Теплообменник труба в трубе

   Ведение

1.Принцип работы аппарата  и конструкция

2.Выбор конструкционных  материалов для деталей и элементов  аппарата

3.Техническая обслуживания и ремонт аппарата

4.Промышленная безопасность

5.Охрана труда

6.Зашита окружающи среды

                                                                 Ведение

ТОО "АтырауНефтеМаш" является уникальным предприятием в Республике Казахстан,которое специализируется на производстве оборудования для строительства и ремонта скважин, переработки, добычи и сбора нефти и теплоэнергетического оборудования востребованного в нефтяной отрасли.

Предприятие имеет свыше 90 лет истории становления и развития в машиностроительной отрасли страны.

В начале 20 века, после установления в г. Гурьеве советской власти в конце 1918 года для обслуживания водного и железнодорожного транспорта была создана механическая мастерская, с которой начинается история машиностроительного завода ТОО «АтырауНефтеМаш».

На данной площади размещены: 
1) административное здание; 
2) общежитие на 50 мест и столовая; 
3) технический узел площадью 430 м² (котельная, участок РСУ, ЭМУ); 
4) заготовительное отделение, площадью 750 м², два пролета, оснащенные 2 кран-балками грузоподъемностью по 5 тонн с установленным оборудованием: 
- ленточноотрезной станок МП6-1920-00, наиб. Ø разрезаемого материала -400 мм – 2 шт; 
- станок плазменной резки Ванад с ЧПУ – максимальная толщина вырезаемых деталей – 24 мм; 
5) сварочно-монтажный цех площадью 7000 м², три пролета, с мостовыми кранами грузоподъемностью 50 и 16 (2 крана) тонн с установленным оборудованием:

1 пролет: - токарно-винторезные  станки (максимально обрабатываемый  диаметр 1600 мм. макс. длина – 3800 мм., макс. масса – 10000 кг.)

2 пролет: ножницы гильотинные кривошипные;

- пресс листогибочный  гидравлический

6) складское помещение 810 м²; 
7) железнодорожный тупик с двумя ветками по 150 метров каждая и грузоподъемным краном 30 тонн;

С 2008 года велось строительство механосборочного цеха площадью 3654 м², грузоподъемностью 5 т. Срок окончания строительства – декабрь 2010г. 
В течение 2010 года выполнено строительство транспортного цеха площадью 1200 м².

Максимальные размеры изготавливаемых металлоконструкций и единичных монтажных блоков выпускаемого оборудования: 15х4х4 м, вес 50 тн. Для выполнения монтажных работ завод имеет тягачи и трал грузоподъёмностью 30 и 60 тонн и автокраны грузоподъёмностью 20 и 63 тонны. Так же имеется специализированный автомобиль автономной сварочно-монтажной бригады оснащённый краном манипулятором, дизель генератором, сварочным и всем необходимым вспомогательным оборудованием, в том числе и окрасочным фирмы GRACO.

Завод специализируется на производстве: 
- печей подогрева нефти промысловых и трубчатых; 
- емкостного и сепарационного оборудования; 
- теплообменного оборудования; 
- элементов трубопроводов; 
- факельного оборудования; 
- групповых замерных установок для учета дебита добывающих скважин для высоковязкой, тяжелой нефти; 
- блоков гребенок БГ-5СМ, БГ-8СМ; 
- блочно-модульных насосных станций перекачивания нефти; 
- котлов отопительных водогрейных ВКО/АНМ;  
-системы автоматического пожаротушения САП/ППНП-АНМ-3; 
- теплогенераторов для нагрева воздуха модельного ряда ГНВТ, мощностью 80, 120, 150, 200, 250, 320 кВт, на газовом топливе; 
- блочно-модульных котельных установок; 
- станков-качалок типа СКД; 
- капремонте редукторов станков-качалок и нефтепромыслового оборудования; 
- изготовлении металлоконструкций.

Основными заказчиками предприятия являются нефтяные компании: ТОО «ТенгизШеврОйл», ТОО «ПетроКазахстан», ТОО "ЖигермунайСервис", ТОО "АРНАОЙЛ", ЗАО СП "МАТИН", ТОО "ЗАМАНЭНЕРГО", АО "АНАКО", ЗАО СП "СазанКурак", ТОО "КазахТуркМунай", ТОО "ГЮРАЛ", АО "КаспийНефть", ЗАО "АтырауМунай", ОАО "КаражанбасМунай", АО "КазтрансОйл".

