Технологические энергосистемы предприятий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 

Кафедра энергетики и транспорта 
 
 
 
 

Расчетно-графическое  задание

по дисциплине «Технологические энергосистемы предприятий» 
 
 
 

Вариант № 10 
 
 
 

Выполнил: Конарев Е.П.,

студент 4 курса  группы ЭП-471

Проверил: Покоевец В.И.,

доцент кафедры ЭиТ


 
 
 
 
 
 
 

Мурманск 

2011 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

 

Исходные  данные

Размеры резервуара, м:

       диаметр

       высота

  
22,9

11,845

Изоляция  резервуара:

       материал 

       толщина, см

  
маты  из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем, ГОСТ 10499-78, марки МС-50

7

Длина мазутопровода, м:

       на  всасывании

       на  нагнетании

  
70

80

Диаметр мазутопровода, м:

       на  всасывании

       на  нагнетании

  
0,114

0,108

Доля  горизонтальных участков от общей длины  мазутопровода: 0,9
Количество  арматуры:

       задвижек

       клапанов

  
1

3

Изоляция  мазутопровода:

       материал 

       толщина, см

  
маты  и вата из супертонкого стеклянного  волокна без связующего, ТУ 21 РСФСР 224-87

7

Расчетная температура, °С:

       мазута

       воздуха

  
70

–25


 
 
 
 
 

 

1 Определение тепловых потерь с поверхности мазутного резервуара

1.1 Коэффициент теплопередачи с боковой поверхности

,

где  d – толщина изоляции, м;

      l – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м ·град), расчетная формула выбирается по СНиП 2.04.14-88 в соответствии с вариантом задания;

      

      a2 – коэффициент теплоотдачи от наружной стенки изоляции к воздуху, Вт/(м2 ·град), принимается по СНиП 2.04.14-88 как для вертикальных трубопроводов на открытом воздухе, вид расчета – по заданной температуре на поверхности покровного слоя, коэффициент излучения обшивки – в соответствии с заданием.

      Средняя температура теплоизоляционного слоя

°С.

 Вт/(м·град);

 Вт/(м2 ·град).

 Вт/(м2 ·град).

1.2 Коэффициент теплопередачи  с крышки

,

где  d – толщина изоляции, м;

      l – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м ·град), расчетная формула выбирается по СНиП 2.04.14-88 в соответствии с вариантом задания;

      a1 – коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри резервуара ко внутренней стенке резервуара, Вт/(м2 ·град), принимается по СНиП 2.04.14-88 как для плоской поверхности и покровных слоев с высоким коэффициентом излучения С;

      a2 – коэффициент теплоотдачи от наружной стенки изоляции к воздуху, Вт/(м2 ·град). принимается по СНиП 2.04.14-88 как для плоской поверхности, коэффициент излучения обшивки – в соответствии с заданием.

      Средняя температура теплоизоляционного слоя

°С.

 Вт/(м ·град);

 Вт/(м2 ·град).

 Вт/(м2 ·град).

 Вт/(м2 ·град).

1.3 Мощность тепловых  потерь

, Вт,

где  S – площадь поверхности, м2;

      Δt – разность температур воздуха внутри резервуара и наружного воздуха, град.

      От мазута к воздуху внутри резервуара

      От воздуха внутри резервуара к наружному воздуху

 Вт.

;

;
°С. 

      С незаполненной поверхности

 

      С заполненной поверхности

      Мощность  тепловых потерь

кВт.

2 Определение тепловых потерь с поверхности мазутопровода

2.1 Коэффициент теплопередачи (линейный) с поверхности мазутопровода

,

где l – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м ·град), расчетная формула выбирается по СНиП 2.04.14-88 в соответствии с вариантом задания;

      a2 – коэффициент теплоотдачи от наружной стенки изоляции к воздуху, Вт/(м2 ·град), принимается по СНиП 2.04.14-88 как для вертикальных (горизонтальных) трубопроводов, коэффициент излучения обшивки – в соответствии с заданием.

      Средняя температура теплоизоляционного слоя

°С.

 Вт/(м ·град);

 Вт/(м2 ·град).

      На  всасывании

 Вт/(м2 ·град).

            На нагнетании

 Вт/(м2 ·град).

2.2 Мощность тепловых потерь с поверхности мазутопровода

,

где кi, li – коэффициент теплопередачи и длина соответствующего участка мазутопровода.

 кВт.

3 Мощность тепловых  потерь в контуре  рециркуляции

Определяется как сумма потерь с поверхности МР и мазутопровода: 

кВт.

