Проект теплообмінного апарату типу «труба в трубі» для нагрівання води на технологічні потреби підприємства

d_з = 0,038 + 2 · 0,004 = 0,045 м

Визначення  внутрішнього діаметру зовнішньої труби

                                      

ω  – швидкість  води в трубі = 20 м/с 

 м

За ГОСТом приймаємо Dв = 108 х 4 мм

Визначення  числа елементів теплообмінника

                                        

l - довжина труби одного змійовика  = 3 м

 

 

Діаметр патрубків для  входу і виходу продукту

 м

За ГОСТом приймаємо dпрод = 38 х 3,5 мм

Діаметр патрубків для  входу гріючої пари

 м

За ГОСТом приймаємо dпари = 219 х 6 мм

Діаметр патрубків  для входу конденсату

                      

Швидкість конденсату w_к = 20 м/с

 м 

Приймаємо за ГОСТом dконд=300 х 6 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.Гідравлічний розрахунок

 

Цей розрахунок потрібний  для визначення потужності насосів  для підкачування води, а також для встановлення оптимального режиму роботи теплообмінника.

Перевіряємо умову вибору рівняння для розрахунку коефіцієнта тертя λ.

Так як Re> 500 dв/Δ,

де Δ – абсолютна  шорсткість  0,01 мм. Коефіцієнт опору  тертя розраховуємо за формулою:

Приймаємо слідуючи місцеві опори на шляху руху води:

                               ∑ξ = ξ_вх + (n-1)ξ_пов + ξ_вих,

де ξ_вх – вхід в трубу = 1

ξ_вих -  вихід з труби = 1;

ξ_пов - поворот через коліно = 0,5

∑ξ = 1 + (8-1)·0,5 + 1 = 5,5

Знаходимо повний гідравлічний опір, який складається із втрат тиску на подолання опору тертя і на подолання місцевих опорів:

де λ –  коефіцієнт опору тертя;

L – довжина труби = 24 м;

d – діаметр труби = 0.038 м;

ρ - густина води = 991 кг/м^3;

 

 

 

w – швидкість руху  води = 0,9 м/с;

Потужність, що потрібна для  переміщення теплоносія через апарат:

                              

де  η –  коефіцієнт корисної дії насоса, який приймаємо рівним 0,8

 кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Розрахунок  теплової ізоляції

 

     Теплова  ізоляція – один із основних  факторів, які необхідні для безпечної,  продуктивної та економічно вигідної  роботи теплообмінника.

Для розрахунку теплової ізоляції приймаємо наступні значення:

t_і = 35ºС – температура на поверхні ізоляції;

t_п = 20ºС – температура повітря;

t_а = 102ºС – температура в апараті.

λ = 0,035 –  коефіцієнт теплопровідності для теплової ізоляції.

Знаходимо сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:

                                 α = 9,76 + 0,07 ( t_і – t_п )

α = 9,76 + 0,07 ( 35 – 20 ) = 10,81 Вт/м²·К

Товщина теплової ізоляції:

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5Техніко - економічні показники роботи апарата

 

Визначаємо  амортизаційні витрати

                                        К_а = F · С_f · а,

де F – площа  теплообміну;

С_f – вартість 1 м² поверхні теплообміну апарата, яка складає 1800 грн/м²;

а – річна  частина амортизаційних відрахувань, яка становить 10%.

К_а = 2,86 · 1800 · 0,1 = 515,6 грн/рік

Визначаємо експлуатаційні витрати

                                       К_е = N · Се · τ,

де N – потужність електродвигуна насоса;

С_е – вартість 1 кВт·год електроенергії, яка становить 1,19грн/(кВт·год);

τ – кількість годин роботи теплообмінника за рік, яка складає 8760год.

К_е = 0,252 · 1,19 · 8760 = 2623 грн/рік

Отже, сумарні  затрати складають

К∑ = К_а + К_е

К∑ = 515,6 + 2623 = 3139 грн/рік

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         2.6 Розрахунок оптимального режиму і конструкції апарата

   

 Для побудови графіка  оптимізації і вибору оптимальної  швидкості руху продукту були  проведені розрахунки амортизаційних, експлуатаційних та сумарних  витрат при різних швидкостях  руху продукту:

     w₂ = 0,5 м/с ;  w₃ = 1,3 м/с

При     w₂ = 0,5 м/с

 м

За  ГОСТом dв = 48 х 4 мм

 Вт/(м² · К)

Температура стінки t_ст=93ºС :

Вт/(м² · К)

 Вт/(м² · К)

К= К˳· φ = 1268 · 0,8 = 1015 Вт/(м² · К)

ºС

 м²

 м

 

 

 

∑ξ = ξ_вх + (n-1)ξ_пов + ξ_вих = 1+ (9 -1) · 0,5 +1 =

 Па

 кВт

К_а = 3,75 · 1800 · 0,1 = 674,1 грн/рік

К_е = 0,112 · 1,19 · 8760 = 1173 грн/рік

К∑ = К_а + К_е

К∑= 674,1 + 1173 = 1847,1 грн/рік

 

 При     w₃ = 1,3 м/с

 м

За ГОСТом пиймаємо dв = 38 х 4 мм

Вт/(м² · К)

Температура стінки t_ст=92ºС

Вт/(м² · К)

 Вт/(м² · К)

К= К˳· φ = 1855· 0,8 = 1484

 ºС

 

