Расчет кожухотрубного теплообменника

 - при обработке загрязненной среды или среды, образующей отложения на стенках, в конструкции аппарата должна быть предусмотрена возможность периодической очистки поверхностей теплообмена; 
 
 
 
 

- аппарат  должен обладать запасом прочности,  гарантирующим его безопасное  состояние при напряжениях, возникающих в результате давления рабочей среды и температурных деформаций;

- при  заданных термодинамических параметрах  рабочих сред (давление, температура,  объем) аппарат должен быть работоспособным и надежным.

   Теплообменные аппараты по принципу действия разделяют  на поверхностные (рекуперативные), регенеративные и смесительные.

   Поверхностные (рекуперативные) теплообменники бывают с трубчатой поверхностью теплообмена  — кожухотрубные (кожухотрубчатые), погружные змеевиковые, типа «труба в трубе», оросительные; с плоской поверхностью теплообмена — пластинчатые, спиральные, с оребренной поверхностью теплообмена; с поверхностью теплообмена, образованной стенками аппарата; блочные; шнековые.

   Наибольшее  распространение среди аппаратов   этого типа получили  кожухотрубные теплообменники. Они предназначены для работы с теплоносителями жидкость - жидкость, пар - жидкость, газ - жидкость, газ - газ и представляют собой аппараты, выполненные из рядов труб 1, собранных при помощи решеток в пучок  и заключенных в кожух 2 (рис. 2).

   Концы труб для обеспечения плотности  их соединения с трубными решетками (досками) развальцовывают, припаивают или приваривают к трубным  решеткам, либо закрепляют с помощью сальниковых соединений и т.д. В стандартных кожухотрубных теплообменниках обычно применяются трубы с внутренним диаметром не менее 12мм (для удобства чистки поверхностей) и  не более 38мм,  
 
 
 
 

так как дальнейшее увеличение диаметра труб снижает его компактность и увеличивает материалоемкость. Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5... 6м. Толщина стенок труб - 0,5 .. 2,5мм. Поверхность теплообмена в них может достигать 2000м².

   В теплообменнике (рис.2, а) теплоносители, текущие внутри трубок  и по межтрубному пространству,  проходят их  за один проход. Такие  конструкции

называют  одноходовыми. В одноходовых теплообменниках скорость движения потоков сравнительно невелика, поэтому они характеризуются пониженными коэффициентами теплопередачи.

   Теплообменники  жесткой конструкции применяют  при незначительной разности температур теплоносителей (разность температур кожуха и трубок не должна превышать 40 ...50 °С) во избежание разрушения в результате различного температурного расширения трубок 1 и кожуха 2. При большей разности температур теплоносителей температурные напряжения необходимо компенсировать. Одним из  способов компенсации является установка линзового компенсатора 3 на кожухе 2 (рис. 2, б). Линза компенсатора (торового профиля) может свариваться из двух полулинз. Полулинзы штампуются из шайбообразных заготовок. Наружный диаметр линзы обычно больше  наружного диаметра кожуха на 250мм. Линзы можно сваривать по 2, 3, 4, 5 и 6 штук подряд. Одна линза допускает растяжение или кожуха до 8мм.

     Теплообменники с линзовым компенсатором  применяются при давлениях не выше 1,6 МПа. При более высоком давлении применяют линзу с большей толщиной стенки, что увеличивает ее жесткость и снижает компенсирующую способность. 
 
 
 

   В кожухотрубных теплообменных аппаратах с плавающей головкой, или, как их иначе называют, с подвижной решеткой (рис. 2г), трубчатый пучок со стороны плавающей головки не связан с корпусом и свободно меняет длину при

изменении температуры труб. Это устраняет  температурные напряжения в конструкции.

   В теплообменных аппаратах с подвижной  решеткой можно выполнять ремонт, замену трубного пучка, механическую чистку труб снаружи. Однако конструкция

   этих  аппаратов относительно сложна, для их изготовления требуется большой расход металла на единицу поверхности теплообмена, при работе аппарата плавающая головка недоступна для осмотра.

   В теплообменниках с U-образными трубами  обеспечено свободное удлинение  труб, что исключает возможность появления температурных напряжений вследствие разности температур труб и корпуса. Разность температур стенок труб по ходам не должна превышать 100 °С. Преимущество конструкции с U-образными трубами — отсутствие разъемного соединения внутри корпуса. Такие аппараты успешно применяют при повышенных давлениях. При U-образной форме труб затруднена механическая чистка их внутренней и наружной поверхностей, поэтому, как правило, их применяют для теплообмена между чистыми средами.

   Для увеличения скорости теплоносителя с целью повышения значения коэффициента теплоотдачи со стороны межтрубного пространства в нем часто устанавливают и сегментные 6, и концентрические 7 перегородки, которые удлиняют путь теплоносителя (рис. 2 д, е). При этом размеры и расстояние    
 
 
 
 

между перегородками выбирают так, чтобы скорость среды во всех сечениях была одинакова. Аналогично многоходовое движение теплоносителя по трубному пространству создается в результате разбивки труб на секции перегородками 8, установленными в крышке и днище теплообменника (рис. 2, ж).

                                            
 
 
 
 
 
 
 

                                 

                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                               
 
 
 
 
 

                                            1.5. Техника безопасности 

   Обеспечение безопасности является одним из основных условий организации труда. Жизнь и здоровье каждого работника цеха во многом зависит от его дисциплинированности, собранности, внимательности и вдумчивости во всех своих поступках и действиях, знания и точного выполнения правил безопасности, применения безопасных приемов при выполнении любых видов работ.