4 Определение массового  и объемного расхода  мазута

4.1 Массовый расход

,

где  N – потери в мазутном контуре, рассчитанные в п. 3, Вт

      Dtмаз – заданный нагрев мазута в подогревателе, Dtмаз= 10°С;

      с – теплоемкость мазута,

 Дж/(кг·град);

      t – заданная температура мазута в МР.

 кг/с.

4.2 Объемный расход

,

где ρ – плотность  мазута, кг/м3.

 кг/м3.

 м3/с.

5 Расход пара для  подогрева мазута

,

где iпар, iконд – энтальпии пара и конденсата соответственно, определяем в соответствии с заданными параметрами пара и конденсата, причем температура конденсата принимается равной на 10°С выше температуры мазута в резервуаре, но не более 95°С. Указанные энтальпии определяются по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара [1].

 МПа;   кДж/кг;

°С;  кДж/кг.

 кг/с.

6 Определение необходимого сечения паропровода

      Сечение определяется, исходя из допустимых скоростей  пара: для насыщенного м/с.

      

,

где v – удельный объем водяного пара, м3/кг.

 м.

7 Выбор подогревателя

      Сечение трубок подогревателя выбирается, исходя из допустимой скорости мазута м/с:

      

 м2.

      Согласно  приложению 20а [2, с. 456] выбираем подогреватель 06 (ГОСТ 27590-88):

 м2; 
 мм.

8 Расчет коэффициента теплопередачи мазутного подогревателя

8.1 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны пара

,

где  n – число трубок в подогревателе;

      e – поправочный коэффициент на число трубок в подогревателе, e = 0,7 при n £ 100;

      L – длина трубок подогревателя, м;

      lп, mп, vп – теплопроводность, Вт/(м ·град), динамическая вязкость, Па·с, удельный объем, м3/кг конденсирующегося пара;

      Gп – массовый расход конденсирующегося пара, кг/с.

      По таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара [1] определяем:

              МПа;  Вт/(м ·град);

             °С;  Па ·с;

                                м3/кг.

 Вт/(м2 ·град).

8.2 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны мазута

      Т.к. коэффициент теплоотдачи со стороны  мазута зависит от температуры стенки трубки, которая неизвестна, то расчет ведем методом последовательных приближений, первоначально задаваясь  оценочным значением температуры  стенки трубки tст, найденным по формуле:

      

°С.

      Коэффициент теплоотдачи со стороны мазута

,

где  dвн – внутренний диаметр трубок подогревателя, м;

      lм.ср – теплопроводность мазута при средней температуре (между стенкой трубки и мазутом в МР);

°С;

 = 0,139 Вт/(м·град);

      mм, mст – динамические вязкости мазута при заданной температуре мазута в МР и температуре стенки трубки соответственно, Па·с.

      Динамическая вязкость мазута находится по формуле:

m = nr,

здесь  r – плотность мазута, кг/м3;

      n – кинематическая вязкость мазута, м2/с:

,

здесь  t – температура мазута в МР или температура стенки трубки;

 м2/с;

 м2/с;

 кг/м3 (из п. 4.2);

 кг/м3;

 Па·с;

 Па·с;

      Reм – критерий Рейнольдса для мазута, 

,

здесь nм – кинематическая вязкость мазута, рассчитанная при температуре мазута в МР, м2/с;

      wм – средняя скорость течения мазута в трубках подогревателя, м/с,

      

 м/с;

;

      Pr м – критерий Прандтля для мазута,

,

здесь все величины для мазута рассчитываются при температуре в МР;

 Вт/(м·град);

 Дж/(кг·град) (из п. 4.1);

;

      Grм – критерий Грасгофа для мазута,

,

здесь  g – ускорение свободного падения, м2/с;

      bм – коэффициент объемного расширения мазута, град–1;

,

где  r1м, r2м – плотности мазута, рассчитанные соответственно при температурах t1м – на 5°С  ниже и t2м – на 5°С выше температуры мазута в МР;

°С;   
 кг/м3;

°С;   
 кг/м3;

 град –1.

      Dtр – разность температур между мазутом и стенкой трубки, град;

;

= 297,2 Вт/(м2 ·град).

8.3 Определение линейной плотности теплового потока

      от  пара к стенке:

 Вт/м;

      от  стенки к мазуту:

 Вт/м.

      Т. к. q1пар и q1м отличаются больше, чем на 3%, изменим температуру стенки и пересчитаем αм.

Путем последовательных приближений приходим к выводу, что  °C.

= 0,136 Вт/(м·град);

 м2/с;

 Па·с;

;

= 329,6 Вт/(м2 ·град).

