Теплообменное оборудование

 

 

а - с сегментными полками; б –  с кольцевыми полками; 1 – цилиндрический корпус; 2 – сегментные полки; 3 – штуцер для подвода пара; 4 – штуцер для подвода воды; 5 – штуцер для отвода воды и конденсата; 6 – барометрический труба;           7 – барометрический ящик; 8 – штуцер для отводы неконденсируемых газов

Рисунок 11 – Барометрический конденсатор

 

   В барометрических конденсаторах иногда вместо сегментных полок применяются полки, представляющие собой чередующиеся круглые диски и кольца (рисунок 11, б), а также ситчатые сегментные полки. Через отверстия последних вода стекает каплями, вследствие чего увеличивается поверхность ее соприкосновения с паром, но отверстия ситчатых тарелок могут легко засоряться.

    Для установок умеренной  производительности применяют прямоточные  конденсаторы (рисунок 12), расположенные  на низком уровне.

Рисунок 12 – Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня

 

   Вследствие этого вода  чаще всего засасывается в  аппарат под действием имеющегося  в нем разряжения и впрыскивается в корпус 1 через сопло 2. Пары поступают в конденсатор сверху. Охлаждающая вода и конденсат удаляются центробежным насосом 3, а воздух отсасывается воздушным насосом 4.

   Такие конденсаторы значительно  компактнее противоточных барометрических. Однако основной недостаток противоточных аппаратов (большая высота) компенсируется меньшим расходом охлаждающей воды, а также меньшим объемом отсасываемого воздуха. Последнее обусловлено более низкой температурой воздуха в этих аппаратах по сравнению с прямоточными конденсаторами. Кроме того, достоинством противоточных барометрических конденсаторов является наиболее простой и дешевый способ отвода удаляемой в канализацию воды.

   Конденсаторы смешения широко  применяются для создания разрежения  в установках, работающих под  вакуумом, в том числе в вакуум-фильтрах, вакуум-сушилках, выпарных аппаратах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   3 Сравнительная характеристика и область применения теплообменных аппаратов [2]

 

   Конструкция теплообменника должна удовлетворять ряду требований, зависящих от условий протекания процесса теплообмена (тепловая нагрузка, температура и давление, агрегатное состояние и физико-химические свойства теплоносителей, их химическая агрессивность, условия теплоотдачи, возможность загрязнения рабочих поверхностей аппарата, простота устройства и компактность аппарата, расход металла на изготовление и другие).

   В одноходовых кожухотрубчатых  теплообменниках суммарное поперечное  сечение труб относительно велико, что позволяет получать высокие  скорости в трубах при больших  расходах движущейся среды. Поэтому такие аппараты рационально использовать в процессе испарения жидкостей или когда скорость процесса определяется величиной коэффициента теплоотдачи.

   Многоходовые кожухотрубчатые  теплообменники применяются в  качестве паровых подогревателей  жидкостей и конденсаторов. Взаимное  направление движения теплоносителей в них  не приводит к снижению средней движущей силы сравнительно с противотоком, по принципу которого работают одноходовые теплообменники. Многоходовые аппараты целесообразно использовать для процессов теплообмена в системах жидкость-жидкость и газ-газ при больших тепловых нагрузках. Если же требуемая поверхность теплообмена невелика, то для этих систем более пригодны элементные теплообменники.

   Особое значение имеют  трубчатые теплообменники нежесткой  конструкции в случаях, когда разность температур теплоносителей значительна и необходима компенсация различного теплового расширения труб и корпуса аппарата, однако, эти аппараты значительно дороже теплообменников жесткой конструкции.

   Аппараты с двойными трубами  применяются в контактно-каталитических    

 и реакционных процессах,  протекающих при высоких температурах, когда необходимо обеспечить свободное удлинение всех труб, не считаясь с дороговизной аппарата и более трудным его монтажом.

   Змеевиковые теплообменники  эффективно используют для охлаждения и нагрева сильно агрессивных сред, когда необходимо применение химически стойких материалов, из которых затруднительно изготовить аппараты. Такие аппараты работают лишь при умеренных тепловых нагрузках.