Предприятие возглавляет команда энергичных и опытных руководителей, проработавшие в крупных промышленных предприятиях Казахстана, России и получившие бесценный опыт работы в машиностроительной отрасли.

1.Принцип работы  аппарата и конструкция.

Теплообменники труба в трубе предназначаются для обеспечения нагрева или охлаждения (в зависимости от расположения теплообменника) теплоносителя в системах отопления, а также – в промышленных системах. Теплообменные устройства подобного типа используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях.

В данном материале мы попробуем рассмотреть конструкцию теплообменников данного типа, а также – осветить, как производится расчет теплообменника труба в трубе.

Теплообменники типа «труба в трубе»

Общие сведения о теплообменниках

Теплообменные аппараты (также их называют теплообменниками) используют для обеспечения обмена теплотой между двумя теплоносителями. При этом один теплоноситель нагревается, а второй, соответственно, охлаждается.

В зависимости от назначения, теплообменники на тепловых трубах разделяют на:

Нагреватели

Холодильники

По способу теплопередачи теплообменники разделяют на:

Поверхностные – теплоносители в них разделены стенкой, через поверхность которой и происходит теплообмен

Регенеративные – процесс теплопередачи разделяется на два периода, и происходит при попеременном нагревании-охлаждении специальной насадки

Смесительные – теплообмен в таких устройствах происходит при непосредственном контакте и перемешивании теплоносителей.

Конструкция теплообменника труба в трубе

Теплообменники типа труба в трубе относятся к тепловым аппаратам поверхностного типа.

Как устроен теплообменник типа труба в трубе?

Конструкция его довольно проста:

Чаще всего такой теплообменник состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Чертеж теплообменника труба в трубе приводится ниже.

Схема теплообменника

Каждое звено такого теплообменника представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.

Наружная труба имеет больший диаметр и соединена с наружными трубами других звеньев, проложенные внутри нее трубы меньшего диаметра также последовательно соединяются между собой.

Обратите внимание!

Чтобы обеспечить возможность очистки теплообменника, необходимо соединения всех труб делать разъемными.

Чаще всего  для соединения внутренних труб применяются съемные калачи.

Небольшое поперечное сечение теплообменника позволят добиться высокой скорости движения теплоносителя в трубах, и в межтрубном пространстве.

Если теплообмена требует значительное количество теплоносителя, в конструкцию теплообменника включается несколько секций, которые объединяются между собой общими коллекторами.

Преимущества теплообменников «труба в трубе»

Несмотря на простоту конструкции труба в трубе теплообменники такого типа являются достаточно популярными.

Обусловлено это прежде всего очевидными преимуществами таких теплообменных устройств:

Во-первых, теплообменники, сконструированные по принципу «труба в трубе» позволяют обеспечить оптимальную скорость движения теплоносителя путем подборатруб водопровода соответствующего диаметра

Во-вторых, подобные теплообменники достаточно просты в изготовлении и уходе. Чистка таких теплообменников также достаточно несложна, что обеспечивает существенное продление срока и службы.

Кроме того, теплообменники «труба в трубе» обладают достаточной универсальностью: в качестве теплоносителя в такой системе может выступать не только жидкость, но и пар.

Недостатки теплообменников «труба в трубе»

К недостаткам теплообменников труба в трубе относятся:

Значительные габариты

Высокая стоимость (наружные трубы, не участвующие в теплообмене, а также — трубы для грунтового теплообменника, если таковые включаются в общую конструкцию, стоят довольно дорого)

Сложность в проектировке (расчет теплообменника труба в труба будет описан ниже)

Впрочем, данные недостатки уравновешиваются указанными выше достоинствами, потому такие теплообменники достаточно широко используются.

2.Выбор конструкционных материалов для деталей и элементов аппарата

   Проектировка  теплообменников труба в трубе

Расчет труба в трубе теплообменника включает в себя выбор материала для его изготовления, а также – определение ключевых параметров конструкции.

