Температура стенки tст=114,81С115? берется из теплового расчета .
из=0,038+0,00021*80=0,0548 Вт/(м*К)
Принимаем стандартную толщину изоляциии из=0,04 м.
Проверим полученную величину по допустимому тепловому потоку . Для этого рассчитываем тепловой поток с изолированной поверхности аппарата по формуле
Значение допустимого теплового потока выбирается в соответствии с п.6.1.2 . таблица 4, СП 61.13330.2012 в зависимости от размеров аппарата и температуры теплоносителей. В нашем случае, для оборудования с положительными температурами при расположении в помещении qдоп. =164,2 Вт/ м2
Величина расчетного теплового потока не превышает допустимую..
Условие выполняется.
6. Поверочный расчет
В практических условиях часто требуется определить конечные температуры теплоносителей при заданных расходах теплоносителей и теплопроизводительности аппарата. Если проходящая через аппарат жидкость нагревается за счет тепла конденсации пара , то характер зависимости температуры жидкости по поверхности нагрева соответствует рис.4.
Из дифференциального уравнения
Q=G2c2t= k(ts-t2)F
следует
Рис.4 Изменение температуры греющего пара и подогреваемой воды по поверхности теплообменника I-область перегретого пара , II- область насыщенного пара , III- область переохлажденного конденсата (в нашем примере отсутствует) аbcd- кривая изменения температуры греющего теплоносителя ; ef- кривая изменения температуры жидкости
Из этого равенства находим конечную температуру жидкости
t2= ts - (ts-t2)е- kF/G2c
G2= V2 2/2=0,173963,2/2=83,32 кг/с
t2= ts - (ts-t2)е- kF/G2c
t2= 127,43- (127,43-72)е- 2887200/(83,324,187)=127,43-8,76=118,67?.
Заданная на выходе температура составляет t2=115?,более высокое значение t2, полученное в результате поверочного расчета , объясняется тем , что поверхность Fдейств выше расчетной и соответствует серийно выпускаемому теплообменнику ПСВ-200-7-15.
7. Контрольно-измерительные и регулирующие приборы
Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации аппараты в зависимости от назначения должны быть оснащены приборами для измерения давления, приборами для измерения температуры, предохранительными устройствами, указателями уровня жидкости.
При испытании теплообменных аппаратов в эксплуатационных условиях обычно замеряются:
1) температура воды на входе в аппарат;
2) температура воды на выходе из аппарата;
3) давление воды на входе в аппарат;
4) давление воды на выходе из аппарата;
5) расход воды через аппарат.
Для производства замеров указанных величин теплообменный аппарат должен быть оснащен соответствующими измерительными приборами.
Место установления, класс точности, шкала и частота поверки приборов определяется согласно Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов , на которых используется оборудование , работающее под избыточным давлением», Приказ №116 от 25 марта 2014 г.
При необходимости контроля уровня жидкости в аппаратах, имеющих границу раздела сред, должны применяться указатели уровня.
В теплообменном аппарате КИП являются термометры, манометры, измерительные диафрагмы. На всасывающей линии воды устанавливают приемный клапан и задвижку (для отключения насоса). На нагнетательной - обратный клапан, регулирующую задвижку, а также вентиль залива насоса водой перед пуском, манометр.
Шкала манометра выбирается таким образом, чтобы рабочее давление составляло 3/4 предела измерений данного манометра. Диаметр манометра должен быть не менее 100 мм при установке на высоте до 2 м от уровня пола. Температура в месте установки манометра не должна превышать 600С. Манометр устанавливается строго вертикально.
Обратный клапан и манометр устанавливают за насосом на нагнетательной линии воды.
Термометры устанавливают в специальные гильзы, которые расположены в штуцерах на входе и на выходе воды.
При автоматическом управлении необходима установка манометров как прямого действия (на теплообменнике), так и непрямого действия (на пульте).
Если манометр находится на высоте 2-5 м от пола, где находиться теплообменный аппарат, то и диаметр манометра - 250 мм. Манометры и термометры допускаются к эксплуатации после прохождения технического освидетельствования.
Для измерения температуры теплоносителей рассчитываемого теплообменного аппарата будут использоваться технические ртутные термометры ТТ с 0-300 0С (для пара) и 0-160 0С (для воды).
Давление воды будет измеряться манометрами типа МТ (механическими показывающими и самопишущими манометрами с одновитковой трубчатой пружиной) с пределами измерений 0-1,6 МПа.
Для измерения расхода теплоносителей будет использоваться диафрагма типа ДБ, сигнал с диафрагмы идет на дифманометр ДСЭР (сильфонный дифманометр).
Температура воды на выходе из аппарата в заданных пределах регулируется расходом подаваемого перегретого водяного пара .
8. Требование Ростехнадзора
Данный теплообменник является сосудом под давлением и должен соответствовать Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности "Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением" , разработанным в соответствии с Федеральным законом от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов", далее по тексту ФНиП.
Руководством эксплуатирующей организации должна быть утверждена схема включения сосуда с указанием: источника давления; параметров; рабочей среды; арматуры, контрольно-измерительных приборов, средств автоматического управления; предохранительных и блокирующих устройств. Схемы включения сосудов должны быть на рабочих местах.
При эксплуатации сосудов, обогреваемых горячими газами, необходимо обеспечить надежное охлаждение стенок, находящихся под давлением, не допуская превышение температуры стенки выше допустимых значений.
При эксплуатации сосуда с рабочим давлением до 2,5 МПа необходимо применение манометров прямого действия, имеющих класс точности не ниже 2,5.