 м²

 м

∑ξ = ξ_вх + (n-1)ξ_пов + ξ_вих = 1+ (8 -1) · 0,5 +1 = 5,5

 Па

 кВт

К_а = 2,6 · 1800 · 0,1 = 461 грн/рік

К_е = 0,329 · 1,19 · 8760 = 3435 грн/рік

∑К = К_а + К_е

∑К= 461 + 3435 = 3896 грн/рік

 

2.7 Конструктивний розрахунок

Для оптимальної швидкості( w = 0.5 м/с)

Визначаємо  діаметр внутрішньої труби

                                 

 м

За ГОСТом приймаємо dв  = 48 х 4 мм

Визначення  загальної довжини труби 

                                         

F – площа  поверхні теплопередачі

   м

Визначення  зовнішнього діаметру внутрішньої  труби

                                          d_з =d_в +2·δ

d_з = 0,048 + 2 · 0,004 = 0,056 м

Визначення  внутрішнього діаметру зовнішньої труби

                                      

ω  – швидкість  води в трубі = 20 м/с 

 м

За ГОСТом приймаємо Dв = 159 х 4,5 мм

Визначення  числа елементів теплообмінника

                                        

l - довжина труби  одного змійовика  = 3 м

 

 

Діаметр патрубків  для входу і виходу продукту

 м

За ГОСТом приймаємо dпрод = 48 х 4 мм

Діаметр патрубків  для входу гріючої пари

 м

За ГОСТом приймаємо dпари = 219 х 6 мм

Діаметр патрубків  для входу конденсату

                      

Швидкість конденсату w_к = 20 м/с

 м 

Приймаємо за ГОСТом dконд=300 х 6 мм

 

2.8 Техніко – економічний розрахунок ЕОМ

для оптимальної швидкості (w = 0.5 м/с)

 

 

 

 

 
3. Місце і призначення проектованого апарата в

технологічній схемі

Мінеральна вода із складин  джерела 1 під власним тиском або  за допомогою глибинного насосу подається  в герметично закритий збірник 3, встановлений в каптажній будівлі 2. Із збірника 3 мінеральну воду насосом 4 перекачують в збірник 5 для зберігання.

     Перед  наповненням залізничної цистерни 11 мінеральну воду насосом 4 подають  на фільтр 6, проти точний холодильник  7, через проміжну ємкість 8 на  сатуратор 9 і в знезаражувальну  установку 10.

     Попередньо воду нагрівають в теплообміннику 14 і подають насосом 13 в збірник-мірник 12.

     Дану  воду доставляють на станцію  наповнення автоцистерн 17, із  якої насосом 13 її перекачують  в збірник 16 для зберігання. Із  збірника 16 воду по потребі подають  через збірник-мірник 15 в збірник 14 для приготування робочих розчинів. Після мийки залізничної цистерни водою, її наповнюють на 2/3 питною водою, закривають верхні люки і через барботер 22 пропускають газоподібний хлор, який подають із балону 18 через колектор19 і редуктор 20, що оснащений запобіжним клапаном 21.

     Після барботування хлорною водою цистерну доливають питною водою до повного об'єму. Хлорну воду залишають в цистерні на протязі 1 години, після чого зливають і відмивають цистерну питною водою до видалення слідів хлору.

     При  заповненні залізничних цистерн  воду подають знизу. Заповнення  цистерни об'ємом 14 м³ продовжується 1 год. 15 хв.

 

 

 

 

 

 

4. Умови безпечної експлуатації спроектованого апарата

та  питання екології

    Експлуатація  теплообмінників ведеться згідно з інструкцією, яка затверджується головним інженером підприємства. В ній зазначаються: порядок обслуговування апарату під час нормальних умов та дії працівників при виникненні аварійних ситуацій; права і обов`язки чергового персоналу; порядок огляду і ремонту обладнання; правила з техніки безпеки і протипожежної техніки.

    Теплообмінні  апарати повинні працювати в  оптимальному тепловому режимі, який відповідає технологічному  режиму теплової обробки продукту.

   Контролюючи  роботу апарату, черговий персонал повинен слідкувати за температурою і тиском вхідного теплоносія і температурою вихідного продукту.

    Черговий  повинен своєчасно реєструвати  в журналі показники роботи  апарату, відмічати в ньому  всі несправності і дефекти  в роботі.

    Кожен апарат  повинен мати свій порядковий  номер, чітко зображений на  його фронті. Той же номер повинно  мати все допоміжне обладнання, віднесене до цього апарату  (насоси, конденсатори і т.д.).

    Якщо  апарат не експлуатується більше  року чи підлягає ремонту із заміною листів, то перед запуском повинно бути проведена гідравлічна перевірка.

    На  процес теплопередачі великий  вплив чинить ступінь забруднення поверхні теплообміну, тому необхідно систематично чистити апарати для правильної їх експлуатації.

Спосіб очищення залежить від виду і ступеня забруднення, а також від конструкції апарату. Існують наступні способи очищення теплообмінних поверхонь:

 

 

Механічний. Для видалення м`яких осадів використовуються волосяні щітки і щітки із латунного дроту, металічні йоржі. Тверда накип видаляється

жорсткими дротяними щітками. Механічний спосіб часто пов`язаний з розбиранням апарату.

Хімічний. При цьому способі апарати заповнюють хімічними реактивами з наступним промиванням.

Гідравлічний. Застосовується для видалення нелипких відкладень – піску, листя і т.д. – за допомогою струменю води з підвищеною циркуляційною швидкістю.

Термічний. Використовується для видалення дуже твердого накипу. Суть способу полягає в прогріванні трубок парою з наступним зрошенням холодною водою. Внаслідок різкої зміни температури накип відокремлюється від стінок і потім змивається водою.