кліпсами ("Clip-on"). Такий спосіб рекомендується,

якщо експлуатація апарата не передбачає частих розбирань для очищення. Клейова установка передбачає вклеювання прокладок у пази й рекомендується, якщо передбачається часте розбирання апарата для чищення. Матеріал прокладок витримує температуру до 150-160°С, у деяких спеціальних випадках використовують для прокладок матеріал, що витримує 200°С.

Характеристики ущільнюючих матеріалів наведені в таблиці 2.1.

  Таблиця 2.1 – Характеристика ущільнюючих матеріалів

Матеріал ущільнення

Робоча температура

Застосування ущільнень

Nitryl (NBR)

-25 – 125 °C

Молочні продукти, сік, пиво, вино, рослинна олія, теплотехніка

Nitryl модифікований (HY NBR)

-25 – 155 °C

Рослинні олії

EPDM

-30 – 150 °C

Харчова промисловість, хімічна, теплотехніка з використанням пару

EPDM HT

-30 – 160°C

Для зазначених вище з більшою температурою

Butyl

-40 – 160°C

Харчова, хімічна промисловість

Butyl HT

-40 – 175°C

Для зазначених вище з більшою температурою

Hypalon

-40 – 120°C

Хімічна промисловість

Viton (FPM-B)

-40 – 175°C

Харчова промисловість, рослинні, мінеральні масла, з великою стійкість до температури

Viton (FPM-G)

-40 – 230°C

Хімічна промисловість з великою стійкістю до кислот і лугів

Для спеціальних повністю зварних апаратів тих, що призначені для роботи з особливо агресивними середовищами при високих значеннях тиску — від повного вакууму до 40 атм., і температури — від -50 до 350°С. Як матеріал пластин використовують нержавіючу сталь AISI 316 і AISI 316L, титан, нікель, хастелой [5].

3 Проектний розрахунок

3.1 Аналіз вихідних даних та розробка технічних вимог до об’єкту проектування

Теплообмінник, що проектується призначений для утилізації теплоти низькотемпературного теплоносія від контактного утилізатора теплоти відхідних газів водогрійних котлів.

Розрахунки витратних режимів та потужності контактного утилізатора та проектуємого теплообмінника представлено в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 Розрахунок контактного економайзера та визначення потужності утилізації

Вихідні дані

Позначен-ня

Одиниці

вимірюван-ня

Формула

Значення

1

2

3

4

5

Витрата робочого палива на котел

Вр 

м3 

з розрахун-ку парового котла

1,3

Коефіцієнт надлишку повітря

- 

 Те ж

1,2

Теоретичний об’єм димових газів при спалюванні 1м3 робочого пали-ва

V0

 м33 

 Те ж

9,43

Обємна витра-та димових газів 

vг

 м3 

Вр     V0

3,439

Температура відхідних газів за контактним економайзером

t`вг 

 

 задаємось

80

Продовження таблиці  3.1

1

2

3

4

5

Температура відхідних газів за котлом

tвг 

 

з розрахунку парового котла

140

Питома теплоємність газів

c

кДж/(кгК)

  з розрахунку парового котла

1,76

Потужність утилізатора теплоти від-хідних газів з котла

Qут

МВт

vгcpг( tвг-         -tвг`)0,001

0,726

Теплота згорання робочого палива

Qрн

МДж/м3

      з розрахунку парового котла

34,7

Нижча теплота згорання умовного  палива

Qрну

МДж/м3

 

29,3

Питомий об’єм водяної пари

rH2O

м33 

    з розрахунку парового котла

2,146

Потужність за рахунок конденсації водяних парів

Qк

МВт

rH2O1,5    (2500-2,33t`вг)0,001

2,229

Температура води на вході в утилізатор

t11 

задаємось 

35

Продовження таблиці  3.1

1

2

3

4

5

Температура води на виході з утилізатора

T12

задаємось  

50

Загальна поту-жність утиза-торів

∑Qут

 

МВт

Qут +Qк

2,956

Масова витрата води через ути-лізатор

G1

кг/с

Qут/(t11- t12) 