Ниже мы рассмотрим основные моменты, связанные с проектировкой теплообменников данного типа, однако следует отметить, что целесообразно доверить выполнение расчетных работ профессионалам в области теплотехники.

Принимая во внимание коррозионную активность ряда теплоносителей, а также – необходимость в обеспечении максимально длительного срока службы теплообменника, чаще всего для изготовления основных его элементов используют нержавеющую сталь (трубы стальные для отопления). Возможно изготовление теплообменника и из  другого материала, однако в этом случае необходим тщательный анализ условий его использования.

Что же касается расчетов габаритов основных элементов теплообменника труба в трубе, то здесь учитываются такие величины:

• Средняя разность температур теплоносителя
• Тепловая нагрузка аппарата
• Коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменника к раствору
• Тепловое сопротивление стенки теплообменника
• Коэффициент теплопередачи
• Расчетная поверхность теплообмена
• Кроме теплотехнических характеристик, проводя расчет теплообменника трубе в трубе, обязательно вычисляются гидравлические характеристики системы, а также – проводится конструкционный расчет для выяснения механической нагрузки на трубы металлические для отопления теплообменника.
• Таблица коэффициентов теплообмена
• Ниже приводится таблица коэффициентов теплообмена труб для теплообменника «труба в трубе» с различными рабочими средами. Данные из этой таблицы вы можете использовать, проводя самостоятельны расчет теплообменной системы.

• Благодаря несложной конструкции типа труба в трубе теплообменник подобного типа может использоваться очень широко. И если вас не пугают его значительные габариты, то конструкция «труба в трубе» — это отличный вариант!

3.Техническое обслуживания и ремонт аппарата

Наиболее распространенными последствиями отказов теплообменных аппаратов ПТУ являются отключение турбины, ограничение отпуска теплоты, снижение коэффициента готовности оборудования, снижение экономичности турбоустановки и, как следствие, увеличение удельных расходов топлива. В связи с этим большое значение имеет оперативное устранение неисправностей аппаратов и профилактика отказов, которые производятся в системе технического обслуживания и ремонта.Способность оборудования к эффективной работе в соответствии с требованиями нормативно-технической документации в течение всего срока эксплуатации зависит от качества технического обслуживания и ремонта по каждому узлу оборудования.

Приведем определения некоторых понятий, используемых в настоящей главе

.Система технического обслуживания и ремонта оборудования —совокупность взаимосвязанных элементов, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества оборудования станций и сетей, входящего в эту систему.Техническое обслуживание—комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании его по назначению, ожидании, хранении и транспортировке (ГОСТ 18322―78).

Ремонт—комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий и их составных частей (ГОСТ 18322―78).

Ремонтопригодность—свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта .

Техническое обслуживание и ремонт предусматривают выполнение комплекса работ, направленных на обеспечение исправного состояния оборудования, надежной и экономичной его эксплуатации, проводимых с определенной периодичностью и последовательностью при оптимальных трудовых и материальных затратах.

Модернизация действующего оборудования (модернизация)—изменение конструкции действующего оборудования, обеспечивающее улучшение его показателей назначения, повышение надежности, уменьшение энергетических, материальных затрат и трудовых ресурсов при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте, а также возможности применения при эксплуатации более дешевых (недефицитных) видов топлива, сырья, материалов.

К основным видам работ, которые проводятся на станциях для восстановления работоспособности теплообменных аппаратов, относятся очистка и антикоррозионная обработка трубных досок и водяных камер; очистка внутренней и наружной поверхностей теплообменных трубок; восстановление герметичности соединений трубок с трубными досками; заглушка вышедших из строя трубок, а также их замена при капитальных ремонтах аппаратов. Ресурс между капитальными ремонтами должен быть не менее 40 000 ч.

Повреждаемость теплообменных аппаратов вызывается следующими основными процессами, имеющими место при эксплуатации.

Химические процессы:

§ общая коррозия (в присутствии окислителей);

§ ударная коррозия;

§ коррозия под воздействием агрессивных газов и растворимых веществ (углекислотная, аммиачная и др.);

§  коррозия под воздействием микроорганизмов (биологическая коррозия);

§ электрохимическая коррозия;

§ коррозионное растрескивание под напряжением.

