ВЫПАРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 1. Классификация выпарных аппаратов, назначение, принцип действия, конструктивные особенности. Назначение: Выпаривание - для концентрирования растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворах. Выпарные аппараты классифицируются по различным признакам. Наиболее существенной является классификация по принципу организации циркуляции кипящего раствора в аппарате. Различают конструкции с естественной и принудительной циркуляцией, а также пленочные выпарные аппараты. Классификация: Выпарные аппараты с естественной циркуляцией кипящего раствора широко распространены в химической промышленности и имеют ряд конструктивных различий. Для предупреждения возникновения температурных напряжений рекомендуется использование конструкций с подвесной нагревательной камерой. Особенно широко такие аппараты применяются при выпаривании щелочных растворов. Значительным недостатком всех выпарных аппаратов является сложность чистки и замены кипятильных труб. В выпарном аппарате с выносной нагревательной камерой, благодаря значительной скорости циркуляции раствора (до 1,5 м/с), опасность отложения пристенных осадков снижена. К сепаратору такого аппарата можно подключить несколько кипятильников, один из которых будет резервным. Это позволяет проводить ремонт и чистку труб, не останавливая работу всей установки. Для получения растворенного вещества в виде кристаллов применяют выпарной аппарат с выносной зоной кипения. Однако скорость циркуляции в таком аппарате невысока. Более высокие скорости циркуляции парожидкостной смеси (2,0 – 2,5 м/с) достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией. Это обеспечивается установкой в циркуляционной трубе центробежных или осевых насосов, обладающих высокой производительностью. В таких аппаратах можно с успехом концентрировать высоковязкие и кристаллизующиеся растворы. Однако к общим недостаткам подобных конструкций следует отнести повышенный расход энергии и более высокую их стоимость. Пленочные выпарные аппараты относят к группе аппаратов, работающих без циркуляции. Эти аппараты работают при прямоточном движении раствора и образующегося вторичного пара, поэтому здесь отсутствует гидростатическая депрессия. В таких аппаратах удается выпаривать растворы, склонные к интенсивному пенообразованию, а также растворы, чувствительные к перегреву и длительному нагреванию. Вместе с тем пленочные выпарные аппараты имеют и ряд недостатков. Они очень чувствительны к изменениям нагрузки по жидкости, особенно при малых расходах растворов. В них не рекомендуется выпаривать кристаллизующиеся растворы. Для их установки требуются большие производственные площади из-за значительной высоты кипятильных трубок. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой Выпарной аппарат с подвесной нагревательной камерой Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и выносной нагревательной камерой Выпарной аппарат пленочного типа с поднимающейся пленкой Выпарной аппарат пленочного типа с падающей пленкой 2. Область применения выпарных аппаратов. В частности, на АЭС; на пищевых производствах, на химических производствах. 3. Расчет на прочность основных узлов, расчет теплоизоляции, технология изготовления некоторых узлов и деталей выпарного аппарата. Технология изготовления некоторых узлов и деталей выпарного аппарата Обечайки В практике аппаратостроения обечайки изготовляют путем гибки и сварки листового проката. Гибка листового проката производится на листогибочных трехвалковых или четырехвалковых вальцах (рисунок 8.1). Днища Стальные эллиптические днища изготовляют диаметром от 159 до 4000 мм. Самым распространенным способом изготовления днищ является штамповка на прессах с помощью матрицы и пуансона (рисунок 8.2, а, б). Трубные решетки Трубные решетки изготовляют из листа необходимой толщины путем вырезки по кругу и последующей обработки на металлорежущих станках. Затем заготовку размечают под сверление отверстий для труб и болтовых соединений. Отверстия сверлят на радиально-сверлильных станках индивидуально или пакетом (по несколько штук). Диаметр отверстий под вальцовку труб больше наружного диаметра труб на 1,5…2,0 %. Стальные решетки приваривают к корпусу. Трубные решетки из цветных металлов зажимаются между стальными фланцами крышки и корпуса через прокладки. Трубы Трубы в кожухотрубных теплообменных аппаратах применяют из стали 10 и 20, а также из цветных металлов. Для изготовления теплообменника из 127 нержавеющих сталей применяются трубы из стали ОХ18Н10Т или Х17Н13М2Т. Перед укладкой труб в гнезда решетки их концы отжигают и очищают. Из способов крепления труб наиболее распространенный – развальцовка. Концы труб могут выступать над решеткой не более чем на 5 мм. При развальцовке с отбортовкой выступающие концы труб «под колокольчик» принимают не более 8 мм. Для создания прочного закрепления труб в гнездах решетки иногда выполняют кольцевые канавки глубиной 0,25…0,3 мм. Расчет на прочность основных узлов Целью расчета на прочность является обеспечение механической надежности работы выпарного аппарата. Расчету подлежит узел аппарата «кожух-трубки-трубные решетки». Прочностной расчет предполагает расчет основных узлов и деталей аппарата на прочность. Конструкция и элементы аппаратов должны рассчитываться на наибольшее допускаемое рабочее давление с учетом возможных температурных напряжений, особенностей технологии изготовления деталей, агрессивности действия рабочей среды и особенностей эксплуатации. На рис. 8.1 показана схема нагруженной греющей камеры кожухотрубного теплообменного аппарата. Греющая камера состоит из кожуха и трубного пучка, жестко связанных между собой трубными решетками. Кожух и трубки деформируются под действи- 177 ем температур и избыточных давлений в трубном и межтрубном пространствах. При этом, поскольку температуры трубок и кожуха различаются (иногда крайне существенно) и на трубки действует перепад давлений между трубным и межтрубным пространствами, а на кожух воздействует только избыточное давление в межтрубном пространстве, деформации трубок и кожуха могут существенно отличаться по величине. Поскольку давления в трубном и межтрубном пространствах и температуры кожуха и трубок в рабочем режиме отличаются, свободные деформации кожуха и трубок также неодинаковы. Кроме того, в реальности трубный пучок и кожух связаны трубными решетками и не могут свободно деформироваться. Возникают ситуации, когда, например, трубки стремятся удлиниться на необходимую им величину, а кожух ограничивает их деформации. В таком случае трубки в условиях стесненной деформации будут испытывать воздействие сжимающих напряжений. Кожух уже деформировался (удлинился) на обусловленную воздействием давления и температуры величину, но продолжает удлиняться под воздействием трубного пучка и испытывает воздействие растягивающих напряжений. Дополнительные стесненные деформации очевидно связаны с дополнительными реакциями, возникающими в системе «кожух — трубки —трубные решетки». Поскольку стесненные деформации являются осевыми, то и дополнительные реакции в трубках и кожухе должны действовать в осевом направлении. Данные осевые реакции воспринимаются трубными решетками, в которых по третьему закону Ньютона в ответ также возникают усилия, направленные вдоль оси теплообменной камеры. Для решеток данное направление является поперечным. Решетки под действием разнонаправленных осевых сил, действующих по диаметру кожуха и в местах соединения решетки с трубками, изгибаются и передают свой изгиб кожуху и трубкам. Таким образом, в рабочем режиме нагружения в трубках и в кожухе возникают восемь дополнительных реакций (рис. 8.2): — осевая сила в каждой трубке Nт , Н; — осевая сила, распределенная по периметру кожуха Qк , Н/м; — поперечная (перерезывающая) сила в трубной решетке, распределенная по периметру сопряжения с кожухом Qп , Н/м; — поперечная (перерезывающая) сила в трубной решетке, распределенная по перфорированному периметру Qа , Н/м; — изгибающий момент в каждой трубке Mт , Н · м; — изгибающий момент, распределенный по периметру кожуха, Mк , Н · м/м; — изгибающий момент в трубной решетке, распределенный по периметру кожуха, Mп , Н · м/м; — изгибающий момент в трубной решетке, распределенный по перфорированному периметру, Mа , Н · м/м. Опасными сечениями кожухотрубного теплообменника, таким образом, являются места сопряжения трубок и кожуха с решетками. Расчет на прочность решеток, кожуха и трубок проводят в данных местах. Для расчета мест сопряжений решетки и трубок выбирают как наиболее опасное место соединения более удаленной от оси аппарата трубки и решетки. Кожух и трубки в данных узлах проверяют на растяжение-сжатие и изгиб, трубные решетки — на изгиб и срез. Надежность крепления труб в трубных решетках проверяют по осевой силе. Кроме того, при воздействии на кожух или трубки дополнительных сжимающих сил проводят расчет на устойчивость (см. подразд.1.7, 3.3), а решетку между теплообменными трубками проверяют на изгиб как пластину (см. разд. 4). Для удобства расчет элементов кожухотрубных аппаратов на прочность осуществляют относительно половины длины теплообменной трубки. Последовательность расчета на прочность теплообменного аппарата Согласно ГОСТ 34233.7–2017 нормативный расчет на прочность кожухотрубного теплообменника с жесткими трубными решетками осуществляют следующим образом: 1) — проводят расчет вспомогательных геометрических характеристик и характеристик жесткости элементов кожухотрубного теплообменника; 2) — определяют приведенные нагрузки (давления), действующие на трубные решетки и фланцы теплообменной камеры; 3) — по найденным значениям приведенных нагрузок рассчитывают дополнительные реакции (силы и изгибающие моменты), действующие на систему «кожух — трубки — трубные решетки»; 4) — выполняют расчет напряжений в опасных сечениях теплообменной камеры; 5) — выполняют проверку прочности трубной решетки на срез; при необходимости выполняют проверку прочности трубной решетки в условиях малоцикловой усталости; если заданы дополнительные требования к жесткости трубной решетки, проводят расчет трубной решетки на жесткость; проверяют прочность трубной решетки при работе на изгиб между трубками; 6)— проверяют условия прочности и устойчивости кожуха в условиях статического нагружения и, если это требуется, в условиях малоцикловой усталости; 7) — проверяют условия прочности и, если требуется, жесткости и устойчивости трубок; 8) — для многоходовых по трубному пространству аппаратов проверяют условия прочности перегородок; 9) — проверяют условие надежности крепления труб в трубных решетках. Расчет теплоизоляции Потери теплоты в окружающую среду были приняты 5% от полезно используемой теплоты. [Вт ⁄м2 К] в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией определяют по эмпирической формуле: Суммарный коэффициент теплоотдачи 𝑎с = 9,3 = 0,058𝑡из где: tиз – температура наружного слоя изоляции. Исходя из требований техники безопасности, температура наружной поверхности аппарата, работающего в закрытом помещении, не должна превышать .45оС. Примем tиз40оС. Необходимую толщину изоляции из слоя тепловой изоляции находят из равенства поверхностной плотности тепловых потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду: из = из (𝑡вн − 𝑡из ) 𝑎𝑐 (𝑡из − 𝑡возд ) где: из – коэффициент теплопроводности выбранного материала изоляции. 