47,766

Потужність пластинчастого теплообмінника

Qто

МВт

G14,19( t22-

-t21)

3,0

Температура нагріваної води на вході в пла-стинчастий ТА

t21

задаємось

30

Температура нагріваної води на виході з ТА

t22

задаємось

45

Технічні вимоги: 

1.Теплова потужність Q=3МВт;

2. Витрата нагрівальної води G1=47,766(кг/с);

3. Температура грійної води на вході  t11=35(0С);

4. Температура грійної води на виході  t12 =50(0С);

5. Температура води, що нагрівається, на вході  t21=30(0С);

6. Температура води, що нагрівається, на виході  t22=45(0С).

Тип гофрованої пластини: ПР-05Е.

            Геометричні розміри пластин і типи каналів:

Площа теплообміну одної пластини .

Еквівалентний діаметр міжпластинного каналу, .

Площа поперечного перерізу одного каналу .

Діаметр умовного проходу кутового отвору  (мм).

Довжина каналу (приведена) (м).

3.2 Тепловий розрахунок

Розрахунок для швидкості w=0,137 м/с.

Теплофізичні властивості для грійної води з довідника [3] при середній температурі:   

t1=0,5·(t11+t12)=0,5·(35+50)=42,5 (ºC)

  •  густина ;
  •  коефіцієнт теплопровідності ;
  •  кінематична в'язкість  ;
  •  критерій Прандтля ;

Теплофізичні властивості нагріваної води  з довідника [3] при середній температурі:

t2=0,5·(t21+t22)=0,5·(30+45)=37,5 (ºC)

–    густина  ;

–    коефіцієнт теплопровідності ;

–    кінематична в'язкість  ;

  •  критерій Прандтля .

Середній температурний напір:

–   схема потоків для протитоку

ºС      _____    ºС;

ºС      _____     ºС;

 

–   менша різниця температур  

  Δtм=t22–t11, [ºC]             (3.1)

,

  •  більша різниця температур

 (3.2)

                                           

           ,

           –   середня різниця температур

                   Δt=(Δtбtм)/2 C]                                              (3.3)  

                                       

.

Приймаємо: значення коефіцієнтів теплопередачі α12=2500Вт/(м2∙К), значення коефіцієнтів гідравлічного опору ξ12=2,58, температуру стінки , гідравлічні втрати ∆Р1=∆Р2=120кПа.

Швидкість руху грійної води в каналах теплообмінника  

(3.4)

.

Розрахунок для швидкості теплоносіїв w1=w2=0,137 м/с.

Критерій Рейнольдса для грійної води

                                                       (3.5)


.

Критерій  Нусельта для грійної води

                               (3.6)

  

де критерій Прандтля ;


.

Коефіцієнт  тепловіддачі  від грійної води до стінки

                                  (3.7)


.

Швидкість руху води, яка нагрівається  в каналах теплообмінника

                                 (3.8)


.

Критерій Рейнольдса для води, яка нагрівається

                                           (3.9)

.

Критерій  Нусельта для води, що нагрівається

(3.10)

.

Коефіцієнт  тепловіддачі  від стінки до води, що нагрівається

(3.11)

.

Термічний опір стінки (із сталі марки 12х18Н10Т) при її товщині

                                        (3.12)


.

Коефіцієнт теплопередачі

(3.13)

.

Площа поверхні теплообміну апарата

  

(3.14)

.

3.3 Конструктивний розрахунок

Проведено розрахунок ТА для швидкостей теплоносіїв w1=w2=0,137 м/с.

Об’ємна витрата грійної води

(3.15)

Масова витрата води, що нагрівається

(3.16)

Об’ємна витрата  води, що нагрівається

(3.17)

 

Площа поперечного перерізу пакета

- по стороні ходу грійної води

(3.18)

.

-по стороні ходу води, яка нагрівається

(3.19)  

                                         


.

Число каналів в одному пакеті:

  •  для грійної води

(3.20)                                          


,

Приймемо ( шт.);

  •  для води, яка нагрівається

(3.21)                                            


,

Приймемо  (шт.)