Механические процессы, связанные с эрозией:

§ эрозия теплоносителем с механическими взвесями во внутритрубном пространстве (в большей степени характерна для конденсаторов);

§ эрозия капельно-ударная в межтрубном пространстве (характерна для конденсаторов и ПСГ, а также для сальникового подогревателя);

§ эрозия в результате воздействия относительно высокоскоростных и высокотемпературных потоков жидкости (характерна для ПВД).

Механические процессы, связанные с вибрацией:

§ фрикционный износ трубок в серединах пролетов или в области гибов при их соударениях, а также в зоне прохода через отверстия в промежуточных перегородках за счет вибрации трубок в потоке теплоносителя.

Термические процессы:

§ перегрев металла трубок выше допустимого, вызванный, например, неисправностью задвижек по пару при прекращении прокачивания нагреваемого теплоносителя, а также нарушением правил технической эксплуатации (ПТЭ);

§ стесненность термических расширений теплообменных трубок и как следствие появление в материале дополнительных напряжений.

Все отмеченные процессы могут усугубляться дефектами изготовления, монтажа и эксплуатации, такими как механические повреждения (задиры, царапины и т.д.) на наружной поверхности металла трубок при сборке, повреждения теплообменных трубок за счет попадания в паровое пространство аппаратов различных инородных предметов (фрагменты оторванных лопаток― в конденсаторе), а также возникновением в трубках при вальцевании напряжений кручения.

4.Промышленная  безопасность

В соответствии с Законом РК «О промышленной безопасности на опасных производственных объектах» от 03.04.2002 года №314-II, при ввозе в РК или производстве новых технических устройств и материалов, предназначенных для применения на опасных производственных объектах, необходимо получать разрешения на применение от уполномоченного органа (Комитет по государственному контролю за чрезвычайными ситуациями и промышленной безопасностью Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан).

Разрешение МЧС РК выдаётся на основании Заключения экспертизы промышленной безопасности о соответствии конкретных видов (типов) технических устройств требованиям действующего законодательства, правил и нормативной документации Республики Казахстан в области промышленной безопасности. 
На опасных производственных объектах запрещено применение технических средств, не имеющих Разрешение МЧС РК на применение. 
Экспертиза промышленной безопасности проводится специализированной организацией, имеющей Аттестат МЧС РК на основании Закона Республики Казахстан "О промышленной безопасности на опасных производственных объектах"от 3 апреля 2002 года № 314 и предусматривает оценку соответствия технологического оборудования, агрегатов и механизмов, технических систем и комплексов, приборов и аппаратуры требованиям нормативно-технических документов в области промышленной безопасности, а также оценку технического состояния технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах. 
Для проведения экспертизы и получения разрешения на применение необходимо представить следующие документы: 
- сведения об изготовителе; 
- техническое описание, назначение, описание работы технических устройств (материалов); 
- технические характеристики, чертежи технических устройств (материалов); 
- инструкции по монтажу, эксплуатации, техническому обслуживанию технических устройств (материалов); 
- отчеты об испытаниях технических устройств / материалов (проведенных изготовителем или другой аккредитованной лабораторией); 
- казахстанские сертификаты соответствия на технические устройства (материалы) 
- иностранные сертификаты соответствия на материалы, комплектующие и сами технические устройства; 
и другие документы, подтверждающие безопасность и качество технических устройств (материалов).

5.Охрана труда

Культура охраны труда включает в себя соблюдение права на безопасные условия труда на всех уровнях, когда работодатели и работники активно вовлечены в процесс обеспечения безопасности труда посредством системы четко определенных прав, обязанностей и ответственности, а также когда основной приоритет отдается принципам безопасности и охраны труда.

Высокопроизводительный достойный труд невозможен без обеспечения безопасных и здоровых условий на каждом рабочем месте и в целом на предприятии.

Необходимо отметить, что ответственность за безопасность и охрану труда в структурных подразделениях Компании возлагается на первых руководителей филиалов, при этом важно в филиалах Компании приоритет вопросам охраны труда ставить на ряду с производственными и финансовыми вопросами.

Практические рекомендации, содержащиеся в СУОТ, предназначены для использования всеми, на кого возложена ответственность за управление охраной труда, они являются обязательными к исполнению. Поэтому СУОТ является практическим инструментом содействия структурными подразделениями в осуществлении непрерывного совершенствования деятельности по безопасности и охраны труда.