4. Вопросы транспортировки, монтажа и ремонта, эксплуатации выпарных аппаратов. Правила эксплуатации Для обеспечения оптимального режима работы выпарной установки необходимо: − поддерживать заданное давление греющего пара и предусмотренное технологическим процессом распределение температур и давлений по корпусам; − обеспечить непрерывное питание выпарной установки; − поддерживать заданное разрежение в аппаратах, работающих под вакуумом; − поддерживать в заданных пределах температуру воды, отводимой из барометрического конденсатора. В случае остановки выпарной станции необходимо прекратить подачу греющего пара, а затем отключить поступление исходного раствора. При остановке на длительное время все аппараты и трубопроводы освобождаются от продукта согласно инструкции. Ремонт Устранение мелких дефектов оборудования (износ сальниковых набивок, прокладок, замена болтов и т.д.) производится по окончании производственной операции, когда механизмы простаивают, и оборудование не работает. В это же время производятся осмотры узлов и деталей для выявления их сработанности и для разработки мер к предстоящему ремонту оборудования. В случае непрерывности процесса производства остановки оборудования для проведения осмотра и текущего ремонта производятся в обязательном порядке не реже 1 раза в месяц. Более сложный ремонт с заменой изношенных деталей выполняется по установленному и согласованному на предприятии графику. ТЕПЛООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 1. Назначение, принцип действия и конструкции кожухотрубных теплообменников. Аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим, называют теплообменниками. При этом различают : поверхностные теплообменники, в которых среды обмениваются теплом через разделяющую их поверхность (стенку); теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении; регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами – насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем. Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конструкции весьма разнообразны. В одноходовых кожухотрубных теплообменниках суммарное поперечное сечение нагревательных трубок относительно велико, что позволяет получать в них достаточно высокие скорости теплопередачи при больших объемных расходах сред. Многоходовые теплообменники целесообразнее использовать при больших тепловых нагрузках. Если требуется небольшая поверхность теплообмена, то более пригодны теплообменники типа «труба в трубе», спиральные, пластинчатые. Эти аппараты достаточно компактны и отличаются высокой интенсивностью теплообмена. Особо следует отметить теплообменники нежесткой конструкции, в том числе и многоходовые. Их применяют в случаях, когда разность температур теплоносителей значительна и необходима компенсация неодинакового теплового расширения трубок и корпуса аппарата. Однако стоимость таких аппаратов высока. Змеевиковые и рубашечные теплообменники наиболее эффективны для нагрева или охлаждения загрязненных и агрессивных сред, так как чистка теплопередающей поверхности не требует специальной разборки аппарата. Однако аппараты таких конструкций работают лишь при умеренных тепловых нагрузках. Высокотемпературный нагрев осуществляется в специальных замкнутых системах в змеевиковых или рубашечных котлах, автоклавах, печах. К теплообменникам смешения относят бойлеры для нагрева жидкости острым паром и конденсаторы смешения. Последние более просты по устройству и дешевле кожухотрубных теплообменников, применяемых в качестве поверхностных конденсаторов. Регенеративные теплообменники в химической промышленности применяются достаточно редко. Кожухотрубный теплообменник Кожухотрубный теплообменник с линзовым компенсатором Кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой Кожухотрубный теплообменник с U-образным трубами Теплообменник «труба в трубе» Спиральный теплообменник Пластинчатый теплообменник Змеевиковый теплообменник Рубашечный теплообменник Оросительный теплообменник Воздушный теплообменник Бойлер Барометрический конденсатор полочного типа Регенеративный теплообменник с неподвижной насадкой 2. Тепловой расчет теплообменных аппаратов, статика и кинетика теплообмена. Тепловые процессы связаны с передачей тепла от одного тела к другому. К ним относятся следующие основные процессы: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, плавление, затвердевание (кристаллизация). Движущей силой тепловых процессов является разность температур или градиент температур, а скорость процесса определяется законами теплопередачи. Тепловые процессы обусловлены действием разности температур. Результат их действия - перемещение в пространстве теплоты (тепловой энергии). Данные процессы совершаются в нагревателях, охладителях, выпарных аппаратах, а также в подавляющем большинстве других биотехнологических машин и аппаратов. К тепловым процессам примыкают процессы получения холода. Они используют одни и те же термодинамические зависимости, одинаковые принципы решения теплотехнических проблем; часть теплотехнических устройств, используемых в них, являются одинаковыми. Однако, традиционно тепловые и холодильные процессы рассматриваются обособленно. 3. Расчет прочности корпуса и трубок теплообменных аппаратов. Целью расчета на прочность является обеспечение механической надежности работы выпарного аппарата. Расчету подлежит узел аппарата «кожух-трубки-трубные решетки». Прочностной расчет предполагает расчет основных узлов и деталей аппарата на прочность. Конструкция и элементы аппаратов должны рассчитываться на наибольшее допускаемое рабочее давление с учетом возможных температурных напряжений, особенностей технологии изготовления деталей, агрессивности действия рабочей среды и особенностей эксплуатации. На рис. 8.1 показана схема нагруженной греющей камеры кожухотрубного теплообменного аппарата. Греющая камера состоит из кожуха и трубного пучка, жестко связанных между собой трубными решетками. Кожух и трубки деформируются под действи- 177 ем температур и избыточных давлений в трубном и межтрубном пространствах. При этом, поскольку температуры трубок и кожуха различаются (иногда крайне существенно) и на трубки действует перепад давлений между трубным и межтрубным пространствами, а на кожух воздействует только избыточное давление в межтрубном пространстве, деформации трубок и кожуха могут существенно отличаться по величине. Поскольку давления в трубном и межтрубном пространствах и температуры кожуха и трубок в рабочем режиме отличаются, свободные деформации кожуха и трубок также неодинаковы. Кроме того, в реальности трубный пучок и кожух связаны трубными решетками и не могут свободно деформироваться. Возникают ситуации, когда, например, трубки стремятся удлиниться на необходимую им величину, а кожух ограничивает их деформации. В таком случае трубки в условиях стесненной деформации будут испытывать воздействие сжимающих напряжений. Кожух уже деформировался (удлинился) на обусловленную воздействием давления и температуры величину, но продолжает удлиняться под воздействием трубного пучка и испытывает воздействие растягивающих напряжений. Дополнительные стесненные деформации очевидно связаны с дополнительными реакциями, возникающими в системе «кожух — трубки —трубные решетки». Поскольку стесненные деформации являются осевыми, то и дополнительные реакции в трубках и кожухе должны действовать в осевом направлении. Данные осевые реакции воспринимаются трубными решетками, в которых по третьему закону Ньютона в ответ также возникают усилия, направленные вдоль оси теплообменной камеры. Для решеток данное направление является поперечным. Решетки под действием разнонаправленных осевых сил, действующих по диаметру кожуха и в местах соединения решетки с трубками, изгибаются и передают свой изгиб кожуху и трубкам. Таким образом, в рабочем режиме нагружения в трубках и в кожухе возникают восемь дополнительных реакций (рис. 8.2): — осевая сила в каждой трубке Nт , Н; — осевая сила, распределенная по периметру кожуха Qк , Н/м; — поперечная (перерезывающая) сила в трубной решетке, распределенная по периметру сопряжения с кожухом Qп , Н/м; — поперечная (перерезывающая) сила в трубной решетке, распределенная по перфорированному периметру Qа , Н/м; — изгибающий момент в каждой трубке Mт , Н · м; — изгибающий момент, распределенный по периметру кожуха, Mк , Н · м/м; — изгибающий момент в трубной решетке, распределенный по периметру кожуха, Mп , Н · м/м; — изгибающий момент в трубной решетке, распределенный по перфорированному периметру, Mа , Н · м/м. Опасными сечениями кожухотрубного теплообменника, таким образом, являются места сопряжения трубок и кожуха с решетками. Расчет на прочность решеток, кожуха и трубок проводят в данных местах. Для расчета мест сопряжений решетки и трубок выбирают как наиболее опасное место соединения более удаленной от оси аппарата трубки и решетки. Кожух и трубки в данных узлах проверяют на растяжение-сжатие и изгиб, трубные решетки — на изгиб и срез. Надежность крепления труб в трубных решетках проверяют по осевой силе. Кроме того, при воздействии на кожух или трубки дополнительных сжимающих сил проводят расчет на устойчивость (см. подразд.1.7, 3.3), а решетку между теплообменными трубками проверяют на изгиб как пластину (см. разд. 4). Для удобства расчет элементов кожухотрубных аппаратов на прочность осуществляют относительно половины длины теплообменной трубки. Последовательность расчета на прочность теплообменного аппарата Согласно ГОСТ 34233.7–2017 нормативный расчет на прочность кожухотрубного теплообменника с жесткими трубными решетками осуществляют следующим образом: 1) — проводят расчет вспомогательных геометрических характеристик и характеристик жесткости элементов кожухотрубного теплообменника; 2) — определяют приведенные нагрузки (давления), действующие на трубные решетки и фланцы теплообменной камеры; 3) — по найденным значениям приведенных нагрузок рассчитывают дополнительные реакции (силы и изгибающие моменты), действующие на систему «кожух — трубки — трубные решетки»; 4) — выполняют расчет напряжений в опасных сечениях теплообменной камеры; 5) — выполняют проверку прочности трубной решетки на срез; при необходимости выполняют проверку прочности трубной решетки в условиях малоцикловой усталости; если заданы дополнительные требования к жесткости трубной решетки, проводят расчет трубной решетки на жесткость; проверяют прочность трубной решетки при работе на изгиб между трубками; 6)— проверяют условия прочности и устойчивости кожуха в условиях статического нагружения и, если это требуется, в условиях малоцикловой усталости; 7) — проверяют условия прочности и, если требуется, жесткости и устойчивости трубок; 8) — для многоходовых по трубному пространству аппаратов проверяют условия прочности перегородок; 9) — проверяют условие надежности крепления труб в трубных решетках. 4. Технология изготовления отдельных деталей теплообменников и сборки аппарата из отдельных деталей. Обечайки В практике аппаратостроения обечайки изготовляют путем гибки и сварки листового проката. Гибка листового проката производится на листогибочных трехвалковых или четырехвалковых вальцах (рисунок 8.1). Днища Стальные эллиптические днища изготовляют диаметром от 159 до 4000 мм. Самым распространенным способом изготовления днищ является штамповка на прессах с помощью матрицы и пуансона (рисунок 8.2, а, б). Трубные решетки Трубные решетки изготовляют из листа необходимой толщины путем вырезки по кругу и последующей обработки на металлорежущих станках. Затем заготовку размечают под сверление отверстий для труб и болтовых соединений. Отверстия сверлят на радиально-сверлильных станках индивидуально или пакетом (по несколько штук). Диаметр отверстий под вальцовку труб больше наружного диаметра труб на 1,5…2,0 %. Стальные решетки приваривают к корпусу. Трубные решетки из цветных металлов зажимаются между стальными фланцами крышки и корпуса через прокладки. Трубы Трубы в кожухотрубных теплообменных аппаратах применяют из стали 10 и 20, а также из цветных металлов. Для изготовления теплообменника из 127 нержавеющих сталей применяются трубы из стали ОХ18Н10Т или Х17Н13М2Т. Перед укладкой труб в гнезда решетки их концы отжигают и очищают. Из способов крепления труб наиболее распространенный – развальцовка. Концы труб могут выступать над решеткой не более чем на 5 мм. При развальцовке с отбортовкой выступающие концы труб «под колокольчик» принимают не более 8 мм. Для создания прочного закрепления труб в гнездах решетки иногда выполняют кольцевые канавки глубиной 0,25…0,3 мм. Сборка аппарата Сборка деталей – одна из самых трудоемких и ответственных операций изготовления аппаратов. Она выполняется высококвалифицированными сборщиками. Сборку начинают с соединения крупных деталей аппарата: обечаек, днищ, крышек, применяя сварочные работы с последующей механической обработкой и подгонкой собираемых частей. Одним из факторов, затрудняющих сборку теплообменных аппаратов, является прогиб решеток при изготовлении трубных пучков. Прогиб происходит в основном по двум причинам: за счет остаточных напряжений, вызванных приваркой трубных решеток к корпусу, и за счет остаточных напряжений, вызванных развальцовкой. 