На шкале манометра владельцем сосуда должна быть нанесена красная черта, указывающая рабочее давление в сосуде. Взамен красной черты разрешается прикреплять к корпусу манометра пластину (из металла или иного материала достаточной прочности), окрашенную в красный цвет и плотно прилегающую к стеклу манометра.
Манометр должен быть выбран с такой шкалой, чтобы предел измерения рабочего давления находился во второй трети шкалы.
Установка манометра на сосуде должна обеспечить отчетливую видимость его показаний обслуживающему персоналу.
Номинальный диаметр корпуса манометров, устанавливаемых на высоте до 2 метров от уровня площадки наблюдения за ними, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 3 метров - не менее 160 мм.
Установка манометров на высоте более 3 м от уровня площадки не разрешается.
Для периодической проверки рабочего манометра необходима установка между манометром и сосудом трехходового крана или заменяющего его устройства.
В необходимых случаях манометр в зависимости от условий работы и свойств среды, находящейся в сосуде, должен быть снабжен или сифонной трубкой, или масляным буфером, или другими устройствами, предохраняющими его от непосредственного воздействия среды и температуры и обеспечивающими его надежную работу.
При эксплуатации сосудов, работающих при изменяющейся температуре стенок, необходимо осуществление контроля за соблюдением требований по допустимым скоростям прогрева и охлаждения сосудов, которые (при необходимости такого контроля) указывают в руководстве (инструкции) по эксплуатации.
Конструкция аппаратов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы, указанного в паспорте, и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования и ремонта. Для поддержания экономичной и безотказной работы теплообменных аппаратов необходим регулярный контроль за состоянием отдельных элементов оборудования, определение фактических показателей работы аппаратов и сопоставление их с нормативными, анализ причин ухудшения показателей работы и их оперативное устранение.
Определение фактических значений эксплуатационных показателей эффективности работы аппаратов производится на основании данных гидравлических испытаний.
Гидравлическому испытанию подлежат все аппараты после их изготовления. Пробное давление Рпр при гидравлическом испытании определяется по формуле
где Р расчетное давление, МПа (кгс/см2);
[у]20,t допускаемые напряжения для материала соответственно при +20 °С и расчетной температуре t, МПа (кгс/см2).
Испытание проводят чистой водой с температурой не ниже 5 оС и не выше 40 оС, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат.
Давление следует поднимать равномерно до достижения им значения пробного. Скорость подъема давления и время выдержки под пробным давлением принимается согласно ФНиП.
Давление при гидравлическом испытании контролируется манометрами. Количество манометров и их класс точности принимается согласно ФНиП.
После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности, разъемных и сварных соединений. Не допускается обстукивание аппарата во время испытаний. После проведения гидравлического испытания вода должна быть полностью удалена.
Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если во время их проведения отсутствуют:
падение давления по манометру;
пропуски испытательной среды (течь, потение, пузырьки воздуха или газа) в сварных соединениях и на основном металле;
признаки разрыва;
течи в разъемных соединениях;
остаточные деформации.
Корпус аппарата и его элементы, в которых при испытании выявлены дефекты, после их устранения подвергаются повторным гидравлическим испытаниям пробным давлением, установленным ФНиП.
Заключение
В результате произведенного расчета и сверкой с типовой конструкцией аппарата принято на заданную теплопроизводительность два серийно выпускаемых вертикальных четырехходовых теплообменных аппарата ПСВ -200-7-15, каждый из которых обеспечивает Ѕ заданной тепловой нагрузки. Техническая характеристика (на один аппарат).
1.Число ходов - 4
2.Давление воды в трубной системе Р2=1,5 МПа
3. Давление пара в корпусе (абс) рабочее Р1=0,25 Мпа расчетное Р =0,7 МПа
4. Температура пара на входе t=140?
5. Максимальный массовый расход воды
фактический G2ф=300 т/ч
номинальный G2н=400 т/ч
6. Теплопроизводительность, МВт
фактическая Q=15 МВт
номинальный Q н=27,9 МВт
7. Поверхность теплобмена F=200 м2
8. Длина теплообменных труб L=3,4 м
9. Количество , материал и размеры трубок в системе
1020 шт, латунь, диаметр 20/18.
10. Наружный диаметр корпуса Dн=1232 мм
11. Масса аппарата (без воды) 6890 кг
Так как при нагреве воды греющая среда- водяной пар изменяет свое агрегатное состояние, то для предотвращения подтопления аппарат типовой конструкции следует дооборудовать выносной камерой для установки уровнемера.
Библиографический список
1. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. - МЭИ, 2007.
2. Сидельковский Л.Н., Юренев В. Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. - 4-е изд., репринтное. - М.: ООО «БАСТЕТ», 2009. - 528 с..
3. Основы теории тепловых процессов и машин: в 2 частях./ [Н.Е. Александров, А.И. Богданов, К.И. Костин и др.]; под ред. Н. И. Прокопенко. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. ISBN 978-594774-379-1 Ч.1.- 560 с.: ил. - 3-изд., испр. - 2009.
4. Основы теории тепловых процессов и машин: в 2-х частях./ [Н.Е. Александров, А.И. Богданов, К.И. Костин и др.]; под ред. Н.И. Прокопенко. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. ISBN 978-5-94774-379-1 Ч.II. -571 с.: ил. - 3-изд., испр. - 2009.
5. Ерофеев В.Л., Семенов П.Д., Пряхин А.С. Теплотехника: Учебник для вузов. / Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.Л. Ерофеева. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. - 488 с.
6. Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / И.А.Прибытков, И.А. Левицкий; Под. Ред. И.А. Прибыткова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 464 С.
7. Н.Н.Гладышев, Т.Ю. Короткова, В.Д. Иванов, С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов Справочное пособие теплоэнергетика жилищно-коммунального предприятия/ ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2006. -505 с.