Призначення та область застосування випарного апарату з природною циркуляцією та співвісною гріючою камерою

,

Визначимо коефіцієнт теплопередачі:

 

.

 

  Розрахунок коефіцієнта теплопередачі в 2-ому корпусі

 

Проводимо розрахунок  α₁ при

 

  Нехай ∆t₁=2°С      

 

 

2-е наближення

 

Після ряду обчислень  приймемо - ∆t₁ = 3,65 ^оC, тоді

 

,

 

Визначимо коефіцієнт теплопередачі:

 

 Розподіл корисної різниці температур

 

Розподіл корисної різниці температур по корпусах проводимо  з умови рівності поверхонь теплопередачі в апаратах установки:

 

^oC, ^oC,

де ∆t_Кj, Q_гj, K_j корисна різниця температур, теплове навантаження, коефіцієнт теплопередачі для j -го корпуса

Перевірка сумарної корисної різниці температур установки:

,

 

5.2 Розрахунок поверхні теплопередачі

Вихідні дані:

Q₁=38,242 МВт, Q₂=31,6418 МВт

К₁=1316 , К₂= 1359,45

          Поверхня теплопередачі випарних апаратів

,

.

 

          Порівнюємо значення корисних різниць температур розподілених за умови рівності поверхні теплопередачі і попередньо розрахованих:

          Значення корисних різниць температур:

Розподілені в  І наближенні значення ∆t_К, ^oС:    16,72               15,8

Попередньо  розраховані значення ∆t_К,^oС :         13,3                19,21

Висновок: як видно, корисні різниці температур суттєво відрізняються. Тому  знову перерозподілимо температури (тиски) між корпусами установки. В основу цього перерозподілу покладено корисні різниці температур, знайдені за умови рівності поверхонь теплопередачі апаратів.

 

 Розрахунок поверхні теплопередачі у другому наближенні

 

Вихідні дані наведено у таблиці 5.2.1

В зв’язку з  тим, що суттєва зміна тиску в  порівнянні з розрахованою в першому наближенні відбувається лише в 1-му корпусі (де сумарна температурна втрата незначна ), в другому наближенні приймаємо такі самі значення ∆ ^∕  ,∆∕ ^∕ ,∆∕ ^∕∕  для кожного корпуса , як в першому наближенні . Отримані після перерозподілу температур(тисків) параметри розчинів і парів по корпусах наведені нижче:

Таблиця 5.2.1- Параметри розчинів та парів згідно отриманих ∆t_кор [11]

Параметри	1	2
Продуктивність  по воді , що випарюється w,кг/с	1,3956	1,4244
Концентрація  розчинів ,%	16,76	65
Температура гріючої пари в І-му корпусі tг1,0С	143,6	-
Корисна різниця температур ∆tкор ,0С	16,72	15,8
Температура кипіння  розчинів, tк=tг-∆tкор,0C	94,58	78,5
Температура вторинної  пари , tвп=tк-(∆ ∕  +∆∕ ∕ ), 0C	91,9	58,41
Тиск вторинної  пари Рвп,МПа	0,0756214	0,0185952
Температура гріючої  пари, tг=tвп-∆∕ ∕∕  ,0С	-	90,9
Теплоємність, Вт/кг . К	4261	4080
Ентальпія вторинного пару, кДж/кг	2665,4	2605,25

 

Розраховуємо  теплові навантаження :

Виконуємо розрахунок коефіцієнтів теплопередачі методом, що описаний вище:                      

Таблиця 5.2.2 – Параметри розчинів по корпусах [11]

Найменування  параметра	1-й корпус	2-й корпус
Температура, 0С	94,58	78,5
Концентрація, %	16,76	65
Теплопровідність  розчину, λ, Вт/м.	0,593	0,792
Густина розчину,ρ, кг/м3	1040,54	1275,47
Теплоємність  розчину, C, Вт/кг . К	4080	2680
В'язкість розчину,μ, Па. с	0,366. 10-3	2,78. 10-3
Поверхневий натяг, σ, Н/м	0,0578	0,04463
Теплота пароутворення, rВ, Дж/кг	2274 ∙103	2313,3 . 103
Густина пари при 1 атм., ρ0, кг/м3	0,579
Густина пари, ρп, кг/м3	0,4971	0,2775

 

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі в 1-ому корпусі

 

∆t₁=2,8 °С

 

Тоді 

 

 

Оскільки q₁ =q₂ друге наближення робити не треба.

 

Розрахунок  коефіцієнта теплопередачі в 2-ому  корпусі

1-е наближення

∆t₁=2,8°С

Для розрахунку приймаємо ті самі параметри конденсату

,

Тоді 

 

Оскільки q₁ =q₂ друге наближення робити не потрібно.

 

Визначимо коефіцієнти теплопередачі:

,

.

              

Розподіл корисної різниці температур:

 

,

.

 

Перевірка сумарної корисної різниці температур установки:

 

Порівняння  корисних різниць температур ,отриманих в 2-ому та 1-ому:

Розподілені в  І наближенні значення ∆t_К, ⁰С:   16,72               15,8

Розподілені в  ІІ наближенні значення ∆t_К, ⁰С:  15,91               16,61

Висновок: різниця між значеннями корисних різниць температур по корпусах не перевищує 5%.Розрахуємо поверхню теплопередачі  випарних апаратів

Поверхня теплопередачі  випарних апаратів

 

Вихідні дані

Q₁ = 3,286 МВт 

Q₂ = 3,47 МВт      

К₁ = 1337,2  

К₂ = 1353,3

,

.