5. Крепление труб в трубных решетках. Развальцовка Развальцовкой называют процесс крепления труб в отверстиях трубных решеток за счет пластических деформаций стенок, возникающих в результате давления, создаваемого со стороны внутренней поверхности труб. Технологический процесс развальцовки состоит из подготовки труб и отверстий решеток под развальцовку, установки труб и их крепления в решетках. Концы труб, предназначенных для развальцовки, подвергают отжигу, обрезают с торца, снимают заусеницы и зачищают внешнюю поверхность до металлического блеска на длине, равной 2...2,5 толщины трубной решетки. Обрезку и зачистку целесообразнее всего проводить на токарных станках. Очень важным условием для качественной развальцовки является правильный выбор размеров отверстий в трубных решетках. Развальцовку труб производят специальным инструментом вальцовкой (рис. 6.4). Вальцовка представляет собой корпус - обойму 7, в которую вставляют конические ролики 3. Внутрь обоймы вводят конус 4. Для ограничения хода на обойму надевают упорные шайбы 2. Принцип действия вальцовок состоит в том, что конусу придают медленное поступательное движение вглубь трубы, при этом он раздвигает ролики. Одновременно с продольной подачей конусу сообщают вращательное движение, которое, благодаря трению, передается на ролики. Ролики в процессе обкатки давят на трубу, расширяют ее и прижимают к стенке отверстий. Рабочую длину роликов рассчитывают, исходя из длины выступающего конца трубы и толщины трубной решетки. В некоторых случаях крепления на развальцовке дополняют отбортовкой специальными бортовочными вальцовками. Приварка труб к трубным решеткам Приварку труб производят электросваркой с применением угольных или металлических электродов с качественными покрытиями. Сварку металлическими электродами осуществляют в вертикальном положении теплообменника с образованием углового шва, катет которого равен высоте выступа трубки над решеткой. Сварку угольными электродами производят в горизонтальном положении, при этом расплавляется выступающий конец трубки и происходит ее сварка с плоскостью трубной решетки. Для уменьшения коробления трубных решеток сварку рекомендуется вести по диагонали, начиная от центра к краю решетки, выбирая при этом при каждом следующем проходе перпендикулярно расположенные диагонали. Непровары, свищи и другие дефекты при приварке труб не допускаются. Все швы должны быть зачищены от наплывов, брызг и окалины. Для проверки отсутствия внутри труб сварочных пробок производят их шомполовку или продувку сжатым воздухом. Трубы, предназначенные для соединения с решеткой способами сварки, должны выступать над поверхностью решетки на 2,5...3 мм, это необходимо для расплавления концов труб при сварке и образования качественного шва. Пайка труб в трубных решетках В тех случаях, когда трубчатка состоит из большого числа труб с малым диаметром (до 12... 16 мм), наилучшим способом соединения является пайка. Перед пайкой мягкими припоями концы труб и отверстия в решетках должны быть тщательно облужены. Наиболее экономичным способом лужения является гальваническое покрытие, однако оно обладает меньшей химической стойкостью и худшими адгезионными свойствами, чем покрытие, получаемое при горячем лужении. Лужение — нанесение тонкого слоя олова на поверхность металлических изделий путем натирания, погружения в расплав или электролитическим способом. Пайку мягкими припоями производят при горизонтальном положении решетки с помощью газовых горелок. Припой, используемый для пайки, должен плавиться не от пламени горелки, а при соприкосновении с горячим участком решетки. Толщину наплавляемого слоя не следует делать более 2...3 мм, т. к. прочность и герметичность соединения достигаются за счет затекания припоя в зазор между стенкой трубы и отверстием решетки. Длина концов трубок берется равной 4...5 мм. Зазор между трубками и стенками отверстий в луженых решетках не допускается выше 0,3 мм. После пайки поверхность решеток должна быть очищена от окис-лов и следов флюса, а все трубки проверены на проходимость шомпо-ловкой или продувкой сжатым воздухом. Крепление графитовых труб в фаолитовой трубной решетке осуществляется с помощью арзамитовой замазки, обладающей хорошей сцепляемостью как с фаолитом, так и с графитом. Другим способом соединения частей графитового теплообменника является склеивание. В качестве клея могут быть использованы фенолформальдегидная смола с добавкой соляной кислоты и арзамита или клей типа БФ. 6. Гидравлические испытания теплообменников После выполнения всех сварочных и сборочных работ проводится гидравлическое испытание аппарата с целью проверки прочности деталей, а также плотности сварных и разъемных соединений. Испытание проводят чистой водой с температурой не менее 5 о С и не более 40 о С, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Пробное давление для аппаратов должно соответствовать «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Оно зависит от рабочего давления (таблица 8.1). Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равно 10 мин. После снижения пробного давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все сварочные швы и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов. В некоторых случаях разрешается проводить обстукивание участков сварного шва молотком массой 1 кг при подъеме его на высоту не более 0,5 м. 129 Если не обнаруживается разрывов, течи, слезинок или «запотевания» (серых пятен) на металле сосуда и сварных швах, а также видимых остаточных деформаций, аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание. После проведения испытаний аппарата составляется акт, в котором отражают результаты испытаний, качество швов и стыков. Дефекты, выявленные в ходе испытаний, устраняют, о чем делается запись в акте. 7. Ремонт теплообменников. Постепенно, в процессе использования, детали теплообменника выходят из строя, изнашиваются. На это влияют факторы: Эрозия поверхностей нагрева. Происходит из-за влияния твердых частиц, находящихся в теплоносителе. Коррозия. Следствие эрозийного разрушения. Отложения. Возникают при осаждении частиц, находящихся в теплоносителе. Износ конструктивных элементов. Появляются вследствие вибрации. Температура. Слишком высокая разрушает металл. Эти факторы влияют на качество теплопередачи. При отсутствии периодических ремонтов пластинчатого теплообменника, он теряет эффективность и выходит из строя. При этом могут возникнуть неисправности: потеря герметичности, из-за потери свойств прокладок; течь; снижение передачи тепла; смешение сред. Ремонт, проведенный вовремя, сохранит работоспособность теплообменного оборудования. Плановый ремонт Выполняется строго по нормативной и технической документации. Подготовка к плановому ремонту делается заранее, обычно расписывают время работ сразу на пять лет вперед. Аварийный ремонт Ремонт не планируется, осуществляется по факту возникновения неисправности или полном отказе оборудования. Текущий ремонт Такой вид работ восстанавливает способность функционирования устройства или состоит в замене отдельных деталей агрегата и контроле за работоспособным состоянием. Проводится на остановленном оборудовании. Выполняют текущий ремонт один раз в год. Заключается в: частичном разборе и демонтаже запирающей арматуры; замене уплотнений сальников (перебивка); проверке герметичности; установке новых прокладок; ремонте предохранительных, обратных клапанов; замене крепежа; подтяжке болтов. Средний ремонт Подразумеваются ремонтные работы, связанные с восстановлением ограниченных частей оборудования и отслеживанием технического состояния конструктивных частей. Объем ремонта выполняется согласно нормам и техническим документам. Осуществляется каждые три года. При этом дополнительно к мероприятиям текущего ремонта добавляются: очистка от грязи трубопроводов; выявление протечек; деформирование стенок труб без снятия металла (вальцовка); уплотнение соединительных элементов; заваривание свищей; установка заглушек на дефектные трубы; восстановление теплоизоляции. Капитальный ремонт Самый большой объём работ по восстановлению рабочего состояния оборудования, включая замену любой детали. Периодичность выполнения – раз в 12 лет. Капитальный ремонт включает в себя: работы среднего ремонта; замену всех труб, которые были заглушены; полная замена труб и отдельных секций, в которых зафиксированы течи; обновление износившихся труб (износ более 25%); ремонт и замена запирающей арматуры. Целью такого вида работ считается максимальная приближенность технического состояния оборудования к первоначальному. Устройство полностью разбирается и ремонтируется по заранее разработанному плану. Последовательность операций: изучение чертежей и документов на установку; подготовка необходимых инструментов и запчастей; согласование отключения ремонтируемого оборудования; снятие приборов учета; разборка на отдельные конструктивные элементы; сортировка деталей согласно визуальному осмотру и дефектной ведомости; ремонт оборудования; при необходимости изготовление новых элементов или внесение улучшений; сборка и тестирование аппарата; подготовка к испытанию; испытание и сдача в работу. По окончании составляется документ о надлежащей передачи оборудования в эксплуатацию. Чистка труб Одним из основных видов ремонтных работ является – чистка труб теплообменников. Хорошая очистка теплопередающей поверхности увеличивает теплопередачу и продлевает срок работы теплообменников. Виды очистки теплообменников: химический механический ультразвуковой смешанные способы Устройство для очистки труб БУРАН. Устройства типа СТОК для прямотрубных теплообменников. Устройства типа СТОК для гнутых труб. К ним относится модель СТОК-51. Устройства типа СТОК для очистки У-образных гнутых труб теплообменных аппаратов и трубок малого диаметра используют гибкие валы, приводимые в движение пневмодвигателем. Гидропескоструйная очистка труб. При пескоструйной очистке песок вместе с водой подается в очищаемый аппарат, метод называется «мокрая» пескоструйная очистка. Также песок может подаваться в воду струей воздуха, в этом случае осуществляется очистка смесью воды, воздуха и песка. Гидропневматическая очистка. При гидропневматической очистке в трубу подают с помощью водовоздушного пистолета воду и воздух в соотношении 1: 1. Сжатый воздух расширяется и резко увеличивает скорость движения воды. Благодаря этому вода начинает двигаться толчками с интенсивными завихрениями и разрушает отложения. Продолжительность очистки по сравнению с механической сокращается в 8-10 раз. Гидромеханическая очистка. Вода под давлением до 70 МПа подается насосом по гибкому шлангу в полую штангу. На конце штанги закреплено сопло с отверстиями, располагаемыми в большинстве случаев под углом 45° к оси штанги. При помощи гидромеханической очистки трубы теплообменника быстро избавляются от наслоений без эрозионного износа, но этот метод требует соблюдения мер безопасности. Ультразвуковой способ очистки. Суть этого метода заключается в том, что скорость распространения ультразвуковых волн в металле и наслоениях на стенках труб разная. При ультразвуковой обработке возникает деформация в пограничной зоне между металлом и отложениями, что приводит к разрушению отложений. Замена труб Метод выемки трубы зависит от того, как она крепится в трубной решетке. Трубы могут быть: развальцованные; приваренные. Развальцованные трубы удаляют при помощи: Специального аппарата с зубьями (МАНГУСТ). Трубу высверливают ступенчатым сверлом по размеру, совпадающим с внутренним диаметром трубопровода. Таким образом уменьшается толщина, убирается напряжение в вальцовочном соединении, и труба легко вынимается. Она может упасть в межтрубное пространство. Чтобы такого не случилось, в нее вставляют металлический прут. Рассверливания. Способ позволяет уменьшить толщину трубы. Необходимо это для облегчения ее вытаскивания. Любой из методов требует внимательности и аккуратности, нельзя повредить поверхности отверстий. Этапы замены приваренных труб: 1. Удаляется сварной шов, после чего вынимаются трубы. 