  На работу в цехе принимаются  лица не моложе 18 лет, предварительно прошедшие медицинское освидетельствование и оформленные приказом по заводу.

   Вновь поступившие  на работу, а так же переводимые на другую работу, проходят обучение по технике безопасности согласно программе инструктажей. Повторное медицинское освидетельствование всех работников цеха проводится ежегодно. Все рабочие после предварительного обучения  и первичного инструктажа по охране труда проходят обучение по профессии в индивидуальном или групповом  порядке по утвержденной программе.

  На время  обучения рабочие допускаются к работе под руководством опытных рабочих. За время обучения непосредственно во время работы на рабочем месте знакомятся  с  технологическим  процессом, оборудованием на обслуживаемом участке, технологическим режимом, безопасным приемам работы и обслуживания технологического оборудования. Все рабочие должны быть обучены пользованию средствами индивидуальной защиты, оказанию первой доврачебной  помощи   при несчастных случаях, отравлениях, поражении электрическим током, ознакомлены с планом ликвидации аварий (в части, касающейся их рабочего  
 
 
 
 

места, поведением в аварийной ситуации, схемой эвакуации). К самостоятельной работе рабочие допускаются после  успешной сдачи экзаменов цеховой комиссии:

а) по профессии,

б) по правилам техники безопасности, промсанитарии, личной гигиены и пожарной безопасности.

  Экзамен оформляется протоколом, и рабочие распоряжением по  цеху допускаются  к самостоятельной работе. Повторный инструктаж по охране труда проводится начальником смены по программе инструктажа ежеквартально и оформляется записью в журнале инструктажа подтвержденной росписью проводившего и получившего инструктаж.

  Экзамен по технике безопасности  для всех рабочих и служащих  цеха проводится  не реже одного раза в год с обязательной оценкой и оформляется протоколом. Экзамен по технике безопасности не заменяет инструктаж.

  При получении неудовлетворительной  оценки по охране труда рабочему  разрешается повторно сдать экзамен в 2-х недельный срок. В случаи получения неудовлетворительной оценки повторной сдачи экзамена рабочий отстраняется от работы с переводом на менее ответственную работу.

  Внеплановый  инструктаж по технике безопасности проводится в следующих случаях:

а) при изменении технологического режима, замене оборудования, сырья,

реагентов  в результате чего изменяются условия  работы;

б) при  выявлении нарушений правил и  инструкций по охране труда и промсанитарии; 
 
 
 

в) при длительном (более 30 дней) перерыве в  работе.

Инструктаж и проверка знаний по охране труда проводится по всем видам работ,  необходимость выполнения которых может возникнуть в процессе производства.

Каждый  рабочий должен выполнять только ту работу, которая ему поручена и по которой он получил инструктаж по охране труда. Допуск работников к работе без соответствующего обучения и инструктажа по охране труда запрещается.

   Бензол  имеет температуру вспышки 11°С, температуру самовоспламенения 534 °С, КПВ 1,5-8%. Сильно раздражает кожу; в высоких концентрациях бензол оказывает судорожное действие; при многократных воздействиях низких концентраций наблюдаются изменения в   крови и  кроветворных   органах; ПДК 5 мг/м³.

   Толуол  легко воспламеняется, температура вспышки 4°С,температура самовоспламенения 536°С, КПВ 1,25 - 6,7% по объему. Поражает человека через органы дыхания и кожу, вызывает нервное возбуждение, рвоту, при больших концентрациях потерю сознания; ПДК 0,6 мг/м³, ПДК в воде  0,05 мг/л. 

                             1.5.1. Пожаро и взрывобезопасность         

   Категорию каждого производства по пожаро –  взрывоопасности устанавливают исходя из группы горючести обращающихся в производстве веществ, по нормам технологического проектирования или по перечням производства. По взрывной, взрыво – пожарной  и пожарной опасности производства подразделяют на шесть категорий: А и Б – взрывопожароопасные, В,Г и Д – пожароопасные и Е – взрывоопасные. 
 
 
 
 

   От  категории производства зависят  огнестойкость зданий, взаимное расположение оборудования и отдельных производственных объектов, допустимые системы отопления, вентиляции и т.д.

   Согласно  ПУЭ производственные помещении  делятся на пожароопасные  (классы П – 1,П – 2, П – 2а,П – 2б) и взрывоопасные (классы В – 1, В – 1а,В – 1б, 

В – 2, В – 2а).Конструкции всех электроустановок, устанавливаемых в пожаро – и  взрывоопасных помещениях, должны соответствовать  требованиям класса, к которому отнесено данное производство.

Класс пожаро – и взрывоопасности определяют руководители технологической и электрической служб проектирующей или эксплуатирующей организации.

                    

1.5.2.   Пожаро – и взрывопредупреждение

На  предприятиях химической промышленности пожары и взрывы возникают как  правило в результате образования горючей и взрывоопасной среды как внутри аппаратов,оборудования и коммуникаций, так и в производственном помещении.

Для предотвращения образования взрывоопасной  среды внутри гермитичного производственного  оборудования для горючих жидкостей  и газов необходимо поддерживать состав рабочей среды вне области воспламенения, применять ингибирующие и флегматизирующие добавки, использовать автоматические системы контроля и регулирования параметров процесса и герметичности оборудования.

Контроль воздушной среды   производственных  помещений  автоматическими