Профилактические работы по охране труда проводятся согласно разделу 5 «Безопасность и охрана труда» Трудового Кодекса РК.

В соответствии с Законом РК от 30.12.09 г. №234-IV "Об обязательном страховании работника от несчастных случаев при исполнении им трудовых (служебных) обязанностей" Товариществом ежегодно заключаются договора обязательного страхования работника от несчастных случаев при исполнении им трудовых (служебных) обязанностей со страховыми компаниями имеющими лицензии на право осуществления страховой (перестраховочной) деятельности в отрасли «страхование жизни».

В соответствии с постановлением Правительства РК от 5 декабря 2011 года №1457 «Об утверждении Правил обязательной периодической аттестации производственных объектов по условиям труда», с целью снижения профессиональной заболеваемости, определения состояния безопасности, вредности, тяжести, установления правильного режима труда и отдыха работника проведена аттестация вновь созданных рабочих мест, на основании результатов которой производятся оплата труда и предоставление льгот и компенсаций работникам, занятым на работах с вредными и опасными условиями труда, предусмотренных трудовым законодательством Республики Казахстан.

6.Зашита окружающий среды

Основные принципы охраны окружающей среды допускают воздействие предприятий на природную среду, исходя из требований в области охраны окружающей среды. При этом снижение негативного воздействия на окружающую среду должно достигаться на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов.

Общие требования в области охраны окружающей среды при эксплуатации предприятий установлены в главе 8 федерального закона «Об охране окружающей среды». Законом определено, что эксплуатация предприятий и иных объектов, оказывающих прямое или косвенное негативное воздействие на окружающую среду, осуществляется в соответствии с требованиями в области охраны окружающей среды. При этом должны предусматриваться мероприятия по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, обеспечению экологической безопасности. В соответствие с требованиями федерального закона «Об охране окружающей среды» юридические и физические лица, осуществляющие эксплуатацию предприятий, обязаны соблюдать утвержденные технологии и требования в области охраны окружающей среды и обязаны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды на основе применения технических средств и технологий обезвреживания и безопасного размещения отходов производства и потребления, обезвреживания выбросов и сбросов загрязняющих веществ, а также иных наилучших существующих технологий, обеспечивающих выполнение требований в области охраны окружающей среды.

За нарушение законодательства в области охраны окружающей среды предусмотрена имущественная, дисциплинарная, административная и уголовная ответственность. Наложение административных штрафов на виновных в экологических правонарушениях не освобождает их от возмещения вреда, причиненного окружающей природной среде. Компенсация причиненного вреда осуществляется добровольно либо по решению суда. Определение размера вреда осуществляется исходя из фактических затрат на восстановление нарушенного состояния окружающей среды, с учетом понесенных убытков, в том числе упущенной выгоды, а также в соответствии с проектами рекультивационных и иных восстановительных работ. Иски о компенсации вреда окружающей среде, причиненного нарушением законодательства в области охраны окружающей среды, могут быть предъявлены в течение двадцати лет.

Нарушение требований в области охраны окружающей среды также влечет за собой приостановление или прекращение эксплуатации предприятий. Выполнение предписаний об ограничении или о прекращении финансирования хозяйственной и иной деятельности являются обязательными для исполнения.Ответственность за принятие решений при осуществлении хозяйственной или иной деятельности, которая оказывает или может оказывать негативное воздействие на окружающую среду, несет руководитель предприятия и (или) лицо им назначенное. Для крупных предприятий организационно выгодно создание экологической службы предприятия. Для средних и мелких предприятий назначается инженер по охране окружающей среды (эколог) предприятия.

Заключение.

В данном курсовом проекте я произвел подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина. Мной был произведен технологический, гидравлический расчет, а также элементы механического расчета. Исходя из полученных данных был подобран по каталогу нормализованный четырехходовой кожухотрубчатый теплообменник. Кроме того была подробна рассмотрена технологическая схема теплообмена.

Список литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.
2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков//Под ред. Чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова.- 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. 576с.
3. Расчет теплообменных аппаратов: Учеб. пособ./ В.Д. Измайлов, В.В. Филиппов; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2006. 108с.