Висновок:

За ГОСТ 11987- 81 обираємо випарний апарат з наступними характеристиками[2]:

Номінальна  поверхня теплообміну  ,F_н                                                    160м²

Діаметр труб ,d                                                                                           38x2мм

Висота труб , Н                                                                                            4000 мм

Діаметр гріючої камери , d_к                                                                      1800мм

Діаметр сепаратора , d_с                                                                            2400мм

Діаметр циркуляційної  труби , d_ц                                                            1000мм

Загальна висота апарата , Н_а                                                                   12500мм

Маса апарата , М_а                                                                                        8600кг

5.3 Конструктивний  розрахунок

Розрахунок числа труб гріючої камери

Вихідні дані:

F= 160 м²

d = 0,038 м

     Число труб гріючої камери

Висновок: число  труб становить 336

 

 

Розрахунок товщини теплової ізоляції

Вихідні дані:

l_і = 0,09 Вт/м∙  К.

t_СТ2=40 ^оС

          Товщина теплової ізоляції d_і визначається з різниці питомих теплових потоків через шар ізоляції й у навколишнє середовище для 1-го корпуса:

де  a_В – коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляційного матеріалу в навколишнє середовище, Вт/м^2.

t_ст2 – температура ізоляції з боку повітря, приймаэться 35 ¸ 45 ^оС;

t_cт1 – температура ізоляції з боку апарата. Через незначний термічний опір стінки апарата в порівнянні з термічним опором шаруючи ізоляції t_СТ1 приймаємо рівній температурі гріючої пари;

t_В – температура навколишнього середовища, ^оС;

 l_і – коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу, Вт/м.  К.

Матеріалом  теплової ізоляції вибираємо совеліт [13], що має коефіцієнт теплопровідності  l_і = 0,09 Вт/м.  К.

a_В = 9,3 + 0,058 ^. 40 = 11,62 Вт/м^2.К.

Товщина теплової ізоляції дорівнює:

Висновок: приймаємо товщину теплової ізоляції 30 мм.

 

Для з’єднання шляхів подачі гріючої пари в апараті використовуємо фланцеві з’єднання. Фланці вибираємо за діаметром сепаратора, днища, кришки та гріючої камери. Люки виконуються діаметром 500 мм. Штуцери для вимірювання тиску та температури виконуються діаметром 80 мм. Штуцер для подачі гріючої пари має стандартний діаметр 500 мм, а для входу розчину – 125

мм, зважаючи на визначені вище витрати. Усі інші штуцери виконуються діаметром 100 мм, оскільки з технологічної зору недоцільно використовувати різні прохідні діаметри в одному апараті, в вузлах, що не надто впливають на продуктивність, а лише збільшують різноманітність стандартних виробів при виготовленні. Товщину стінок приймаємо рівній 8 мм з огляду на габарити даного випарного апарату.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Вибір загальнозаводського  обладнання

 

Для створення  вакууму у випарних установках звичайно застосовують конденсатори змішування з барометричною трубою. У якості охолоджувального агента використовують воду, яка подається у конденсатор частіше за все за температури оточуючого середовища (близько 20 ^оС). Суміш охолоджувальної води і конденсату виливається із конденсатору по барометричній трубі. Для підтримання постійного вакууму у системі з конденсатора з допомогою вакуум-насоса відкачують несконденсовані гази.

При виборі загальнозаводського  обладнання для випарного апарату  із співвісною гріючою камерою та природною циркуляцією розчину  необхідно розрахувати основні  розміри барометричного конденсатора та барометричної труби.

Діаметр конденсатора

,

де ρ – густина парів, кг/м³, V – швидкість парів, м/с

При надлишковому тиску у конденсаторі близько 10⁴ Па швидкість парів дорівнює 15-25 м/с. Тоді

Приймаємо барометричний  конденсатор діаметром  d_бк =1м.

За значенням  діаметру барометричного конденсатора приймаємо висоту барометричної  труби H_бт = 7 м [10].

У подальшому розрахунку і підбору по нормалям, каталогам і ДСТУ можуть бути підібрані наступні апарати та їх параметри:

1) Вакуум насоси

2) Необхідний  напір та марка насосів

3) Конструкція  і поверхня теплообмінника-нагрівача

4) Діаметри трубопроводів  та штуцерів

5) Конденсатовідводи

6) Циркуляційні  насоси [10].

7. Вимоги  техніки безпеки та промислової санітарії

 

Техніка безпеки при роботі з випарним апаратом містить такі положення:

1. Нагляд за роботою апарата, перевірку справності дії арматури, контрольно-вимірних приладів необхідно доручати працівникам які пройшли інструктаж по техніці безпеки, які здали техмінімум, які освоїли управління та вивчили технічний паспорт даного апарата.

2. Потрібно знаходитись на своєму робочому місці під час роботи апарата, суворо виконувати правила експлуатації та не допускати сторонніх до керування арматурою.

3. Жорстко стопорити спускний  клапан у період упарювання.

4. Перевіряти надійність ущільнення запірної арматури, що підводять та відводять трубопроводи.

5. Не допускати ремонт апарата та його елементів під час праці.