2. Отверстия трубной решетки продуваются и очищаются. 3. На новых трубопроводах концы протираются, при необходимости зачищаются. 4. Трубы вставляют в решетку, щель между ними продувается воздухом. 5. Заваривается сварочным аппаратом. Необходимо выдерживать нужный зазор. Он не должен превышать 1,5% диаметра трубы. По итогу выполненных работ проводится осмотр на отсутствие трещин, разрывов. Установка новых труб в трубную решетку: Перед установкой новых труб их концы зачищают и протирают. После этого трубы вставляют в трубную решетку и зазоры продувают воздухом. При малых зазорах трудно заводить трубы в трубную решетку, а при больших появляется опасность потери прочности трубы и плотности соединения. Развальцовку начинают с привальцовки — раздачи конца трубы для его закрепления в отверстии. Привальцовку выполняют вальцовкой с длиной роликов на 10- 12 мм, превышающей толщину трубной решетки. После привальцовки всех труб проводят окончательную развальцовку из расчета 15-20% толщины стенки вальцуемой трубы и отбортевывают концы труб под углом 15° к оси трубы. Привальцовку выполняют крепежной вальцовкой, окончательную привальцовку и отбортовку — бортовочной вальцовкой (с бортовочными роликами). Порядок ремонта теплообменников: 1. Производится демонтаж арматуры и трубопроводной обвязки, разбирают резьбовые соединения, снимают крышки, люки, выемки трубных решеток. 2. Проверяют плотность и прочность труб и их крепление в трубных решетках при помощи пневматических или гидравлических испытаний. 3.Производится глушение и развальцовка (обварка) труб в трубных решетках, при замене трубы извлекаются из корпуса, отверстия в решетках теплообменника очищаются, ставятся новые трубы, а их концы зачищают. 4.Далее ремонтируют корпусные детали, проводят вырубку и вырезку прокладок и подготовку крепежа, после этого идет сборка аппарата. 5.Последним этапом проводятся испытания на плотность и прочность и сдача в эксплуатацию. Проверка уплотнений прокладок Прокладки необходимы для создания герметичности системы. Они не позволяют перемешиваться двум средам. Перед тем как собрать теплообменник, необходимо проверить на наличие дефектов и рабочую способность деталей. ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ. 1. валковые машины, вальцы, каландры. Назначение этого оборудования, принципиальные схемы, принцип действия. Резинобрабатывающие вальцы- машины, предназначенные для Приготовления резиновых смесей; Разогрева смесей; Введения дополнительных ингредиентов в смеси; Очищения от примесей невулканизированной резины – рафинировочные вальцы; Дроблении вулканизированной резины – это дробильные вальцы; Каландры машины, предназначенные для изготовления тонких листовых заготовок резиновой смеси, обрезинивания корда, промазк и тканей, а также нанесения рисунка и профилирования заготовок в производстве резиновых технических изделий используются каландры, рабочими элементами которых являются валки. Могут иметь от 2-х до 5-ти валков. Операции, выполняемые на каландрах: Формование СРС и получение гладких или профильных листовых заготовок. Дублирование (сдавливание) листовых заготовок для получения калиброванного листа большей толщины. Обкладка и промазка тканей СРС. 2. основные узлы и детали. Валки, станины, конструкции и материалы, способы изготовления Валки являются основными рабочими узлами вальцев, так как непосредственно выполняют операции по переработке резиновой смеси. Рабочая часть валка диаметромй (рис. 5.15), иногда называемая бочкой, служит для выполнения процесса обработки материала; опорная часть диаметром d1 предназначена для посадки в подшипники и называется шейкой, а концевая часть диаметром d4 — для посадки фрикционных или приводных шестерен. Требования к валкам: Большая механическая прочность. Высокая износоустойчивость. Высокий предел усталости при знакопеременных нагружениях. Валки диаметром D > 300 мм изготовляют из серого чугуна СЧ 35-45. D < 300 мм изготавливают из стали Ст 20. Способ изготовления валков.(отливка в кокиле) Валки каландра чугунные, имеют центральный канал и периферические каналы для охлаждения или подогрева. Конструкция аналогична валку вальцев. В связи с тем, что в ряде случаев требуется подогрев, на валках применяется закрытая система подогрева – охлаждения. Станина выполняется из углеродистой стали. На ней закреплен корпус, внутри которого расположены роторы и подшипники. Рабочая камера имеет два окна: верхнее для загрузки компонентов, закрывающееся верхним затвором, и нижнее для выгрузки смеси, закрывающееся нижним затвором . Затворы управляются силовыми цилиндрами. Загрузочная воронка имеет заслонку, управляемую цилиндром. Роторы оснащены системой водяного охлаждения. Рабочая камера охлаждается водой с помощью коллектора. Для увеличения поверхности теплообмена наружную поверхность камеры выполняют ребристой. Роторы приводятся во вращение от электродвигателя через обычные или блок-редукторы. При изнашивании рабочей части и дальнейшем ремонте валки подвергаются шлифовке, при необходимости наплавке. 3. напряжения в стенках валков при работе. В процессе закалки в валке возникают временные напряжения, которые при определенных условиях могут превысить предел прочности материала, что приведет к разрушению валка. Температурные напряжения пропорциональны перепаду температур по телу валка. Поэтому перед закалкой валок подвергают предварительному подогреву. На разработанной установке этот процесс можно осуществлять при помощи распределенных газовых горелок, т.к. валок находится в горизонтальном положении. Использование газовых горелок предоставляет возможность регулировать подогрев валка в широком диапазоне скоростей и температур нагрева по сравнению с индукционным. Предварительный подогрев играет двоякую роль: с одной стороны, чем больше температура подогрева, тем меньше величина температурных напряжений при последующей закалке; с другой стороны при этом уменьшается глубина активного слоя. Минимально допустимая температура предварительного подогрева и скорость нагрева зависят от размеров валка, поэтому для каждого типоразмера валка эти параметры определяются расчетным путем. Для расчета напряжений необходимо знать распределение температуры по радиусу валка. Для расчета температурных полей использовалось общее решение дифференциального уравнения теплопроводности. 4. методы охлаждения и нагрева валков. 5. тепловой расчет валковых машин. 6. диагностика работы приводов валковых машин. Диагностика проводится с целью предотвращения поломки оборудования. Как правило она осуществляется на слух, визуально. Перегрев подшипников обнаруживается с помощью специального оборудования или наощупь. Появления излишних колебаний вала в подшипниковых узлах или в зубчатых зацеплениях определяется на слух, визуально, наощупь. 7. вулканизационное оборудование, прессы, назначение, принцип действия. Вулканизационный котел представляет собой цилиндрический аппарат стальной конструкции, основными узлами которого являются корпус, днище и крышка. Они бывают в горизонтальном и вертикальном исполнении; преимущественно распространены го-ризонтальные вулканизационные котлы, позволяющие механизировать загрузку и выгрузку наиболее рациональным способом. Для вулканизации резиновых изделий в металлических пресс-формах применяют в основном вулканизационные прессы с гидравлическим приводом. Прессформы располагаются между стальными обогреваемыми плитами в несколько этажей, по этой причине такие прессы называют этажными. По конструкции различают прессы колонные и рамные. В зависимости от количества обогреваемых плит прессы бывают одно-, двух-, четырех-, пяти и шестиэтажные. В прессах рамной конструкции соединение станины и гидроцилиндра с верхней поперечиной осуществляется не с помощью колонн, а посредством двух рам,' изготовленных из листовой стали. В остальном прессы подобны. Прессформы с резиновыми заготовками размещаются между плитами, в гидравлический цилиндр подается рабочая жидкость, плунжер со столом начинает двигаться вверх. При этом происходит формование изделий и плотное замыкание форм между плитами. Теплота от обогреваемых плит поступает к прессформам и изделиям за счет теплопроводности. Холостой ход вперед до начала прессования производится при помощи гидравлики давлением до 5 МПа, а усилие прессования — при давлении до 20 МПа. Привод прессов старых конструкций осуществляется, как правило, от насосно-аккумуляториых станций. В качестве рабочей жидкости большей частью применяется вода. Управление работой гидропривода пресса производится с помощью специальных распределительных дистрибуторов. 8. основные узлы и детали. 9. плиты и прессов с паровым обогревом. Требования к материалу: • Материал должен быть износостойким; • Материал должен быть достаточно пластичным; • Твердым. Обычно изготавливают из стали (Ст. 40, 45,40X). 10. гидроцилинры, плунжеры. Гидроцилиндры изготавливают из стали 6 методом отливки с последующей ковкой. При износе внутренней поверхности производят токарную обработку под ремонтный размер. Плунжеры изготавливают чугунной отливкой. Требования к установке: Строгая вертикальность цилиндров при монтаже. Для уплотнения зазора между плунжером и цилиндром в гидроприводе прессов применяются специальные манжеты из кожи, резины, резинотканевых и полимерных материалов. Распространены системы уплотнения с разрезными и неразрезными манжетами. В системе первого типа манжеты перед монтажом разрезаются, затем закладываются в кольцевую выточку цилиндра набором в несколько щтук так, чтобы разрез одной манжеты не совпадал с разрезом другой. Манжеты затем поджимаются с помощью грундбуксы. Этот вид уплотнения наиболее распространен ввиду надежности работы. 11. расчет на прочность деталей вулканизационного пресса. 