Число пластин в одному пакеті

  •  для води, яка нагрівається

(3.22)

,

  •  для грійної води

(3.23)

.  

Площа теплообміну одного пакету

  •  для води, яка нагрівається

(3.24)                                     


,

– для грійної води

(3.25)                                         


.

Кількість пакетів в апараті

               (3.26)                             


.

Приймаємо z=1.

Фактична площа поперечного перерізу пакета

  •  по стороні ходу грійної води і води, яка нагрівається

 

(3.27)                                       


.

Фактична швидкість руху води, яка нагрівається, в каналах теплообмінника

   (3.28)

.

Фактична швидкість руху грійної води

                                            (3.29)


.

3.4  Гідравлічний розрахунок

Проведемо розрахунок при швидкості w=0,137 м/с.

З попередніх розрахунків визначено фактичну швидкість грійної води і води, яка нагрівається, в каналах теплообмінника

;  .

Критерій Рейнольдса відповідно для води, яка гріється та нагріває

;  .

Коефіцієнти загального гідравлічного опору одиниці відносної довжини    каналу  

 

(3.30)

(3.31)

.

Гідравлічний опір пакетів пластин

(3.32)

,

(3.33)

Перевіримо швидкість руху теплоносіїв в штуцерах

  (3.34)

,

 

(3.35)

.

Так як швидкості теплоносіїв в штуцерах менше допустимих 2,67>2,5 (м/с), то місцевий опір штуцерів враховано при розрахунку  і .

Загальні гідравлічні опори теплообмінника

  •  для грійної води

;

  •  для води, яка нагрівається

.

Відношення заданих напорів до розрахункових

,  (3.36)

. (3.37)

Додатково враховуємо для насосу втрати тиску в мережному трубопроводі .

Потужність, необхідна для подолання гідравлічних опорів при протіканні

     ,     (3.38)


    

(3.39)                                    

Проведемо розрахунок для швидкості w=0,137·2 м/с, використовуючи формули 3.32 – 3.39.

Гідравлічний опір пакетів пластин

,

Перевіримо швидкість руху теплоносіїв в штуцерах

     ,

.

Так як швидкості теплоносіїв в штуцерах менше допустимих 2,67>2,5 (м/с), то місцевий опір штуцерів враховано при розрахунку  і .

Загальні гідравлічні опори теплообмінника

  •  для грійної води

;

  •  для води, яка нагрівається

.

Відношення заданих напорів до розрахункових

            ,

 

.

Додатково враховуємо для насосу втрати тиску в мережному трубопроводі .

Потужність, необхідна для подолання гідравлічних опорів при протіканні


                                     

                         

3.5 Обгрунтування вибору виробу

Таблиця 3.2 – Результати розрахунків

Варіанти

w, м/с

К, Вт/(м2·К)

F, м2

ΔР1, Па

ΔР2, Па

1

2

3

4

5

6

Продовження таблиці 3.2

1

2

3

4

5

6

1

0,137

2171

86,28

4624,8

4504,61

2

0,274

2171

86,28

18499

18018

Результати розрахунків ТА для різних швидкостей теплоносіїв наведені в таблиці 3.2.

Як видно з таблиці 3.2 при швидкості w=0,137·2 гідравлічні опори збільшуються.

4 Вибір допоміжного обладнання

Насос - машина в якій проходить перетворення механічної енергії приводу в гідравлічну енергію перекачуваної рідини, завдяки чому здійснюється її потік. За принципом дії насоси поділяються на об’ємні, лопатеві та струминні.

Принцип дії об’ємних нагнітачів заснований на примусовому виштовхуванні об’єму робочого тіла з замкненої камери. До об’ємних нагнітачів відносяться поршневі, роторні, діафрагмові.

Лопатеві нагнітачі в залежності від форми робочого колеса і характеру протікання в них робочого тіла поділяються на відцентрові, вісьові, вихрові.

В струминних нагнітачах використовується кінематична енергія підведеного потоку робочого тіла. До них відносяться ежектори, інжектори та тарани.

