Технологическая модернизация и расчет трубчатой пастеризационной установки марки П 8-ОПТ

      Полученные результаты показали, что для подогревателей паровых турбин повышение эффективности работы может быть достигнуто, прежде всего, за счет интенсификации теплообмена с паровой стороны аппаратов. При этом увеличение коэффициента теплоотдачи с паровой стороны на 15-25% приводит к увеличению коэффициента теплопередачи на 7-15% соответственно. Необходимо также учитывать, что загрязнение аппаратов в условиях эксплуатации может выровнять уровни теплоотдачи по паровой и водяной сторонам; при повышенном загрязнении поверхности теплообмена и высокой температуре охлаждающей (нагреваемой) воды процесс теплообмена будет лимитироваться водяной стороной аппарата.

      Ниже представлено описание ряда разработок по повышению эффективности теплообменных аппаратов, которые уже достаточно широко применяются и прошли апробацию в условиях длительной эксплуатации. К таким разработкам относятся:

- применение  в теплообменных аппаратах профильных  витых трубок  вместо гладких;

- способ  химической промывки теплообменных  аппаратов в условиях эксплуатации;

- способ  очистки вертикальных и горизонтальных  теплообменных аппаратов водовоздушной смесью;

- модернизация  системы отсоса неконденсирующихся  газов из пароводяных подогревателей.

      Применение различно профилированных трубок рассматривается в настоящее время как одно из самых перспективных направлений интенсификации теплообмена в кожухотрубных ТА. По мнению специалистов реальное применение в конденсирующих ТА могут найти трубки, у которых искусственная шероховатость имеет место как с наружной, так и с внутренней стороны. В ряду таких трубок наиболее исследованными и прошедшими промышленную апробация в серийных ТА являются профильные витые трубки. Эти трубки изготавливаются из обычных гладких трубок при обкатке их на специальных приспособлениях. Эффективность применения определяется возможностью интенсификации теплообмена как со стороны конденсирующегося пара, так и со стороны воды. Гидравлическое сопротивление выше, чем у гладких трубок, что требует соответствующего увеличения мощности на прокачку теплоносителя через них. Как показали результаты проведенных исследований, гарантированный эффект увеличения коэффициента теплопередачи в аппаратах при рационально выбранной геометрии трубок и соответствующих нормам условиях эксплуатации на номинальном режиме работы ТА составляет: для конденсаторов — 15%; для подогревателей — 20-40%. Гидравлическое сопротивление ТА при этом увеличивается на 40-70%.

      Для химической промывки различных теплообменных аппаратов в условиях эксплуатации разработан и рекомендован состав на основе бисульфата аммония. Предлагаемый реагент эффективен при промывке трубок из медных сплавов с железоокисными и медьсодержащими эксплуатационными отложениями, менее агрессивен, чем минеральные кислоты, более доступен и дешев, чем комплексоны и органические кислоты. Промышленная апробация предлагаемого реагента для химической промывки и отработки технологической схемы была проведена на конденсаторах и подогревателях сетевой воды с различным характером отложений и удельной загрязненностью поверхности теплообмена. Время промывки каждого аппарата (подогревателя, конденсатора) составляло 4–8 часов. Полученные результаты позволяют рекомендовать предлагаемые растворы реагентов для химических промывок трубных систем теплообменных аппаратов турбоустановок.

      Система очистка водовоздушной смесью вертикальных и горизонтальных теплообменных аппаратов, разработанная авторами, позволяет эффективно удалять рыхлые органические отложения на трубках и сократить трудозатраты на промывку. Очистка ведется водовоздушной смесью, получаемой путем подачи в поток воды воздуха с давлением на 2-5 кПа больше, чем давление воды. Использование предлагаемого способа очистки ТА обеспечивает следующие преимущества по сравнению с существующими: позволяет поддерживать аппарат в чистом состоянии постоянно, не выключая его из технологической схемы на длительное время; уменьшает недогрев воды до температуры насыщения пара; сокращает время очистки ТА; не требует разборки аппарата и привлечения ремонтного персонала.

      В настоящее время освоено производство модернизированных трубных систем теплообменных аппаратов. Все конструкции были разработаны УГТУ с использованием современных технических решений, повышающих эффективность и надежность работы серийных аппаратов. К таким техническим решениям относятся:

- применение  высокоэффективных ПВТ из коррозионно-стойких  материалов (нержавеющая сталь);

- использование  новой технологии закрепления  трубок в трубных досках, позволяющей  получить соединение повышенной герметичности;

- оптимизация  компоновки трубных пучков аппаратов;

- уплотнение  зазора между промежуточными  перегородками и корпусом;

- защита  труб от коррозии.

       Проблема повышения эффективности и надежности теплообменников относится к задачам системного анализа. Сложность постановки данной задачи не позволяет решать ее точными методами, но требует комплексного учета многих факторов. Так, например, идеальный материал для поверхности теплообмена ТА должен иметь высокие показатели теплопроводности и прочности, быть технологичным, коррозионно- и эрозионностойким, а также быть дешевым и доступным. Приведенный комплекс требований принципиально не может быть обеспечен полностью. Поэтому приходится искать разумный компромисс, наиболее целесообразный для конкретного типа аппаратов и конкретных условий эксплуатации.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Патентный поиск 

Многоходовой  трубчатый теплообменник

       Изобретение относится к оборудованию  для пищевой промышленности, в  частности для тепловой обработки   молока и других жидких пищевых  продуктов. 

