Контрольная работа по "Технологии"

При значительных количествах  теплоносителей теплообменник составляют из нескольких параллельных секций, присоединяемых к общим коллекторам.

Теплообменники  «труба в трубе» могут использоваться, как для нагревания, так и для  охлаждения. 
Нагревание обычно производится или горячей водой или насыщенным водяным паром, который запускается в межтрубное пространство и конденсируется на поверхности внутренней трубы. 
Использование водяного пара в качестве греющего агента имеет следующие достоинства: 
 
- высокий коэффициент теплоотдачи; 
- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара; 
- равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре; 
- легкое регулирование обогрева.

При охлаждении в теплообменниках «труба в трубе» в качестве хладоагента  может использоваться речная или  артезианская вода, а в случае, ко-гда  требуется получить температуру  ниже 5-20°С применяют холодильные  рассолы (водные растворы СаС12, NaCl, и  др.). 
Теплообменники типа «труба в трубе» используются в основном для нагрева или охлаждения теплоносителя в тех случаях, когда требуются небольшие поверхности теплообмена (обычно до 50 м2). Они также могут использоваться в процессах, сопровождающихся частичным кипением или конденсацией теплоносителя. Преимущество теплообменника «труба в трубе» заключается в разнообразии компоновок, и, кроме того, они могут быть быстро собраны из стандартных элементов на месте монтажа.

При необходимости поверхность теплообмена  может быть увеличена за счет установки  дополнительных секций. Подходящим выбором  конструкции входных и выходных патрубков можно обеспечить эффективную  очистку поверхностей теплообмена  по обеим сторонам. Можно просто выполнять контроль распределения  потоков теплоносителя по каждому  каналу теплообменника, что особенно важно при охлаждении вязких жидкостей, когда в случае необходимости  один насос может быть установлен для группы теплообменников.

Теплообменники  «труба в трубе» часто используются для небольших мощностей, при  которых нет необходимости применять  оребренные трубы (например, при использовании  в качестве теплоносителя воды). В этом случае применяются гладкие  трубы или пучки гладких труб.

Теоретические основы процесса теплопередачи

Тепловые процессы или  теплообмен — обобщенное название процессов передачи энергии в  виде теплоты между телами, имеющими различную температуру.Движущей силой процесса теплообмена является разность температур. Причем передача теплоты осуществляется от тела с большей к телу с меньшей температурой.

К тепловым процессам, используемым в промышленности, относятся процессы нагревания, охлаждения, испарения  и конденсации.

Вещества и тела, участвующие  в процессе теплообмена, называются теплоносителями. Теплоносители с  более высокой температурой, отдающие теплоту в процессе теплообмена, называются горячими теплоносителями, вещества с более низкой температурой, воспринимающие теплоту в процессе теплообмена, называются холодными теплоносителями.Передача теплоты может осуществляться как при непосредственном соприкосновении теплоносителей, так и через теплопроводящую стенку (поверхность теплообмена) и является основным расчетным конструктивным параметром теплообменных аппаратов (теплообменников).

Различают стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся) теплообменные процессы.

• При стационарных процессах, характерных обычно для непрерывно действующих теплообменных устройств, температура в каждой точке рабочего объема (тела) не меняется во времени.
• При нестационарных процессах, характерных для периодически действующего оборудования, температура, напротив, меняется во времени.

Совокупность значений температур во всех точках объема (тела) называется температурным полем. Кроме трехмерного  температурного поля, в зависимости  от условий проведения процесса и  числа используемых координат могут  рассматриваться двумерные, и одномерные температурные поля. Так же, как тепловые процессы, температурное поле может быть стационарным и нестационарным. Изотермическая поверхность в температурном поле — поверхность, объединяющая точки с одинаковыми температурами. Из-за отсутствия разности температур теплота вдоль такой поверхности не распространяется.

Механизмы передачи теплоты:

Теплота от одного тела к  другому передается: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

• Теплопроводность— перенос теплоты вследствие движения и колебаний микрочастиц, соприкасающихся друг с другом. Теплопроводностью передается теплота в твердых телах и тонких слоях жидкости и газа.
• Конвекция — перенос теплоты путем перемещения макрообъектов жидкости или газов. Перемещение возможно за счет разности плотностей, обусловленной неодинаковой температурой отдельных участков объема системы (естественная, или свободная, конвекция), а также путем принудительного их перемещения в результате внешних механических воздействий с помощью насосов, компрессоров, воздуходувок и т. п, (вынужденная конвекция).
• Тепловое излучение (лучеиспускание) — перенос теплоты в виде электромагнитных волн, излучаемых нагретым телом.