Параметри для грійної води:

   –   об’ємна витрата грійної води в теплообміннику V1=173,5 м3/год,

  •  загальні гідравлічні втрати ,

Параметри для нагріваної води:

    –   об’ємна витрата нагріваної води в теплообміннику V2=172,8 м3/год,

   –   гідравлічні втрати в теплообміннику,

Отже, підберемо два центробіжних моноблочних насоси 6К–8 з фланцевими розтрубами NM 80/16 ЕE, в яких подача – 192 м3/год, створюваний напір – 0,325 МПа, електрична потужність двигуна – 30 кВт, ККД – 60 %.


5 Порівняння показників розробленого апарата з існуючими аналогами

В таблиці 5.1 представлені порівняльні характеристики різних типів рекуперативних теплообмінних апаратів [4].

Таблиця 5.1 Порівняльні характеристики рекуперативних теплообмінників

Тип ТА

Компактність та металоємність ТО

Поверхня на одиницю об’єму, м23

Маса на 1м2 поверхні, кг/м2

Трубчаті

Кожухотрубні

18-40

35-80

Секційні

4-15

175-200

Пластинчаті

Штамповані-хвилясті та сферичні

300-600

5-10

Ребристі

Трубчаті з ребрами

300-575

2-4

 

Спроектований теплообмінник має таке співвідношення між його площею теплообміну та об’ємом (показник компактності)

.

Співвідношення між масою та площею теплообміну(показник металоємності)

.

Отже, отримані значення входить в діапазон значень характерних для даного типу теплообмінних апаратів, тому його можна вважати компактним, і за масогабаритними характеристиками він не поступається існуючим аналогам.


6 Контрольно-вимірювальні прилади

Для контролю параметрів теплообмінника необхідно застосовувати манометри  та термометри.

Манометр треба вибирати з такою шкалою, щоб межа вимірювання робочого тиску знаходилась у другій третині шкали. На шкалі манометра власником посудини має бути нанесена червона риска, яка вказувала б на робочий тиск посудини. Замість червоної риски дозволяється прикріплювати до корпуса манометра металеву пластинку, пофарбовану в червоний колір і щільно прилягаючу до скла манометра [5].

Манометр повинен бути встановлений так, щоб його покази можна було чітко бачити обслуговуючому персоналу.

Підберемо чотири термометри для вимірювання температури грійної та нагріваної води на вході і виході з теплообмінника прямого виконання №4, типу  П-41-240-160 з діапазоном вимірювань від 0°С до 100°С з ціною поділки 1°С, 2 манометри типу М-60 з корпусом діаметром 60 мм з класом точності 1,5 діапазон вимірювань від 0,1 до 0,25 МПа.


7 Заходи з охорони праці

 

Вимоги до техніки безпеки наведені в галузевих правилах, вони підлягають реєстрації в органах Держохоронипраці України. Нагляд за такими об’єктами організовує керівник підприємства, який несе відповідальність за безпечну експлуатацію та виконання ремонтних робіт. Для своєчасного виявлення можливих дефектів обладнання, що працює під тиском, воно підлягає технічному засвідченню, перед запуском в роботу, періодично і позачергово. Перед запуском у роботу такі апарати мають бути оглянуті органами Держтехнагляду охорони праці України, які їх реєструють і видають дозвіл на експлуатацію. Періодичне технічне опосвідчення існує двох видів:

-зовнішній та внутрішній огляд один раз на чотири роки.

-гідравлічне випробування один раз на вісім років [6].

Проект і технічні умови на виготовлення посудин погоджують в порядку, встановленому вище вказаною організацією. На корпусі апарату прикріплюють пластину на якій нанесені паспортні дані:

-назва підприємства-виробника, номер, рік виготовлення, робочий та пробний тиск і допустима температура стінки.

Апарат обладнують запірною арматурою, приладами для вимірювання тиску і температури середовища. Манометри повинні мати клас точності 2,5, і таку шкалу, щоб межа вимірювання тиску знаходилась в першій третині шкали. Перевірку манометрів та їх опломбування проводять один раз в рік, а через шість місяців проводять перевірку контрольними манометрами [7].

