Применение теплообменников в качестве подогревателей, холодильников, испарителей. Особенности конструкций и расчета

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

В общем случае в конденсатор-холодильник поступают пары в перегретом состоянии. При этом в аппарате имеются три различные зоны, в которых происходят следующие процессы: Зона I. Перегретые пары охлаждаются до температуры начала конденсации. Зона II. Пары конденсируются. Зона III. Перечислим эти особенности:

1. При определении количества тепла, отводимого от охлаждаемого продукта или его

раствора, должно быть учтено скрытое тепло кристаллизации.

2. При выборе скорости движения охлаждаемого потока следует учитывать, что с увеличением скорости повышается коэффициент теплоотдачи, а следовательно, коэффициент теплопередачи.

3. При выборе температуры охлаждающего агента и размеров кристаллизатора необходимо обеспечить благоприятную для кристаллизующегося раствора скорость охлаждения.

4. При расчете коэффициента теплопередачи должно учитываться тепловое сопротивление

слоя кристаллов парафина, отлагающегося на внутренней поверхности стенки кристаллизатора.

Нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов или специальных теплоносителей (водяной пар, пары даутерма, масло и др.).

В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочными обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока. В этих аппаратах диаметр кожуха испарителя значительно превышает диаметр трубного пучка, а перегородки в пучке служат лишь для увеличения его жесткости.

Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения потока или конденсации паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтегазоперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

Фланцевые соединения трубопроводов. Типы фланцев и область их применения. Уплотнение фланцевых соединений, типы и классификация. Крепежные элементы.

Присоединения арматуры к трубопроводу бывают разъемными (фланцевое, муфтовое, цапковое) и неразъемными (сварноеи паяное). Наиболее распространено фланцевое присоединение. Преимущества фланцевого присоединения арматуры — возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, хорошая герметизация стыков и удобство их подтяжки, большая прочность и применимость для очень широкого диапазона давлений и проходов. Недостатки фланцевого соединения — возможность ослабления затяжки и потери герметичности со временем (особенно в условиях вибраций), повышенная трудоемкость сборки и разборки, большие габаритные размеры и масса. С увеличением условного давления и проходного сечения фланцев увеличивается масса как самой арматуры, так и всего трубопровода и повышается расход металла. В связи с указанными недостатками фланцевых соединений, все большее распространение получает арматура с патрубками под приварку. Такой арматурой, в частности, оснащают магистральные газо- и нефтепроводы.

Фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, рассчитанные на условное давление 1...20 МПа, стандартизованы. Стандартные фланцы арматуры разделяют на несколько типовпо конструкции прокладочного соединения. Простейший из них —с гладкой лицевой поверхностью (с соединительным выступом или без него), незащищенного типа, без выточки под прокладку. Фланцы, рассчитанные на высокие давления (от 4 до 20 МПа) применяют с зубчатыми стальными прокладками, на низкие — с мягкими или имеющими мягкую сердцевину прокладками. Для защиты мягких прокладок от выбивания давлением рабочей среды в арматуре применяют фланцы с впадиной под прокладку. Такие фланцы применяют с мягкими прокладками или металлическими, имеющими мягкую сердцевину. Третий тип фланцев арматуры, рассчитанный на такие же прокладки, что и предыдущий, – фланцы с пазом под прокладку. Ответные фланцы имеют шип. Таким образом, прокладка защищена замком фланцев как снаружи, так и изнутри, что повышает надежность соединения.

Расчет фланцевых соединений

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественного круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов.

Конструкция стандартных стальных фланцев для трубной арматуры и труб показаны на рисунок 5.6. и 5.7.

Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: плоские приварные фланцы – при , и числе циклов нагружения за время эксплуатации до 2000; приварные встык фланцы – при , и . Далее по таблице 5.7, по таблицам 5.8 – 5.10 определяем основные геометрические размеры стандартных фланцев для труб и трубной арматуры.

Рекомендуемые материалы для деталей стандартных фланцевых соединений для труб и трубной арматуры в зависимости от рабочих условий приведены в таблице 5.11.

Болты применяются во фланцевых соединениях при и ; шпильки – при и . В соединениях при под гайки шпилек устанавливают шайбы по ГОСТ 9065-75 или ОСТ 26-2042-77.

После выбора типа фланца, его материала и определения всех размеров из таблиц произведем проверочный расчет фланца.

Общий порядок расчета. Принимаемые конструктивные и определяемые расчетом размеры фланцевого соединения приведены на рисунок 5.8. Выбираем конструкцию и материал прокладки по таблице 5.12 и определяем ширину прокладки по таблице 5.13 (меньшее значение).