   Основными преимуществами спиральных и пластинчатых теплообменников являются компактность и высокая интенсивность теплообмена. Их применение ограничено небольшими разностями давлений и температур обоих теплоносите-

лей. Спиральные аппараты используются для нагрева и охлаждения жидкостей, газов и паро-газовых смесей. В пластинчатых аппаратах происходит теплообмен между жидкостями.

   Использование аппаратов  воздушного охлаждения позволяет  осуществить значительную экономию  воды, уменьшить количество сточных  вод, исключить необходимость очистки наружных поверхностей теплообменных труб [1].

   Важное значение при выборе типа теплообменника имеет стоимость его изготовления и эксплуатационные расходы (стоимость амортизации и стоимость энергии).

  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   4 Нагревающие и охлаждающие агенты [1]

 

   В качестве нагревающих  агентов используются:

   - водяной пар;

   - конденсирующийся теплоноситель  с более высокой температурой  кипения;

   - даутерма (смесь дифенила  и дифенилоксида);

   - ртуть;

   - смеси азотнокислотных и азитостокислых солей натрия и калия;

   - высококипящие нефтепродукты;

 

  - дымовые газы или горячий воздух, нагреваемый в топках под давлением;

   - перегретая вода;

   - твердые теплоносители  (катализатор, кокс, малоактивный  материал и другие);

   - электроэнергия.

   В качестве охлаждающих  агентов используются:

   - вода;

   - воздух;

   - хладоагенты (аммиак, пропан, этан и другие сжиженные газы).

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   5 Проблемы эксплуатации современных теплообменных аппаратов [3]

 

       Минувшее десятилетие сопровождалось бурным внедрением новых, ранее не использовавшихся в народном хозяйстве и, в частности, в коммунальном хозяйстве объектов техники. Это и настенные, полностью автоматизированные котлы, и многофункциональная высокоточная автоматика, и абсолютно бесшумные насосы с мокрым ротором, и современные теплообменные аппараты (как пластинчатые, так и интенсифицированные кожухотрубные), имеющие потребительские свойства как минимум в разы лучшие, чем их предшественники. И если ко всей вновь пришедшей технике (принципиально новые котлы, бесфундаментные насосы, новая импортная автоматика) сразу сформировалось уважительное отношение, то теплообменным аппаратам «повезло» куда меньше. В итоге создалась коллизия – с одной стороны современные, высокоэффективные, дорогие теплообменные аппараты и, с другой стороны, халатное, непрофессиональное к ним отношение.

   За последние годы произошли существенные, можно без преувеличения сказать, радикальные изменения как при проектировании, так и при изготовлении теплообменных аппаратов. Современные теплообменники являются объектами техники, впитавшими последние достижения научной мысли в своей области знаний. В них учитываются и применяются тонкие механизмы воздействия на рабочие среды, используются самые разнообразные высоколегированные, дорогие и остродефицитные металлы (нержавеющие стали, титановые сплавы и т.д.), в конструкции их узлов закладываются технические решения, призванные обеспечить надежную работу при воздействии факторов, могущих возникнуть в процессе нормальной эксплуатации. При этом существенные изменения претерпела не только конструкция, но и технология изготовления современных теплообменников. Современные аппараты - это высокотехнологичные изделия, техпроцессы при изготовлении которых в своей массе являются новыми, разработанными специально для обеспечения выпуска техники такого уровня. Следует сказать, что следующий (после создания аппаратов) этап жизненного цикла теплообменных аппаратов – подбор, «привязка» их к конкретному объекту, в настоящее время уже в принципе соответствует их высокому уровню.

   К сожалению, после этого этапа благополучная картина использования теплообменных аппаратов начинает меняться в худшую сторону. Если фирмы, осуществляющие монтаж и наладку оборудования, относятся к теплообменникам, как правило, еще достаточно квалифицированно, то после их ухода с объекта несчастные теплообменные аппараты в подавляющем большинстве случаев остаются один на один с незаинтересованным и неквалифицированным персоналом. Аппараты либо вообще не обслуживают, либо обслуживают как попало. При обслуживании теплообменников персонал руководствуется чем угодно, но только не инструкциями по эксплуатации. Еще ни на одном объекте не удалось обнаружить «Техническое описание и инструкцию по обслуживанию», которые оседают в самых неожиданных местах, но только не у технического персонала.