Апарати, що працюють під тиском, являють собою герметично закриті ємності, призначені для проведення хімічних і теплових процесів, а також для збереження і перевезення стиснутих і розчинених газів і рідин, що знаходяться під надлишковим тиском.

Значна частина теплового  устаткування; теплообмінники, випарні апарати, перегінні куби, колони, абсорбери й інше устаткування — відноситься до посудин, на які поширюються правила Держтехнагляду.

Апарати і їхні елементи, що працюють під тиском, повинні виготовлятися на підприємствах, що мають у своєму розпорядженні технічні засоби, що забезпечують якісне їхнє виготовлення в повній відповідності з вимогами норм, технічних умов, ДСТУ і правил техніки безпеки. Кожен апарат, виготовлений по затвердженому проекту, поставляється заводом-виробником замовнику з паспортом і інструкцією з його монтажу і безпечної експлуатації. Конструкція повинна бути надійної, забезпечувати безпеку при експлуатації і передбачати можливість огляду, очищення, промивання, продувки і ремонту. Внутрішні пристрої в апаратах: змійовики, мішалки, перегородки й інші пристосування, що перешкоджають внутрішньому огляду апаратів, — повинні бути, як правило, знімальними.

Кожухи, застосовувані для зовнішнього чи обігріву охолодження апаратів, дозволяється виготовляти знімальними чи приварними. Конструкція апаратів, що обігріваються гарячими газами, повинна забезпечувати надійне охолодження стінок, що знаходяться під тиском, до розрахункової температури. Апарати, призначені для збереження і переробки речовин, що мають токсичні чи вибухонебезпечні і пожежонебезпечні властивостями, повинні виготовлятися за технологією, що забезпечує високу герметичність і міцність зварних швів. Контроль зварних з'єднань здійснюється ультразвуковою дефектоскопією і просвічуванням рентгенівськими чи гама променями .

Крім того, зварні шви повинні піддаватися механічним і металографічним дослідженням з метою перевірки їхньої міцності і пластичних характеристик. При механічному випробуванні проводять перевірку зразків на статичне розтягання чи згин, сплющування і на ударну в'язкість.

Усі апарати після виготовлення піддаються гідравлічному випробуванню на пробний тиск. Час витримки посудини під пробним тиском з товщиною стінки до 50 мм складає не менш 10хв; 50—100мм — не менш 20хв; більш 100мм — не менш 30хв; литого і багатошарового незалежно від товщини стінки — не менш   60 хв.

Для гідравлічного випробування апаратів застосовують воду з температурою не нижче 5 і не вище 40 °С. Вимір тиску роблять по двох перевірених манометрах, один із яких контрольний.

Апарат вважається таким, що витримав гідравлічне випробування, якщо не виявлені ознаки розриву, течі і видимих залишкових деформацій. Установка апаратів у виробничих приміщеннях повинна забезпечувати можливість огляду, ремонту й очищення їх як із внутрішньої, так із зовнішньої сторони. Установка посудин повинна виключати небезпеку їхнього перекидання. Для зручності обслуговування використовують платформи і сходи. Для керування роботою і забезпечення нормальних умов експлуатації апарати повинні мати прилади для виміру тиску і температури середовища, запірну регулюючу арматуру, а також пристрою для забезпечення безпечних умов експлуатації.

Апарати, що працюють під тиском, повинні забезпечуватися не менш ніж одним запобіжним клапаном; у тому випадку, коли пропускна здатність одного клапана недостатня, рекомендується застосовувати паралельно працюючі запобіжні клапани. Установка яких-небудь запірних арматур між апаратом і запобіжним пристроєм не допускається.

Перед установкою і пуском в експлуатацію запобіжні клапани (пружинні, важільно-вантажні) регулюють на допустимий тиск.

Пристрій запобіжного клапана повиннен забезпечувати герметичність шляхом притиснення клапана до сідла з визначеною силою. Кожен запобіжний клапан повиннен мати пристосування чи важіль для примусового відкриття клапана під час роботи з метою перевірки. У випадку, коли середовище, що скидається, вирізняється чи шкідливістю токсичністю, пристрій для примусового підйому клапана не застосовується. Скидання газів і парів від запобіжних клапанів, установлених на апаратах, можна відводити в атмосферу тільки за умови, що вони не мають токсичні властивості і не забруднюють атмосферу.