12. тепловой расчет процесса вулканизации. НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 1. устройство, принцип действия, основные характеристики насоса. Различают типы насосов по принципу действия и конструкции. Они делятся на объемные и динамические насосы. Объемные насосы — такие, в которых жидкость перемещается за счет изменения объема камеры с жидкостью под действием потенциальной энергии. Динамические насосы – механизмы, в которых жидкость перемещается вместе с камерой под действием кинетической энергии. Отдельно выделяют виды объемных насосов по принципу действия в зависимости от конструкции: Роторные насосы – это цельный корпус, с определённым числом лопаток/лопастей, приходящих в движение при помощи ротора. Шестеренные насосы – самый простой тип механизма, состоящий из сцепленных между собой шестерен, приходящих в движение под принудительным изменением полости между шестернями. Импеллерные – в эксцентрический корпус заключены лопасти, при вращении выдавливающие жидкость. Кулачковые – насосы, в корпус которых заключены 2 ротора, которые при вращении перекачивают жидкости разной степени вязкости. Перистальтические – корпус включает эластичный рукав, в котором находится жидкость. При вращении дополнительных валиков жидкость перемещается по рукаву. Винтовые – насосы, состоящие из ротора и статора. При вращении ротора жидкость начинает перемещаться по оси насоса. Существует также деление динамических насосов по принципу действия: Центробежные – включает в себя рабочее колесо, внутри которого находится жидкость, при вращении колеса, частицы приобретают кинетическую энергию, начинает действовать центробежная сила, под действием которой жидкость переходит в корпус мотора. Вихревые насосы – по принципу действия аналогичны центробежным, но менее габаритны и имеют более низкий КПД. Среди основных параметров работы насоса принято считать напор, подачу, мощность и коэффициент полезного действия. Напор – единица измерения: метры водного столба. Механическая энергия передается прокачиваемой жидкости, которая устремляется вперед по трубопроводу. Подача – объемная производительность насоса в кубических метрах или литрах, совершаемая за единицу времени (сек., час). Мощность – количество киловатт, затраченных на перекачку определенного объема воды. КПД – производительность насоса по отношению к потребляемой энергии. Средние значения для данного оборудования варьируются от 0,6 до 0,9, в зависимости от конструкционных особенностей. 2. совместная работа насоса и транспортной сети. Характеристика сети определяется зависимостью между расходом перекачиваемой жидкости и напором (рис. 16.7). Напор определяется как сумма геометрической высоты подачи Н и потерь напора. Согласно уравнению Дарси — Вейсбаха можно установить, что hn = KQ2. Тогда характеристика описывается уравнением параболы 𝐻 = 𝐻г + 𝐾𝑄2 где Нг — геометрическая высота; KQ2 — потери напора по Дарси — Вейсбаху; Здесь А — рабочая точка насоса. При уменьшении потерь рабочая точка смещается вправо — Ах. В результате увеличивается производительность насоса при работе на данную сеть. Если требуется увеличить производительность, то следует увеличить частоту вращения двигателя или уменьшить потери напора в сети, а также геометрическую высоту подачи 3. регулирование подачи насоса. 1. Регулирование подачи насоса при помощи задвижки 2. Регулирование подачи насоса при помощи частотного регулирования 3.с помощью особого лопастного направляющего аппарата Энергия, передаваемая потоку жидкости в центробежном агрегате, во многом зависит от условий входа на рабочие лопасти. Закручивание потока, поступающего в рабочее колесо, влияет на величину напора и при заданной характеристике трубопровода изменяет подачу машину. 4. пуск насоса. следует соблюдать следующие правила: лопастные насосы не должны включаться без жидкости; перед включением центробежных насосов, которые работают с подпором на входе, следует обеспечить наличие необходимого уровня давления во всасывающем патрубке, что делается с помощью плавного открытия напорного трубопровода и контроля показаний амперметра или манометра; лопастные насосы с большим количеством оборотов, объемные и самовсасывающие центробежные насосы должны запускаться с открытыми задвижками, что позволит полностью удалить всасываемый воздух и снизить ток в двигателе; при установке автоматической или полуавтоматической насосной станции последняя должна запускаться в работу в полном соответствии с описанной в инструкции схемой. обычные центробежные насосы пускаются на закрытую задвижку. Это требование обусловлено тем, что при пуске насоса на открытую задвижку, так как напорный трубопровод не заполнен, насос работает без сопротивления и уходит по рабочей кривой максимально вправо, поэтому двигатель агрегата может сгореть. Если требуется пуск на открытую задвижку мощность мотора должна быть с запасом не менее 15% от максимальной возможной мощности насоса на конце кривой. Пуск на открытую задвижку надо обязательно обсудить с поставщиком насосного агрегата. Фулл тут и тут https://www.kron-pump.ru/poleznaya-informatziya/zapusk-i-ostanovka-nasosov/ https://www.youtube.com/watch?v=dQw4w9WgXcQ 5. центровка насосного агрегата с электродвигателем. Центровка насосов или центровка насосного агрегата – комплекс технических мероприятий, направленных на достижение соосности валов насоса и двигателя в пределах установленных допусков. Центровка насоса с электродвигателем проводится с целью достижения оптимальных эксплуатационных показателей и энергопотребления, уменьшения динамических вибраций, предупреждения аварийных отказов, и, как следствие, снижения затрат на ремонт и переход от плановопредупредительного обслуживания насосного агрегата к обслуживанию по состоянию. Виды несоосности валов: Параллельная несоосность – случай, когда центры вращения валов КВАНТЛМ-Ex, центровка центробежных насосов, центровка насосных агрегатовнасоса и двигателя находятся в параллельных плоскостях, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Расстояние между этими плоскостями (в мм) и есть величина параллельной несоосности. В случае угловой несоосности (или раскрытия полумуфт, излом) – центры вращения валов насоса и двигателя расположены под некоторым углом друг к другу, оценить который можно, произведя замеры смещения вала двигателя в двух плоскостях, перпендикулярных линии опорного вала (вала насоса) и расположенных на расстоянии L друг от друга. Пошаговая инструкция показывает, как сделать центровку насоса с электродвигателем своими руками, с помощью одного часового индикатора. Прибор типа ИЧ широко распространен, и найти его особого труда не составит. Первым шагом инструкции по центровке будет установка индикатора. Методика работы такова: Собирается устройство с магнитным держателем индикатора. Готовое приспособление устанавливается на вал насоса. На выносной конец стержня крепится индикатор и его щуп упирается в вал мотора. Снимаются показания индикатора. Проводятся аналогичные операции при установке устройства на вал мотора. В состав приспособления входят: магнитный держатель; вертикальная стойка; хомут крепления для горизонтального стержня; горизонтальный стержень; поворотное устройство; хомут крепления для индикатора; индикатор типа ИЧ. Следующим шагом инструкции станет проведение измерений и регулировки. Процесс центровки пары «мотор-насос» часовым индикатором аналогичен процессу с использованием проволок или скоб: делают 4 замера и 4 регулировки, в 4-х точках. Хорошим результатом будет разница в показаниях на 0,06 мм между собой. Последним, 5-м замером считается новый замер в первоначальной точке. Если в показаниях первого измерения и показаниях пятого измерения получилась разница больше требуемой величины, то измерения и регулировки проводят повторно. Приведенная методика показывает, как центровать насос с электродвигателем с помощью одного индикатора. В технике существует практика более точного и более быстрого способа, когда центровка валов и электродвигателя проводится с помощью измерительного комплекта. В комплект входят специальные крепления и два индикатора. Применение двух индикаторов позволяет измерить одновременно горизонтальную и вертикальную несоосности. На фото, индикатор, расположенный вертикально, измеряет горизонтальную несоосность, а расположенный горизонтально – угловую. 6. расчет усилия затяжки сальника, определение потерь мощности в сальниковом уплотнении. Целью расчёта сальникового уплотнения является определение усилия сдавливания набивки и потерь на трение вращающегося вала. Сальниковая набивка является твёрдым деформируемым телом, в связи с чем во внутренних слоях набивки напряжения не равны, т.е. Рх не равняется Ру Напряжение набивки обычно принимают 𝑃𝑥 = 𝑃𝑦 𝑚 где m- коэффициент зависящий от материала набивки, который выбираем из таблицы Ширина сальниковой набивки s определяется по формуле: 𝑠 = 1,5 … 4√𝑑 Усилие Ру определяется по формуле: ℎ 𝑃𝑦 = 𝑃𝑜 ∙ 𝑒 2𝑓 𝑠 где Р0 – давление в аппарате; f=µ/m, µ- коэффициент трения. 7. регулировка затяжки сальника насосного агрегата во время эксплуатации. При правильной затяжке сальника через него должна наблюдаться редкая капель ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ 1. Категории технологических трубопроводов 1) по месту расположения: внутрицеховые, межцеховые; 2) по способу прокладки: - надземные (эстакады, колонны, стойки, по стенам зданий); - наземные (невысокие опоры, подставки, лотки); подземные (проходные или непроходные каналы, тоннели, безканально); 3) по давлению: - безнапорные (самотечные); - под давлением; трубопроводы низкого давления (от 1 атм. до 100 атм.); - трубопроводы высокого давления (больше 100 атм.) 4) по температуре транспортируемой среды: - криогенные (ниже 150 С); - холодные (t ниже t окр. среды, но выше -153 С); - теплые (выше окр. среды, но ниже 45 С); - горячие (выше 45 С); 5) по транспортируемому веществу: - паропроводы (водяной пар); водопроводы; - нефтепроводы и нефтепродуктопроводы; газопроводы; - кислородопроводы; 6) по применяемым материалам: - стальные ( нержавейка и т.д.); стальные с покрытием; - из цветных металлов; - из неметаллических материалов; 7) по способу соединения деталей трубопроводов: - неразъемные (сварка, пайка, склеивание); - разъемные (фланцы, муфты); 8) по степени опасности при возможной аварийной ситуации 3 фактора опасности: - транспортируемое вещество; - энергетический фактор; - давление 2. Компенсаторы температурных деформаций технологических трубопроводов. Температурные деформации должны компенсироваться за счет поворотов и изгибов трассы трубопроводов. Общая классификация: гибкие радиального типа (за счёт изгиба участка трубы); осевые скользящего типа (за счёт движения подвижного патрубка с сальниковым уплотнением); гибкие осевого типа (за счёт деформаций в осевом направлении) При невозможности ограничиться самокомпенсацией (например, на совершенно прямых участках значительной протяженности) на трубопроводах должны устанавливаться Побразные, линзовые, волнистые, сальниковые. П-образные компенсаторы широко применяют для наземных технологических трубопроводов независимо от их диаметра. Такие компенсаторы обладают большой компенсирующей способностью, их можно применять при любых давлениях, однако они громоздки и требуют установки специальных опор. Располагают горизонтально и снабжают дренажными устройствами. Также существуют разновидности: кольцевые, лирообразные, S-образные компенсаторы. Линзовые компенсаторы используют для газопроводов при рабочих давлениях до 1,6 МПа. По конструкции они аналогичны компенсаторам кожухотрубчатых теплообменников. Волнистые компенсаторы используют для трубопроводов с неагрессивными и среднеагрессивными средами при давлении до 6,4 МПа. Такой компенсатор состоит из гофрированного гибкого элемента 4, концы которого приварены к патрубкам 1. Ограничительные кольца 3 предотвращают выпучивание элемента и ограничивают изгиб его стенки. Снаружи гибкий элемент защищен кожухом 2, внутри имеет стакан 5 для уменьшения гидравлического сопротивления компенсатора. На трубопроводах из чугуна и неметаллических материалов устанавливают сальниковые компенсаторы (рис. 5.3), которые состоят из корпуса 3, закрепленного на опоре 1, набивки 2 и грундбуксы 4. Компенсация температурных деформаций происходит за счет взаимного перемещения корпуса 3 и внутренней трубы 5. Подразделяются по направлению (одинарного/двойного действия), креплению к трубе (приварные/фланцевые), усилиям (не разгруженные/разгруженные). Сальниковые компенсаторы имеют высокую компенсирующую способность, однако из-за трудности обеспечения герметизации при транспортировании горючих, токсичных и сжиженных газов их не используют. Также они требуют частого осмотра и затяжки сальника. Компенсаторы линзовые — это устройства, применяемые при прокладке трубопроводов, где теплоносителем является вода. Основной функцией таких устройств является снижение различного рода напряжений на фланцевые и сварные соединения, которые возникают вследствие температурной деформации трубопровода. Применяются для давлений до 25 атм, температурах до 700 ℃, удлинении от 5 до 10 мм на одну линзу. Оценка: + компактность + не требует обслуживания ‒ значительные усилия на мёртвые опоры ‒ малая компенсирующая способность ‒ неприменимы для высоких давлений ‒ необходима предварительная деформация при монтаже 1. Конструкции тепловой изоляции технологических трубопроводов. Требование: - теплотехническая эффективность; - эксплуатационная надежность и долговечность; - пожарная и экологическая безопасность. Требования, которые влияют на правильный выбор оптимального изоляционного материала: Сжимаемость; Плотность; Негорючесть; Паронепроницаемость; Возможность водоотталкивания и водопоглощения; Уровень звукоизоляции; Теплопроводность. 