     Сущность изобретения: теплообменник  содержит корпус с патрубками  для ввода и вывода теплоносителя  и обрабатываемой жидкости, пучок  труб, закрепленный в трубных  решетках по концентрическим  окружностям, крышки, закрывающие  трубные решетки, цилиндрические  перегородки, расположенные между  окружностями, образованными пучком  труб, при этом каждая перегородка  имеет длину, меньшую длины  межтрубного пространства, и поочередно  закреплена в  противоположной  трубной решетке, а в трубных  решетках, в местах крепления  концов труб, выполнены кольцевые  углубления для соединения между  собой двух соединенных концентрических  рядов труб. Патрубок ввода обрабатываемой  жидкости расположен в центре  передней крышки.

      Целью изобретения является упрщение  конструкции и снижение общего  гидравлического сопротивления.

Цель  достигается тем, что для уменьшенияколичества ходов теплоносителя в межтрубном пространстве установлены цилиндрические, коаксиально расположенные перегородки  меньшей длины, чем длина межтрубного  пространства, которые, чередуясь через  одну, закреплены на внутренних сторонах трубных решеток, отделяя кольцевые  ряды труб, а для уменьшения количества ходов обрабатываемой жидкости трубные  решетки в местах крепления концов труб имеют кольцевые углубления и при установленных крышках  соединяют последовательно два  соседних кольцевых ряда труб.

     Теплообменник состоит из трубных  решеток 1,2, трубы в которых  размещены по концентрическим  окружностям с образованием кольцевых  рядов 3,4,5, цилиндрических перегородок  6 меньшей длины, чем длина межтрубного пространства 7, установленных коаксиально в межтрубном пространстве, отделяя кольцевые ряды труб, и закрепленных через одну на внутренних сторонах трубных решеток, входного коллектора 8,распределяющего поступающую на обработку жидкость во внешний кольцевой ряд труб 3, передней крышки 9 с входным патрубком 10, задней крышки 11 с выходным патрубком 12 и патрубком подвода теплоносителя 13, корпуса 14 с патрубком отвода теплоносителя 15. Трубные решетки 1,2 в местах крепления концов труб имеют кольцевые углубления 16, соединяющие последовательно два кольцевых ряда труб.

       Теплообменник работает следующим  образом.

     Жидкость поступает на обработку  через патрубок 10 и, равномерно  распределяясь в коллекторе 8, попадает  во внешний ряд труб 3, предварительно  нагревается теплоносителем, имеющем  на выходе из межтрубного пространства 7 минимальную температуру, проходит  кольцевую полость 16 трубной решетки  2, поступает в средний кольцевой  ряд труб 4, где нагревается до  более высокой температуры, и  так далее. Окончательная температурная  обработка проводится в выходной  трубе 5, и, имея максимальную  температуру, жидкость поступает  в выходной патрубок 12. В свою  очередь теплоноситель поступает  через патрубок 13 в межтрубное  пространство 7 и, огибая перегородки  6, отдав тепло обрабатываемой  жидкости, выходит через патрубок 15.

        При этом скорость движения  жидкости в трубах будет различной,  ступенчато увеличиваясь по мере  прохождения кольцевых рядов  труб, что в свою очередь приводит  к ступенчатому увеличению коэффициента  теплоотдачи. Количество же и  скорость обрабатываемой жидкости  одинакова для любой трубы  одного кольцевого ряда, что необходимо  для гарантированной, качественной  тепловой обработки.

       Упрощение конструкции теплообменника  ведет к сокращению затрат  как на изготовление его частей, так и на его сборку, так  как изготовление и сборка  осуществляются простыми технологическими  операциями. Эффективность использования межтрубного пространства позволяет сделать такой реплообменник компактным. Кроме того, невысокое общее гидравлическое сопротивление позволяет снабжать такой теплообменник насосами меньшей мощности.

Формула изобретения

1. Многоходовой трубчатый теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода и отвода теплоносителя и обрабатываемой жидкости, пучок труб, закрепленный в трубных решетках по концентрическим окружностям, крышки, закрывающие трубные решетки , отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения общего гидровлического сопротивления, он снабжен цилиндрическими перегородками, расположенными между окружностями, образованными пучком труб, при этом каждая перегородка имеет длину, меньшую длины межтрубного пространства, и поочередно закреплена в противоположной трубной решетке, а в трубных решетках в местах крепления концов труб выполнены кольцевые углубления для соединения между собой двух соседних концентрических рядов труб.
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что патрубок ввода обрабатываемой жидкости расположен в центре передне крышки.

 

    Я считаю, что изобретение по данному патенту имеет более простую и удобную конструкцию, позволит снизить общее гидравлическое сопротивление, упростить эксплутационное обслуживание и обеспечить высокую надежность.  
 
 
 
 

4 Расчет трубчато-пастеризационной  установки 

        4.1 Тепловой баланс

        1 Находим температуру молока  на выходе из 1 секции, которую  применяем на 6°С выше температуры  водопроводной воды по формуле  (1) 

                                                                                     (1)                                                                                  

      2 Находим среднюю температуру  для каждой секции, по формулам (2) и (3):

                                                                                       (2)                                                                                                             

                                                                                         (3)                                                                                              

  

      3 Определяем при полученных средних  температурах теплофизические характеристики  молока:

      а) удельная теплоемкость молока:              
 

      б) плотность молока: 
 

     в) динамическая вязкость молока: 
 

     г) теплопроводимость молока: 
 

      4 Определяем тепловые затраты  по формуле (4):

                                                              (4)                                                                        
 
 

      Тогда суммарные затраты определяются по формуле (5):

                                                                             (5)