Указанные механизмы распространения  теплоты редко встречаются в  чистом виде. Обычно они сопутствуют  друг другу — происходит так называемый сложный теплообмен.

• Конвекция — процесс распространения теплоты в жидкости или газе от поверхности твердого тела или наоборот. Процесс передачи теплоты одновременно конвекцией и теплопроводностью называют теплоотдачей.

 Описание схемы работы теплообменника. Рабочие параметры

В разборных конструкциях теплообменников типа «труба в трубе» внутренние трубы при повышении температуры могут удлиняться независимо от наружных. Конструкция аппаратов позволяет осуществлять регулярную механическую очистку внутренней поверхности теплообменных труб от загрязнений, а также при необходимости вынимать трубы для их замены или механической очистки наружной поверхности.

В многопоточных теплообменных аппаратах распределительная камера служит для распределения потока по теплообменным трубам. Между решетками теплообменных и кожуховых труб расположена распределительная камера для среды, протекающей по кольцевому пространству в кожуховых трубах. Многопоточные теплообменники имеют два хода по внутренним трубам и два по наружным.В аппарате этого типа легче обеспечить большие скорости движения потоков, что позволяет иметь и более высокие коэффициенты теплопередачи и большие значения теплонапряженности поверхности нагрева. Кроме того, в аппаратах типа «труба в трубе» легче осуществить противоток между теплообменивающимися средами, что также способствует более высокой эффективности теплообмена.

Поверхность теплообменных  аппаратов рассматриваемого типа в  меньшей степени подвержена загрязнению  продуктами коррозии и механическими  примесями, содержавшимися в теплообменивающихся  средах. Во многих случаях аппараты типа «труба в трубе» работают с  более высокими тепловыми показателями.

В теплообменных аппаратах  разборной конструкции внутренние трубы в ряде случаев с наружной поверхности выполняются с оребрением, позволяющим в 4 —5 раз увеличить  их поверхность теплообмена. Оребрение  внутренних труб используют, как правило, в тех случаях, когда со стороны  одной из теплообменивающихся сред трудно обеспечить высокий коэффициент  теплоотдачи (движется газ. вязкая жидкость, поток имеет ламинарный характер и т.п.). В этом случае оребрение поверхности со стороны такой теплообменивающейся среды позволяет значительно увеличить количество переданного тепла.

Для повышения эффективности  теплообмена в трубном пространстве используют методы воздействия на поток  устройствами, разрушающими и турбулизирующими движение потока в трубе. Это различного рода турбулизирующие вставки, вял ленточные, завихрители, установленные по всей длине трубы, обеспечивают закрутку потока, что является одним из эффективных способов интенсификации теплообмена в трубах. Широкое распространение из-за простоты изготовления получили ленточные завихрители. Наиболее эффективная закрутка потока при этом реализуется, если лента вставлена в трубу практически без зазора. Дополнительный эффект в этом случае заключается в том. что винтовая вставка увеличивает поверхность теплообмена и воспринятое ею тепло посредством теплопроводности передается в стенку трубы.

Отечественные машиностроительные заводы освоили производство диафрагмированных  труб, которые изготавливаются путем  нанесения на гладкие трубы поперечных вертикальных или наклонных спиральных канавок. Вместо наклонных канавок  можно устанавливать внутри труб турбулизаторы, представляющие собой спиральную проволоку.

Преимущества  теплообменников «труба в трубе»: 
- высокий коэффициент теплопередачи в следствии большой скорости обоих теплоносителей; 
- простота изготовления. 
Недостатки этих теплообменников:  
- громоздкость; 
- высокая стоимость ввиду большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене; 
- трудность очистки межтрубного пространства.

Эксплуатация.