3. Расчет толщины стенки трубопровода 4. Определение длины пролета трубопровода 5. Гидравлические и пневматические испытания трубопроводов. Гидравлическое испытание После выполнения всех сварочных и сборочных работ проводится гидравлическое испытание аппарата с целью проверки прочности деталей, а также плотности сварных и разъемных соединений. Испытание проводят чистой водой с температурой не менее 5 о С и не более 40 о С, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Пробное давление для аппаратов должно соответствовать «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Оно зависит от рабочего давления (таблица 8.1). Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равно 10 мин. После снижения пробного давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все сварочные швы и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов. В некоторых случаях разрешается проводить обстукивание участков сварного шва молотком массой 1 кг при подъеме его на высоту не более 0,5 м. Если не обнаруживается разрывов, течи, слезинок или «запотевания» (серых пятен) на металле сосуда и сварных швах, а также видимых остаточных деформаций, аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание. Визуальный осмотр Визуальный осмотр трубопровода предусматривает проверку: соответствия смонтированного трубопровода проектной документации; правильности установки запорных устройств, легкости их закрывания и открывания. • Гидравлические испытания трубопроводов. Согласно своду правил гидравлические испытания технологических трубопроводов должны производиться преимущественно в теплое время года при положительной температуре окружающего воздуха. Для гидравлических испытаний должна применяться, как правило, вода с температурой не ниже 5 °С и не выше 40 °С или специальные смеси (для трубопроводов высокого давления). Если гидравлическое испытание производится при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С, следует принять меры против замерзания воды и обеспечить надежное опорожнение трубопровода. 1,25P([σ]20 / [σ]t), но не менее 0,2 МПа, - Величина пробного давления на прочность Величину пробного давления на прочность для вакуумных трубопроводов и трубопроводов без избыточного давления для токсичных и взрывопожароопасных сред следует принимать равной 0,2 МПа Время выдержки трубопровода и его элементов под пробным давлением должно быть не менее 10 мин. Трубопровод и его компоненты считаются выдержавшими гидравлическое испытание, если не обнаружено: течи, потения в сварных соединениях и в основном металле, видимых остаточных деформаций, трещин или признаков разрывов. • Испытания трубопроводов на герметичность. Все технологические трубопроводы групп А, В (а), Б (6), а также вакуумные трубопроводы, помимо обычных испытаний на прочность и плотность, должны подвергаться дополнительному пневматическому испытанию на герметичность с определением падения давления во время испытания. Трубопроводы, находящиеся в обвязке технологического оборудования, следует испытывать совместно с этим оборудованием. Дополнительное испытание на герметичность проводится воздухом или инертным газом после проведения испытаний на прочность и плотность, промывки и продувки. Дополнительное испытание производится давлением, равным рабочему, а для вакуумных трубопроводов давлением 0,1 МПа. Падение давления в трубопроводе во время испытания его на герметичность определяется по формуле: Результаты дополнительного пневматического испытания на герметичность смонтированных технологических трубопроводов, прошедших ремонт, связанный с разборкой или сваркой, признаются удовлетворительными, если скорость падения давления окажется не более 0,1 % за час для трубопроводов группы А и вакуумных и 0,2 % за час для трубопроводов группы В (а), Б (6). Во время подготовительного этапа: Осматриваются стыки; Определяется правильность установки арматуры; Проверяются подвески и опорные элементы; Тестируются запорные элементы и определяется, насколько легко они открываются; Устанавливаются возможности удаления воздуха из системы. После соответствующей подготовки и осмотра системы, начинаются испытательные мероприятия, во время которых: Подключается гидравлическое оборудование и устанавливаются манометры; Система заполняется водой минимум +50С. При этом воздушники должны находиться в открытом состоянии, пока не покажется вода. Появление жидкости говорит об удалении всего воздуха из коммуникации. Для максимального выдавливания воздуха вода должна подаваться в наиболее низком месте системы. Во время заполнения магистрали жидкостью проверяются соединения с целью определения течи через негерметичные участки. Увеличивается напор и начинается тестирование трубопроводной сети. Время гидравлического испытания – минимум 5 минут. Давление плавно уменьшается до рабочих параметров. Вода сливается из коммуникации, после чего отсоединяется оборудование. Пневматическое испытание Если по техническим причинам для испытания аппарата запрещено применение воды, то проводят пневматическое испытание. Такими причинами могут быть, например, чрезмерно высокое гидростатическое давление и масса воды, опасность соприкосновения некоторых газов или жидких веществ с остаточной влагой на внутренних поверхностях сосуда и др. Пневматическое испытание проводят воздухом, поступающим от компрессора, с давлением, не превышающим рабочее давление в аппарате. Испытание проводят в три приема. Вначале постепенно поднимают давление в аппарате до величины, равной раб 5,0 р . После пятиминутной выдержки и удовлетворительной герметичности поднимают давление до раб 75,0 р . При этом давлении производят обмазку сварных швов и соединений мыльным раствором. Если на сварных швах и разъемных соединениях не возникают мыльные пузыри, производят дальнейшее повышение давления до рабочего. При этом максимальном и предельном давлении производят вторичную обмазку швов и соединений мыльным раствором и в случае появления пузырьков определяют дефектное место. В особых случаях для пневматических испытаний применяют аммиак, который добавляют к воздуху до 1 % объема. Неплотности могут быть обнаружены бумагой, пропитанной раствором азотнокислой ртути. В случае просачивания аммиака на бумаге, наложенной на шов или разъем, появляются черные пятна. После проведения испытаний аппарата составляется акт, в котором отражают результаты испытаний, качество швов и стыков. Дефекты, выявленные в ходе испытаний, устраняют, о чем делается запись в акте. Пневматические испытания — один из двух способов проверки на прочность магистральных трубопроводов как новых, так и отремонтированных. Пневматические испытания проводят преимущественно с помощью воздуха, в отдельных случаях могут применяться иные инертные газы, в том числе те, на которых эксплуатируется трубопровод. Не разрешено проводить пневматические испытания в действующих цехах; давление в ТП повышается ступенчато, осмотр ТП проводится только обученным персоналом при снижении давления до Рраб. При пневматическом испытании трубопроводов на прочность, подъем давления следует производить плавно со скоростью, равной 5 % от Ру в минуту, но не более 0,2 МПа в минуту с периодическим осмотром трубопровода на следующих этапах: а) при рабочем давлении до 0,2 МПа — осмотр проводится при давлении, равном 0,6 от пробного давления, и при рабочем давлении; б) при рабочем давлении выше 0,2 МПа осмотр производится при давлении, равном 0,3 и 0,6 от пробного давления, и при рабочем давлении. Во время осмотра подъем давления не допускается. При осмотре обстукивание трубопровода, находящегося под давлением, не допускается. Дефекты устраняются при снижении избыточного давления до нуля и отключении компрессора. 6. Сборка и разборка фланцевых соединений трубопроводов Фланец является деталью трубопроводной арматуры. Его назначение – герметичное крепление различных элементов трубопровода к трубам или между собой. Фланцы внешне выглядят как диск с отверстием в центре для крепления к элементам трубопровода и небольшими отверстиями для крепления посредством гаек или шпилек по кругу. Фланец приварной встык, подсоединяется к трубе воротниковой частью посредством сварного шва. Применяются для монтажа систем с давлением 0,1 – 20 МПа и температурой рабочей среды от - 253 до +600 ˚С. Фланец приварной плоский насаживается на трубу и крепится двумя сварными швами. Рассчитан на такие показатели – давление от 0,1 до 2,5 МПа, температура рабочей среды от -70 до +300 ˚С. Фланец на приварном кольце состоит из двух частей: самого фланца и кольца. Крепится к трубопроводу посредством кольца, сам фланец остается свободным. Используется при рабочих показателях среды – давление от 0,1 до 2,5 МПа, температура от -30 до +300 ˚С. Отличительной чертой этого вида фланцев является простота установки в труднодоступных места. Согласно тому же ГОСТу, выделяют девять исполнений уплотнительных поверхностей: А – плоскость; В – соединительный выступ; С, L – шип; D, M – паз; E – выступ; F – впадина; J – под прокладку овального сечения; K – под линзовую прокладку. (у Никулина были плоские, с выступом, с выступом и впадиной, с шипом и пазом (так называемые «азотные»), с проточкой под прокладку овального сечения, с проточкой под прокладку линзового. Сборка При эксплуатации трубопроводов фланцевые соединения иногда пропускают жидкость или газ. Пропуск жидкости или газа во фланцевых соединениях объясняется тем, что при прогреве трубопровода на изолированных фланцах их температура растет быстрее температуры крепежных деталей. Обтяжка фланцев для металлических прокладок обычно ведется вкруговую, причём шпильки фланцевого соединения обходятся несколько раз и при каждом последующем обходе усилие обтяжки увеличивается. Контролируется затяжка промером расстояний между дисками фланцев с противоположных сторон. Нагрев проводится газовыми горелками на полосе шириной не более половины диаметра с той стороны, в которую требуется произвести полб. Если труба из легированной стали, то после подгибки с нагревом надо провести термическую обработку участков, подвергающихся нагреву. Устранять, не параллельность фланцевых соединений путем затягивания шпилек категорически запрещается, т.