Дозвіл на пуск і роботу апаратів, що не підлягають реєстрації в органах Держтехнагляду, видається особою, призначеним наказом по підприємстві для здійснення нагляду за апаратами[7].


8
Аналіз ресурсо- і енергозберігаючих засобів

Економія робочого палива в котельні при використанні утилізатора

                            (8.1)

.

Річна економія робочого палива

   (8.2)

.

Економія умовного палива

              (8.3)


Висновки

 

В  даному  курсовому  проекті  спроектовано  водоводяний  пластинчастий  теплообмінник, який призначений для утилізації теплоти низькотемпературного теплоносія від контактного утилізатора теплоти відхідних газів парових котлів. Вода, що підігрівається в теплообміннику з 70 до 90˚С використовується для опалювання житлових приміщень, гарячого водопостачання тощо.

Проведено  тепловий,  конструктивний  та  гідравлічний   розрахунки,  в  результаті  яких  визначено:

  •  площа  теплообміну F=86,28(м2);
  •  кількість  пакетів  теплообмінника z=1(шт.);
  •  втрати напору  грійної  води ΔP1 = 18499(Па);

                   –   втрати напору води,  що  нагрівається ΔP2= 18018(Па).

Здійснено також підбір допоміжного обладнання нагнітачів, манометрів та термометрів, проаналізовано заходи з охорони праці.

Оцінено очікувану економію робочого палива від впровадження теплообмінника-утилізатора, яка становить ΔВр=0,109(м3/с), або ΔВрічне=3437,4(тис.м3/рік).


Список літератури

  1.  Ильченко О. Т. Теплоиспользующие  установки  промышленных  предприятий / О. Т. Ильченко. Харьков: Высшая  школа, 1985. – 384 с.
  2.  Промышленная теплоенергетика и теплотехника: Справочник / [А. М. Бакластов, В. М. Бродянский, Б.  П. Голубев и др.]; Под общ. ред. В. А. Григорьева и

В. М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1983. – 552 с.

  1.  Чепурний М. М. Розрахунки тепломасообмінних апаратів / М. М. Чепурний,  С. Й. Ткаченко. – Вінниця: ВНТУ, 2001. – 130 с.
  2.  Бакластов А. М. Проектирование монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок  / А. М. Бакластов. – Москва: Энергия, 1970. – 568 с.
  3.  Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т 3 /           В. И.Анурьев. – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.
  4.  Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. / Е. Я. Соколов.   М.: Энергия, 1975. – 376 с.
  5.  Марочник сталей и сплавов / [В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова,

С. А. Вяткин и др.];  Под общ. ред. В. Г.Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. -  640 с.

 


Додаток А
 

(обов’язковий)

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут будівництва, теплоенергетики та газопостачання

Затверджую

Керівник, доцент, к.т.н.

___________Остапенко О. П.

‘’____’’____________2014 р.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

На розробку пластинчастого теплообмінника

1 Область застосування теплообмінника – теплоенергетика

2 Основа для розробки – робочий навчальний план дисципліни ТТПУ

3 Мета та призначення розробки: а) мета розробки – отримання практичних навичок розрахунків; б) призначення розробки – навчальний курсовий проект з дисципліни ТТПУ

4 Джерела розробки – індивідуальне завдання на курсовий проект з дисципліни ТТПУ, літературні, патентні та інші технічні матеріали з розрахунку теплообмінників.

5 Технічні вимоги

5.1 Потужність........................................................................................ ............3 МВт

5.2 Температура грійної води на вході в теплообмінник ................................. 35оС

5.3 Температура грійної води на виході з теплообмінника ............................. 45оС

5.4 Температура нагріваної води на вході в теплообмінник ............................30оС

5.5 Температура нагріваної води на виході з теплообмінника ........................50оС

6 Стадії та етапи розробки теплообмінника включають елементи технічної пропозиції, ескізного та технічних проектів

Крайні терміни виконання КП  ’’_____’’________________2014 р.