Наиболее часто отложения  зависят от температуры и при  фиксированной мощности теплообменник  с развитой поверхностью имеет меньшую  температуру металла, чем в случае применения гладких труб. Тем самым  снижается скорость образования  отложений. Продольный поток также  не имеет застойных зон, в которых  могут накапливаться отложения. Наконец, когда на поверхности накапливаются  отложения (уменьшаются коэффициенты теплоотдачи), увеличивается эффективность  оребрения и тем самым частично компенсируются потери в теплоотдаче.

Теплообменники «труба в  трубе» имеют небольшую массу  и легко устанавливаются при  использовании минимального количества монтажного оборудования. Они не требуют  больших фундаментов и часто  могут быть присоединены к существующим устройствам. Стандартные опоры  имеют болтовые отверстия со всех четырех сторон. Это означает, что  многосекционные аппараты легко могут быть смонтированы вместе. Трубы кожухов, соединенные последовательно, нуждаются только в прокладках, а для соединения внутренних труб можно использовать простые поворотные переходники. Простота конструкции, использование болтовых соединений, легкость оребренных труб и минимальное число узлов обеспечивают минимум стоимости. Отдельные элементы могут быть легко и быстро заменены, особенно если имеется в наличии запасной элемент такого же типа. Это позволяет производить очистку загрязненного элемента, не останавливая всего технологического процесса.

Ремонт и очистку теплообменной  аппаратуры от накипи и загрязнений  проводят в сроки, предусмотренные  инструкциями. Перед началом работ  полностью освобождают теплообменную  аппаратуру от нефтепродуктов, открывают  крышку, промывают трубное и межтрубное пространство водой, продувают паром  и только после этого приступают к механической или химической очистке. Вместо промывки аппаратов обычными углеродами – растворителями (керосином, сольвентом и т.п.), целесообразно  применять пожаробезопасные моющие средства.

Одной из причин ухудшения  работы теплообменной аппаратуры является нарушение работы системы оборотного водоснабжения, в том числе повышение  надёжности и экономичности процессов  конденсации и охлаждения дистиллятов  в нефтеперерабатывающей промышленности стали широко применять теплообменные  аппараты воздушного охлаждения.

Следует, однако, отметить, что  аппараты воздушного охлаждения обладают специфической опасностью, обусловленной  наличием мощного вентиляционного  агрегата. Уже отмечен случай, когда  отрыв лопасти вызвал повреждение  теплообменной системы, выхода горючих  жидкостей и газов наружу, возникновение  крупного пожара на блоке теплообменной  аппаратуры.

Техника безопасности и охрана окружающей среды.

Теплообменные аппараты, как  и многие другие технологические  аппараты нефтепереработки, создают  пожарную опасность двойке рода:

• ·во-первых, они сами, могут послужить местом возникновения развития пожара;
• ·во-вторых они существенно влияют на пожарную опасность связанных с ними технологических аппаратов и установок в целом.

Пожары и загорания  на теплообменных аппаратах возникают  главным образом в результате образования неплотностей и повреждений  при чрезмерном повышении давления, температурных деформациях и  коррозии.

Повышенное давление в  теплообменном аппарате может образовываться при отсутствии контроля и регулирования  подачи нагреваемого продукта, образовании  пробок в трубках или в линии  за теплообменником из-за отложений, неправильной регулировке подачи теплоносителя.

Опасность потери герметичности  особенно велика при пусках остановках теплообменных аппаратов. Ори этом наиболее вероятны две причины повреждения  аппарата: в результате теплового  расширения несжимаемой жидкости элементов  и неравномерных температурных  деформаций аппарата. В теплообменном  аппарате (например, в кожухотрубчатом  теплообменнике), предназначенном для  подогрева жидких продуктов, опасен горячий (т. е. с подогревом) пуск при  случайно оставленных, закрытыми задвижках  на концах теплообменных труб, заполненных  жидким продуктом. Находящаяся внутри отключенных труб жидкость при нагревании значительно увеличивается в  объеме.

Неравномерные температурные  деформации в теплообменном аппарате возникают в результате разности температур нагрева конструктивных элементов, жёстко связанных между  собой. Для предотвращения опасных  температурных деформаций ограничивают длину теплообменников, а при  превышении безопасной длины в конструкции  теплообменников предусматривают  температурные компенсаторы (плавающая  головка, сальниковое устройство, изогнутые  трубки, линза).