   В результате жизнь преподносит такие неприятные сюрпризы, которых не только можно было избежать, а их просто не должно было возникнуть, так как против их возникновения в инструкциях по обслуживанию содержатся прямые предостережения.

             Пренебрежение рекомендациями предприятия-производителя всегда в процессе эксплуатации приводит к нежелательным последствиям.

   Наиболее частым и одновременно грубым проявлением технической безграмотности обслуживающего персонала является образование отложений на теплопередающих поверхностях теплообменника. Борьбу с этой эксплуатационной особенностью теплообменных аппаратов обслуживающий персонал проигрывает почти всегда. Здесь имеют место две крайности: либо персонал подвергает чистке (химотмывке) теплообменники, что не способствует увеличению их ресурса, либо напротив, не предпринимает решительно никаких мер, в том числе и не осуществляет текущий контроль за техническим состоянием аппаратов. Современные теплообменные аппараты, как правило, обладают среди прочих достоинств таким, как эффект самоочистки, который однако резко идет на убыль, если на теплопередающей поверхности образуется слой отложений, сопоставимый с геометрическим размерами профиля поверхности.

Поэтому эти аппараты при правильной эксплуатации могут много лет работать вообще без очистки, но если ее необходимость назрела, то важно не пропустить момент и своевременно осуществить эту операцию, выводящую характеристики аппарата на уровень исходных значений. В то же время невыполнение своевременно этих работ приводит к очень тяжелым последствиям, вплоть до необходимости замены аппарата на новый. В борьбе с образованием отложений нет ничего сложного и проблема лежит больше не в технической, а в психологической области.

   Отдельно можно остановиться на вопросах, связанных уже не с безграмотностью технического персонала, а с бездумностью применения явно устаревших норм, изложенных в некоторых руководящих документах. Ситуация усугубляется тем, что соблюдению этих норм принуждают следовать различные контролирующие органы. В частности, существует правило о необходимости межсезонного техобслуживания теплообменных аппаратов, предусматривающего обязательное вскрытие аппарата, его ревизию, обратную сборку и опрессовку. Ничего, кроме вреда, такое техобслуживание принести не может.

   Примеры неграмотной, несоответствующей конструктивно-технологическим особенностям современных теплообменных аппаратов, эксплуатации можно множить и множить. Но и вышеприведенных достаточно, чтобы продемонстрировать несоответствие между конструктивно-технологическим уровнем и уровнем эксплуатационного обслуживания современных аппаратов. Удивляет то, что этому вопросу практически не уделяется внимания – не довелось встречать публикаций в специальной прессе, приковывающих внимание к этой проблеме, не приходилось слышать докладов и сообщений на всевозможных семинарах и конференциях. Между тем речь-то идет о весьма солидных финансовых потерях.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

При расчете теплообменника, как  и любого другого аппарата для  проведения химико-технологического процесса, не представляется возможным только на основе величин, имеющихся в задании на проектирование, однозначно определить все необходимые размеры и характеристика аппарата. Так, для расчета коэффициентов теплоотдачи необходимо задаться скоростью движения теплоносителя, диаметром труб и т.д. Таким образом, проектировщик при расчетах теплообменников к заданным (в проектном задании) величинам вынужден добавлять ряд других величин, которые часто выбираются произвольно. Поэтому приходится делать ряд вариантов расчета, для того чтобы выбрать наиболее рациональный. При таком методе расчета теплообменников объем расчетных вариантов, да и сам выбор аппарата, во многом зависят от субъективных факторов. Поэтому наиболее рационально расчет и выбор аппарата для проведения химико-технологического процесса, в том числе и теплообменного, рассматривать как задачу оптимизации.

При проектировании установок химических производств часто решается вопрос выбора типа теплообменника. При этом не исключена возможность использования нескольких типов таких аппаратов.

При выборе оптимального теплообменника число конкурентоспособных вариантов может значительно возрасти, если допустить варьирование ограничениями технологического характера.