к. это создаёт дополнительные напряжения у части шпилек. Установка прокладки Прежде чем установить прокладку, её тщательно осматривают: не допускают к установке прокладки со следами излома, трещин и морщин. Паронитовые прокладки выпускаются специальными заводами. Если отсутствуют стандартные прокладки, их вырубают зубилом или вырезают или вырезают при помощи специальных приспособлений. Металлические прокладки с мягкой набивкой, а также плоские точёные и овальные кольца поступают в централизованном порядке со специальных заводов, но при необходимости могут быть изготовлены в любой ремонтной мастерской. Перед установкой новой прокладки зеркало фланца очищают до металлического блеска (10,288-291). Предохранительные клапаны Служат для предотвращения недоступительного понижения давления в аппаратах и трубопроводах. При повышение давления сверх установленной нормы, клапан открывает и сбрасывает часть пара в атмосферу или в специальную выхлопную линию. В зависимости от количества тарелок клапаны подразделяются на одинаковые и двойные. Пружинные клапаны более компактны по сравнению с грузовыми, однако усилия пружины могут со временем изменятся, поэтому грузовой клапан надежнее. В зависимости от конструкции корпуса предохранительные клапаны могут быть герметичными и открытыми. В герметичных сбрасываемая среда отводится в специальный трубопровод. Такие клапаны применяют для ядовитых и взрывоопасных сред. В открытых среда сбрасывается наружу. Они применяются для работы с безопасными средами (паром, сжатым воздухом и т.д.) (5,311) При ревизии предохранительных клапанов проводится разборка, чистка и проверка уплотнительных поверхностей клапана и его седла (6,231). Заглушки К деталям трубопровода относятся заглушки для глухого запирания трубопроводов или его части. Заглушки для глухого запирания торцов труб изготавливают плоскими, плоскими ребристыми и отбортованными в зависимости от параметров эксплуатации трубопровода. В ремонтной практике наиболее часто применяют фланцевые заглушки , предусмотренные ГОСТом для различных давлений в трубопроводе. Влияние температуры учитывается расчетным увеличением давления, для которого подбирается заглушка. Разборка Когда происходит авария на трубопроводе, нужно незамедлительно обнаружить местоположение возникновения проблемы, чтобы правильно ее устранить. Способ обнаружить поломки: визуально тщательно осмотреть фланцевое соединение; осмотр геометрии конструкции. При этом способе нужно определить, есть ли отклонения от изначальных чертежей, что и поможет понять наличие дефекта; ультразвуковое исследование или рентген. Используя специальное оборудование, можно быстро и точно получить все данные о размере дефекта, его местонахождении и т.д; проверка на герметичность конструкции. При этом способе используют специальные течеискатели (гелиевые или галоидные). Если температура окружающей среды минусовая, тогда используют мыльный раствор, который не замерзает. После определения проблемы, ее местоположения, можно приступать к ремонту. Первое, с чего начинают - это полное перекрытие системы трубопровода. Это нужно не только для легкости проведения работ, но и для исключения попадания в систему посторонних предметов, грязи, которые могут появиться во время ремонта. Если фланцы очень изношены и дефекты устранить не получается, то такие соединения полностью заменяют на новое оборудование. Порядок работ: убираются уплотнители и очищаются все поверхности. Мастера удаляют старые прокладки, убирают следы коррозии шабером; убираются глубокие забоины, дефекты и раковины механическим способом. Отверстия, оставшиеся после этого, закрывают при помощи наплавки, а швы и следы потом шлифуют; после этого делают притирку, необходимую, чтобы поверхности плотно прилегали друг к другу. Выполняют это с помощью пасты и специальных порошков, в зависимости от материала соединений. Когда появляется матовое кольцо серого цвета нужно заканчивать процесс притирки; если болты износились, их заменяют на новые. Это относится и к прокладкам. 7. Врезка штуцера в действующий трубопровод Врезку в действующие трубопроводы может производить только эксплуатационный персонал предприятия, в ведении которого находятся эти трубопроводы. Для выполнения врезки требуется получение специальных разрешений. Вновь смонтированные линии подключают к действующим трубопроводам, обычно к установленной на них запорной арматуре или к штуцерам. Если такое подключение невозможно, в действующие трубопроводы врезают штуцера в порядке, указанном выше, и устанавливают на них запорную арматуру, к которой присоединяют новую линию. При подключении через штуцер или путем врезки штуцера действующий трубопровод должен быть выключен и транспортируемый продукт из него удален. Трубопроводы с огнеопасными и вредными продуктами перед врезкой и вваркой штуцера промывают и полностью обезвреживают, чтобы обеспечить взрывоопасность и предотвратить отравление людей. Перед вваркой штуцера должна быть установлена по документации марка стали трубы или детали, в которую его будут врезать. Штуцер с фланцем и запорной арматурой должен быть предварительно испытан, крепежные детали и прокладки подготовлены. Врезку производят по предварительной разметке с необходимой точностью. Штуцер устанавливают без перекосов. Сварку штуцера с трубой должен выполнять высококвалифицированный сварщик, имеющий право на выполнение сварки неповоротных стыков, так как испытание на прочность и плотность таких швов не производят и сразу же после подключения трубопровод начинают эксплуатировать. Подключению нового трубопровода должно предшествовать его испытание. Врезка является ответственной операцией, поэтому ее необходимо выполнять под наблюдением технического персонала. Трубопровод подвергают внутренней очистке путем промывки или продувки перед испытанием, чтобы удалить окалину, мусор и грязь. Трубопроводы всех диаметров, транспортирующие жидкие среды, и газопроводы диаметром до 150 мм промывают водой, а газопроводы диаметром более 150 мм очищают только продувкой сжатого воздуха. Промывают трубопроводы водой, а продувают сжатым воздухом, если нет других указаний в проекте. Паропроводы продувают паром. Промывают и продувают трубопроводы по специально разработанным схемам; по окончании их составляют акты. Промывать трубопроводы следует достаточно интенсивно (скорость воды в трубопроводе должна достигать 1 — 1,5м/сек) до устойчивого появления чистой воды из выходного патрубка или спускного устройства трубопровода. Продувают трубопроводы при давлении, равном рабочему, но не свыше 40 кгс/см2, не допуская падения давления в конце трубопровода ниже 3 кгс/см2. Время продувки не менее 10 мин. Газопроводы, работающие при избыточном давлении — до 1 кгс/см2или вакууме, продувают по специальной инструкции. Стеклянные трубопроводы не продувают. Промываемый или продуваемый трубопровод должен быть отключен от других трубопроводов заглушками. При горячей продувке трубопроводов надо наблюдать за температурным удлинением трубопроводов и работой опор и подвесок, проверять надежность креплений и устанавливать отсутствие защемлений. После промывки или продувки арматуру, установленную на спускных линиях и тупиках, осматривают и очищают. Монтажные шайбы, установленные вместо диафрагм контрольно-измерительных приборов, после промывки или продувки трубопроводов должны быть заменены диафрагмами. ОБОРУДОВАНИЕ СКП 1. общие вопросы. Стойкость При выборе материалов для конструирования аппаратов для СКП учитывается не только их коррозионная стойкость , но и: • прочность, • устойчивость при высокой температуре, • возможность обработки и сварки, • доступность, • стоимость и т.д. Почти все важнейшие аппараты в СКП изготовляют из чугуна и стали , в большинстве случаев их футеруют изнутри кислотостойкими материалами: • керамикой, • природными кислотоупорами, • каменным литьем, • кислотоупорным бетоном, • органическими кислотостойкими покрытиями. Стойкость неорганических материалов возрастает с увеличением доли SiO2, но это ограничивает их применение в среде со фтором. Применяются в виде блоков, вытесанных из породы, и используемых в качестве футеровки крупногабаритных аппаратов. Недопустимы трещины – они будут распространяться и расширяться (из-за расклинивающего действия кислоты). Каменное литье: Отходы от вытесывания блоков – расплавляются в дуговой печи при t = 1500 С и заливаются в формы. Таким образом получают кислотоупорные плитки (толщиной от 15 до 35 мм) из каменного литья. Большая усадка при остывании не позволяет изготавливать детали сложной формы. Кислотоупорные замазки: Для скрепления футеровочных блоков и кислотоупорных плиток применяются кислотоупорные замазки на основе молотого андезита или диабаза . Кислотоупорная замазка на основе андезита (диабаза) Состав кислотоупорной замазки на основе молотого андезита или диабаза. Состав стоек в кислоте до 70% H2SO4. Слабой кислотой и водой выщелачивается SiO2. Обработка крепкой кислотой после выполнения футеровочных работ улучшает стойкость. Битумные замазки: Битумные замазки представляют собой смесь молотого андезита, кварца, асбеста (а также древесных опилок в случае применения воды и кислоты с концентрацией < 5 %) и битума (отхода коксо- или нефтехимического производства). Стойки в кислоте ниже 70 % H2SO4 и до t = 55-60 С. Арзамитовые замазки: Арзамитовые замазки (замазки арзамит, асплит ) – коррозионно- стойкие, водонепроницаемые, быстросхватывающиеся и самозатвердевающие композиции на основе фенолформальдегидной смолы с порошкообразным наполнителем и кислым отвердителем. В зависимости от состава можно подобрать марку , имеющую нужную стойкость в данной среде (дороже ~ в 10 раз обычных кислотоупорных замазок). Применяются при резких изменениях концентраций кислот. Стойки до 70 % H2SO4 и t = 70 С. Керамические кислотоупорные изделия изготавливают на основе белой (каолиновой) глины. Две стадии изготовления керамических кислотоупорных изделий: 1. Замешивают с водой, доводят до пластического состояния, выдавливают бруски. Обжигают при 1200 °С, затем размалывают, получают молотый шамот. 2. Смешивают с водой, формуют изделия и вторично обжигают. Получают кислотоупорную керамику. Усадка при этом небольшая, поэтому можно получить детали сложной формы (корпуса кранов, улитки насосов, фасонные элементы труб и др.). Наиболее распространенные керамические изделия: к/у кирпич, прямой кирпич - 230х113х65 мм, клиновой - 230х113х65(55) мм и к/у плитка (толщ 20…40 мм, длина 100…230 мм). Замазки для керамических изделий: Замазки для керамических изделий применяют из молотого шамота с водой. Эта замазка обладает более низкими механическими свойствами. Шов – самое уязвимое место футеровки. Его стремятся сделать максимально тонким – до 1,5…2,0 мм, а в высоко ответственных конструкциях – до 0,3 мм. Кислотоупорный бетон: Кислотоупорный бетон представляет собой кислотоупорный цемент и крупноизмельченный наполнитель (песок и щебень из андезита, бештаунита, кварца и др.), жидкое стекло и ускоритель затвердевания. Необходимо обеспечить удаление влаги в процессе затвердевания. Возможно армирование. Применяют также в виде блоков. Для изготовления реакционной, теплообменной аппаратуры и кислотопроводов в СКП применяются металлические материалы с коррозионной стойкостью не ниже 5-6 баллов (скорость коррозии < 0,5 мм/год ). Свинец (С3): Удовлетворительно стоек при низких концен-трациях и умеренных температурах (кислотопроводы, оросители, холодильники в промывном отделении, подслой в футе-ровке промывных аппаратов и др.). Сталь углеродистая (Ст3) ГОСТ 380-88: Стойка только при высоких концентрациях при низких и умеренных температурах (корпуса аппаратов с футеровкой кислотоупорными материалами, в олеумном цикле – без футеровки). Чугун (СЧ 18) ГОСТ 1412-85: Более стоек, чем углеродистая сталь (оросительные устройства, элементы трубопроводов, запорная арматура в сушильно-абсорбционном отделении, за исключением олеума). Коррозионно-стойкая сталь (12Х18Н10Т) ГОСТ 5632-72: Ограниченно может применяться при низких концентрациях (кислотопроводы, холодильники, запорная арматура, оросители). Ферросилид (высококремнистый чугун) ЧС 15 ГОСТ 7769-82: Стоек при любых концентрациях и температурах (наиболее коррозионностойкий мет. материал), однако, хрупкий и твердый (насосы, запорная арматура и т.