Выбираем конструкцию и материал прокладки по таблице 5.12 и определяем ширину прокладки по таблице 5.13 (меньшее значение).

Находим расчетные величины:

а) Для приварного встык меньшая толщина конической втулки фланца

S₀≤1,35∙S_т, но S₀– S_т ≤0,005м; (5.12)

В курсовом проекте принимаем, что и для плоского приварного и приварного встык S_о = S_т , где S_т – толщина стенки штуцера по ГОСТу.

б) отношение большей толщины втулки фланца к меньшей β=S₁/S₀ для приварных встык фланцев и буртов выбирают по рисунку 5.10, для плоских приварных фланцев β=1 (т.е. S_о= S₁ = S_т);

в) большая толщина втулки фланца S₁=β·S₀; для плоских приварных фланцев принимают S₁=S₀=S_т;

г) длина втулки приварного встык фланца

По данным таблицы 5.17 выбираем диаметр болта d_Б.

Расчетная температура элементов фланцевого соединения принимается по таблице 5.18, допускаемые напряжения болтов (шпилек) – по таблице 5.19.

Для стали марок, не указанных в таблице, допускаемые напряжения для материала болта определяются по формулам:

а) для углеродистых сталей при расчетной температуре t_R<380 ⁰C, для низколегированных сталей при t_R<420 ⁰C и для высоколегированных аустенитных сталей при t_R<525 ⁰C устанавливать снаружи и изнутри аппарата, причем толщина наружного кольца должна быть 0,5S_у, а внутреннего – (0,5S_у+С).

- отношение допускаемых напряжений материалов корпуса аппарата, штуцера и накладного кольца.

Условие укрепления отверстия в случае близко расположенных к нему несущих конструктивных элементов (трубных решеток, фланцев, плоских или неотбортованных конических днищ, опор и т.п.)

(5.17)

Штуцер считается близко расположенным, если расстояние от его наружной поверхности до соответствующего несущего элемента L_н<L₀.

Условие укрепления отверстия с торообразной вставкой:

При L<L₀

(5.18)

При L>L₀

(5.19)

Условие укрепления отверстия внешней отбортовкой стенки аппарата

(5.20)

Находим допускаемые напряжения для приварных фланцев (МПа):

а) для сечения S₁ (в месте соединения втулки с плоскостью фланца)

, (5.25)

где σ_{т. ф} – предел текучести материала фланца при расчетной температуре.

б) для сечения S₀ (в месте соединения втулки с обечайкой) при Р<4 МПа

, (5.26)

При Р > 4 МПа допускаемые напряжения уменьшатся в 1,5 раза. Допускаемые напряжения при расчетной температуре менее 20 ⁰С принимаются такими как и при +20⁰С.

Определяем средний диаметр прокладки

, (5.27)

где D_п – наружный диаметр прокладки, мм (таблица 5.14);

d_п – ширина прокладки, мм (см.таблицу 5.14).

Определим эффективную ширину прокладки, м

а) для плоских прокладок:

при b_п 15 мм; (5.28)

при b_п>15 мм; (5.29)

б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений:

(5.30)

Далее по ГОСТ 26-373-78 необходимо определить коэффициент жесткости фланцевого соединения α и безразмерный коэффициент j.

Расчет этих величин приведен ниже мелким шрифтом. В курсовом проекте эти значения не вычисляются, а принимаются в первом приближении равными: при D_y<0,4 м α = 1; при D_y 0,4 м для цельных и резьбовых фланцев

α =1,3; для всех остальных типов фланцев α = 1.

Проверяем условие прочности болтов (шпилек)

(5.56)

(5.57)

В случае несоблюдения любого из условий (5.57) следует уменьшить число болтов, но так, чтобы оно оставалось кратным четырем.

Проверим условие прочности прокладки (только для неметаллических прокладок):

(5.58)

где [q] – допускаемое давление на прокладку, по таблице 5.16.

В случае несоблюдения условия (5.58) следует увеличить ширину прокладки в пределах значений, приведенных в таблице 5.13.

Проверим условие прочности фланца:

а) в месте соединения втулки фланца с плоскостью фланца, сечение S₁

(5.64)

б) в месте соединения втулки фланца с днищем, сечение S₀

(5.65)

В случае несоблюдения любого из условий следует увеличить толщину фланца h или бурта h₁.

Угол поворота фланца (бурта) определяется из выражения

(5.66)

где - рад.

Из условия геометричности фланцевого соединения для плоских приварных фланцев (буртов) и приварных встык фланцев при D>2000 мм [ ] =0,013; для приварных встык фланцев (буртов) при D<2000 мм [ ] = 0,009.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 387; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!