Початок розробки          ’’_____’’________________2014 р.

Коректування технічного завдання допускається з дозволу керівника проекту

Розробив студент групи ТЕ-11               ________________        


4

5

6

6

6

ПК

Випарник теплового  насосу

7

8

8

9

1000

10

11

12

13

14

15

16

17

18

 18

21

 19

22

20

20

21

 22

 23

32

34

 24

 25

 26

 27

 28

 29

30

31

32

39

33

 34

41

 35


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52343. Фантазія і творчість у роботі архітекторів 4.35 MB
  Мета уроку: Розширити уявлення про дизайн, ознайомити з наукою біонікою та показати її значення в житті людей. Спонукати до пізнання законів природи, пошуку біонічних форм. Навчити створювати контурні замальовки спрощених природних форм.
52344. Охорона біосфери 163 KB
  Тема уроку Охорона біосфери Мета: закріпити знання про біосферу як екологічну систему іі складові основні її властивості узагальнити і розширити знання учнів про напрямки діяльності людини по охороні біосфери заповідний фонд України познайомити з концепцією сталого розвитку складовими екоцентричної та антропоцентричної структури свідомості; вдосконалювати навички порівнювати робити висновки; розвивати навички вирішувати екологічні ситуації самостійно готувати матеріал до уроку створювати мультимедійну...
52345. Вплив людини на стан біосфери 162.5 KB
  МЕТА: Освітня: Розвивати вміння знаходити взаємозв’язки між діями й наслідками діяльності людини. Обладнання: Інтерактивна дошка слайди презентації фотографії з позитивним і негативними прикладами впливу людини на стан біосфери вірші про природу. Концепція уроку: Показати що діяльність людини стала провідним екологічним фактором на планеті й що зростання населення Землі призвело до демографичного вибуху перенаселеності й екологічних проблем; описати основні природні ресурси й наголосити на проблемі їхнього раціонального використання.
52346. Природные формы и явления. Выполнение творческой работы по представлению «Жар-птица» 407 KB
  Восприятие форм и цветных соотношений в природе. Воссоздание цветовых соотношений фактуры и текстуры в естественных формах в работе по воображению Жар-птица. Цель: Расширять знания о колорите палитре о теплых и холодных цветах цветовых ассоциациях; ознакомить с элементарными правилами рисования на компьютере. Развивать фантазию образное мышление чувство цвета умение передавать в колористической композиции чувства настроение фантазию образное мышление; уметь применять знания о цвете художественные техники и приемы...
52347. Обобщение темы «Птицы» 38.5 KB
  Цель: обобщить знания по теме Птицы проверить усвоение знаний об особенностях строения птиц раскрыть их значение в жизни природы и человека совершенствовать умения анализировать делать выводы работать с таблицами дополнительной литературой. Оборудование: таблица Птицы разных экологических групп таблица для Поля чудес сообщения детей Девиз: Птицы – наши...
52348. MY LAST BIRTHDAY PARTY 52 KB
  We are having an unusual lesson today. We have a lot of guests today and also a lot of interesting tasks to do. So, today we are going to speak about your favourite holiday, about birthday.
52349. AT A BIRTHDAY PARTY 93 KB
  To consolidate the previously learnt vocabulary and teach creative writing on the bases of greeting sentences and making birthday postcards. To develop skills and habits in listening, reproductive reading and speaking; To educate cultural awareness and rules of social behaviour.
52350. Порядок державної реєстрації суб‘єктів підприємницької діяльності 514 KB
  Виховна ціль: Формувати у особистості: почуття відповідальності за доручену справу; любов до майбутньої роботи в галузі підприємницької або бізнесової діяльності; сучасне економічне мислення; уміння орієнтуватися в умовах ринкових відносин; уміння самостійно приймати рішення. Завдання № 2 Визначити основні документи які необхідні для здійснення державної реєстрації юридичної особи та описати порядок державної реєстрації в залежності від запропонованої організаційноправової форми. ІІ рівень...