 Вт/м;

 Вт/м.

Расчет  считается законченным, а коэффициент - определенным, т.к. и отличаются менее, чем на 3%. 

8.4 Определение линейного  коэффициента теплопередачи

      Линейный  коэффициент теплопередачи от пара к мазуту находим по формуле для цилиндрической стенки, не учитывая термическое сопротивление металлической стенки трубки ввиду его малости:

 Вт/(м ·град).

9 Расчет суммарной  длины трубок подогревателя

      Необходимая суммарная длина трубок в подогревателе

 м.

      Фактическая суммарная длина трубок в подогревателе  должна быть на 30–40 % больше необходимой (запас объясняется загрязнением мазутной стороны подогревателя в процессе эксплуатации).

      Подбираем 4 секции подогревателя:

 м.

10 Расчет гидравлического  сопротивления контура  рециркуляции мазута

10.1 Расчет потерь  в трубопроводах

10.1.1 Скорость мазута в трубопроводах

,

где Q – объемный расход мазута, м3/с;

      d – внутренний диаметр трубопровода, м.

 м/с.

10.1.2 Критерий Рейнольдса

.

10.1.3 Коэффициент Дарси

.

10.1.4 Потери на трение по длине для каждого трубопровода

      

;

10.1.5 Рассчитываем местные потери для каждого трубопровода

     

,

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на каждом трубопроводе. - коэффициент потерь на входе из МР во всасывающий трубопровод; - коэффициент потерь с выходной скоростью из нагнетательного трубопровода; ; ; - коэффициент потерь на все повороты трубопровода.

- приведенный  суммарный коэффициент потерь  на арматуре

10.1.6 Рассчитываем суммарные гидравлические потери на каждом трубопроводе

10.2 Расчет потерь  в подогревателе

10.2.1 Рассчитываем потери на трение по длине в трубках подогревателя

,

где l – длина трубок в подогревателе, м;

z – число ходов в подогревателе;

.

10.2.2 Рассчитываем местные потери в подогревателе. При этом:

Расчетная скорость w соответствует скорости во входном патрубке:

  1. - входная камера (вход и поворот на 90°);
  2. - поворот из одного хода в другой;
  3. - выходная камера (поворот на 90° и выход).

Расчетная скорость w соответствует скорости в трубках:

  1. - вход в трубки;
  2. - выход из трубок.

; ;

; ; 

. 

10.2.3 Рассчитываем суммарные гидравлические потери в подогревателе 

 

10.3 Подбор насоса

     Рассчитываем  суммарные гидравлические потери в  контуре рециркуляции, сложив значения, найденные в п.п. 10.1.6 и 10.2.3.

     Для подбора насоса переведем найденную  величину потерь из метров столба мазута в Па:

,

где - плотность мазута при температуре в МР, кг/м3;

- ускорение  свободного падения, м/с2;

- суммарные  гидравлические потери в контуре  рециркуляции, м.

     Часовой расход мазута:

 
 

Выбираем масляный шестеренный насос марки НМШ32-10-18/10-1. 

Конструкция:

Конструктивно масляные насосы представляют собой  объемные насосы. Роль рабочего органа выполняют шестерни. При вращении шестерен на стороне всасывания создается разрежение, и жидкость под перепадом давления (атмосферного и на всасывании насоса) заполняет полости между зубьями, перемещается в сторону нагнетания и вытесняется в нагнетательный патрубок.

Перекачиваемая  жидкость:

Насосы шестеренные типа НМШ и агрегаты электронасосные на их основе предназначены для перекачивания нефтепродуктов (масло, мазут, дизельное топливо, в том числе для подачи мазута в котельных установках) без механических примесей. Они выпускаются в климатическом исполнении У, категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69.  

Технические характеристики:

Подача: 18 м3/ч;

Давление насоса: 1 МПа;

Частота вращения: 980 об/мин;

Мощность двигателя: 7,5 кВт. 

Условные обозначения:

НМШ32-10-18/10-1

  НМШ - насос  масляный шестеренный на лапах

  32 - подача насоса в литрах на 100 оборотов

  10 - наибольшее давление насоса, кгс/см2

  18 - подача насоса в агрегате, м3/ч

  10 - давление на выходе из насоса в агрегате, кгс/см2

  * - условное обозначение материала проточной части насоса (без обозначения – чугун)

  1 - исполнение двигателя.

 

Список литературы

  1. Ривкин, С.Л., Александров, А.А. Термодинамические  свойства воды и водяного пара. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 80 с.: ил.
  2. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – 9-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2009. – 472 с. : ил.