п.). Титановые сплавы деформируемые (титан) ВТ1-0 ГОСТ 19807-91: Стоек при концентрациях до 5…10 % и температурах до 40 С, в присут-ствии окисли-телей (SO2) коррозионная стойкость повышается (холодильники, кислотопро-воды и запорная арматура в промывном отделении). В природе нет металла, который был бы стоек на различных стадиях СКП, поэтому широко применяются неметаллические материалы. 2. печи для обжига колчедана в кипящем слое. Печи обжига в кипящем слое (печи КС) – в них колчедан сгорает в псевдоожиженном состоянии при интенсивном перемешивании частиц в слое. В новых сернокислотных цехах устанавливают только печи КС. Существенным достоинством метода обжига колчедана в кипящем слое является также получение концентрированного сернистого газа (12…15 % SO2) с низким содержанием SO3 при остатке серы в огарке менее 1 %. Теория Кипящим или псевдоожиженным называют такое состояние слоя сыпучего зернистого твердого материала, когда при продувании через него газового потока он становится подобен кипящей жидкости. Если через слой сыпучего материала начать продувать (воздух) газ, то при малых скоростях газа будет происходить фильтрация его через слой, и высота слоя на поддерживающей газораспределительной решетке останется неизменной (Но). Скорость, при которой наступает псевдоожижение слоя, - первая критическая скорость Wкр 1. Вторая критическая скорость Wкр 2 = 1,2 м/с 1 – при повышении скорости газа; 2 – при понижении скорости газа Из-за интенсивного турбулентного перемешивания частиц внутри слоя отсутствует разность (градиент) температур (максимум 10 С) и концентраций. Для флотационного колчедана высота кипящего слоя (в мм) численно совпадает со значением гидравлического сопротивления дp слоя в мм вод. ст. Рабочая скорость wраб. = Vвозд. (м3/с) / F св.сеч. (м2) находится в диапазоне между критическими скоростями: wраб. = 0,7 … 1,0 м/с. Конструкция печи кипящего слоя 1 – нижний конус; 2 – бункер под провальной решеткой форкамеры; 3 – охлаждающие элементы форкамеры; 4 – форсунки для розжига печи; 5 – загрузочная (фор)камера; 6 – под печи (непровальная решетка); 7 охлаждающие элементы пода печи; 8 – фурмы для подачи вторичного воздуха; 9 – провальная решетка При обжиге выделяется значительное количество избыточной теплоты, которая отводится с помощью теплообменных (охлаждающих) элементов, расположенных в слое. Охлаждающие элементы представляют собой изогнутые трубы (толстостенные 6…8 мм, бесшовные, Ст. 20) с естественной циркуляцией пароводяной смеси, поступающей затем в котел-утилизатор, вырабатывающий энергетический пар давлением 4,0 МПа (40 атм). Провальная решетка (колосник) предотвращает забивание пода печи крупными кусками колчедана, обломками футеровки и др. Непровальная решетка может забиваться, поэтому предусмотрен шибер. Равномерное распределение воздуха достигается за счет установки одной или двух уравнительных (распределительных) решеток, перед каждой из которых происходит выравнивание скоростей газа (воздуха), после них - примерно одинаковые скорости. 3. аппарат сухой очистки от газа и пыли. 1. Грубая (механическая) очистка 2. Тонкая (электрическая) очистка Газ , получаемый в процессе обжига серосодержащего сырья, содержит значительное количество пыли. Во избежание ряда эксплуатационных проблем газ тщательно очищают от пыли. Сухая очистка позволяет избежать: • Засорения аппаратуры сернокислотного производства пылью; • Повышения из-за этого ее гидравлического сопротивления. • Снижения качества продукционной серной кислоты и ряда других трудностей при эксплуатации оборудования; Требования к полноте очистки: 1. Концентрация огарковой пыли в газах после печи КС составляет 200…300 г/м3 (при н.у.). 2. После сухой очистки остаточная запыленность газа не должна превышать 0,1…0,2 г/м3 (т. е. 100…200 мг/м3), а на вновь проектируемых заводах – не более 50 мг/м3. 3. Газ, получаемый в результате сжигания серы, не содержит пыли и их очистка не требуется. Сухая очистка газа включает две стадии: 1. Грубая (механическая) очистка; 2. Тонкая (электрическая) очистка. Грубая очистка газа печей КС от пыли производится в циклонах – наиболее эффективных аппаратах механического разделения газообразной и твердой фазы. Циклоны обычно применяются в схемах очистки газа печей КС. Тонкая очистка газа осуществляется в электрофильтрах – под действием сил электрического поля, создаваемого между электродами. Преимущества грубой очистки: 1. Грубая очистка позволяет снизить концентрацию пыли перед очисткой газа в электрофильтре и обеспечить высокую эффективность тонкой очисткой. 2. Грубая очистка не требует высоких затрат электроэнергии. 3. При очистке отходящих газов цветной металлургии позволяет отделить богатую оксидами и сульфидами цветных металлов пыль от бедной и направить ценный продукт в переработку (производство цинка, свинца). Недостаток грубой очистки: Высокое гидравлическое сопротивление и неизбежные подсосы воздуха при создании повышенного перепада давления (вследствие чего происходит «разубоживание» = снижение концентрации газов, охлаждение их, повышение влажности, в результате чего – конденсация паров серной кислоты, образование отложений пыли на стенках аппаратуры, в электрофильтрах). После механической (грубой) очистки в циклонах тонкую очистку обжигового газа осуществляют в сухих электрофильтрах (СЭФ). 4. аппараты мокрой очистки. Цель мокрой очистки: 1. выделение примесей, присутствие которых недопустимо в газе, поступающем в производство серной кислоты контактным методом (т.е. остаточного количества пыли, мышьяка, фтора, сернокислотного тумана и паров воды), 2. а также извлечение ценных примесей, содержащих в газе – селена, теллура и др. Мокрая очистка от пыли осуществляется за счет: улавливания частиц пыли каплями или пленкой кислоты в промывных башнях (ПБ) и тонкой очистки в мокрых электрофильтрах (МЭФ). Стоит отметить, что туман поглощается лишь частично. При промывке добиваются образования как можно меньшего количества высокодисперсного тумана, поскольку в нем еще растворяются вредные примеси, которые уносятся вместе с туманом в сернокислотную систему. Схемы мокрой очистки обжиговых газов могут отличаться друг от друга в зависимости от вида газа, требований к качеству продукции и др. условий. Наиболее широкое применяются центробежные оросители одинарные или двойные (применяются как в полых, так и насадочных башнях). Одинарные распылители разбрызгивают кислоту только вниз, двойные – и вниз, и вверх. Производительность от 1,5 до 10 м3/ч Конструкция центробежного оросителя: Применение абсорберов Вентури С целью интенсификации процесса абсорбции SO3 в сернокислотном производстве разрабатываются и внедряются новые абсорбционные аппараты, работающие в интенсивном гидродинамическом режиме. Одним из таких аппаратов является абсорбер Вентури. Он имеет те же преимущества и недостатки по сравнению с насадочными башнями, что и скруббер Вентури. Преимущества СВ: 1. Полый аппарат – не забивается взвесями, гидравлическое сопротивление не меняется с течением времени в процессе эксплуатации. 2. Высокие скорости газа – аппарат компактный, неметаллоемкий, имеет незначительную массу (4…6 т против 100 т у насадочной башни), не требует мощного фундамента, снижает нагрузку на перекрытия. 3. Низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы (требуется меньшее количество орошения). 4. Простота ремонта и обслуживания, низкая трудоемкость изготовления и ремонта. 5. Неограниченная производительность по газу. Недостатки СВ: 1. Прямоток движения фаз – более низкая движущая сила процессов тепло– и массопередачи (две насадочные башни заменяется тремя аппаратами Вентури, т. е. 2НБ = 3СВ), что компенсируется ступенчатым противотоком. 2. Более высокое гидравлическое сопротивление. 3. Снижение эффективности при значительных колебаниях газовой нагрузки. 4. Необходимость высокой степени автоматизации для обеспечения поддержания параметров на оптимальном уровне. 5. аппараты осушки газа. Физико- химические основы процесса осушки газов, расчет движущей силы процесса осушки и необхдимой поверхности насадки сушильной башни Из промывного отделения газ выходит практически полностью насыщенный водяными парами при температуре газа в последней ступени мокрого электрофильтра. Перед поступлением в контактное отделение газ должен быть достаточно полно осушен, т. к. присутствие в газе водяных паров: 1. приводит к конденсации серной кислоты (из воды и SO3) в теплообменниках контактного узла и их коррозионному разрушению; 2. образованию тумана серной кислоты при абсорбции SO3 холодной кислотой и значительным потерям продукции, а также ухудшению экологической обстановки; 3. снижению или невозможности выпуска кислоты в виде олеума . Принцип осушки газа: Осушка газа основана на свойстве концентрированной серной кислоты интенсивно поглощать влагу. Это диффузионный процесс – абсорбция паров воды каплями или пленкой кислоты. Способ и норма осушки: Сушка производится в одной или двух последовательно установленных насадочных сушильных башнях. Норма осушки: содержание влаги на входе в контактный узел не должно превышать 0,01 % об. (0,08 г/м3 ), а при методе ДК/ДА – до 0,007 % об. и ниже. Количество паров воды, поглощаемых кислотой в единицу времени, определяется скоростью диффузии водяных паров через слой газа к поверхности абсорбента (кислоты) и выражается следующим уравнением: Уравнение массопередачи: G = K F дpср, кг/с Из уравнения следует, что интенсивность процесса абсорбции водяных паров зависит от: 1. скорости газа – чем выше скорость, тем выше коэффициент скорости абсорбции, однако с ростом скорости газа в квадрате возрастет гидравлическое сопротивление аппарата (дрНБ ~ ро wг2); 2. поверхности насадки (F ) – при увеличении F происходит увеличение объема насадки, что приводит к увеличению размера, массы и стоимости насадочной башни; 3. движущей силы процесса (дpср), определяемой концентрацией и температурой сушильной кислоты. Концентрация и температура кислоты определяют количество тумана, образующегося в сушильной башне (т. к. поглощение паров воды происходит с выделением большого количества теплоты, что приводит к туманообразованию), причем чем выше концентрация кислоты, тем больше образуется тумана. С увеличением температуры кислот также возрастает количество тумана , поэтому, оптимальный режим осушки газа: 1. при наличии одной СБ орошение (сушильной) башни производится кислотой 93…95 % с начальной температурой 40…50 0 С; 2. при установке двух последовательно работающих сушильных башнях, первую по ходу газа башню орошают 91…93 %-ной кислотой (при этом практически исключается туманообразование в ней), а вторую – 93…95 % (иногда 98 %-ной) кислотой, что также уменьшает возможность образования тумана. Конструкции устройств для распределения серной кислоты в сушильных и абсорбционных башнях, требования к ним Во избежание образования большого количества брызг и обеспечения равномерного распределения кислоту на орошение сушильных башен подают через распределительные плиты различной конструкции (т.к. распылители дают большое количество мелких брызг, уносимых газом). Равномерность распределения исключает образование «холодных» зон, где возможно образование тумана. Распределительная плита с кислотными и газовыми патрубками: литая чугунная плита с патрубками (стаканчиками) малого диаметра – кислотными, и большого диаметра – газовыми. Кислотные патрубки должны иметь одинаковую форму и высоту для равномерной подачи кислоты. Это достигается с помощью вставок с прорезями , у которых выверяют уровень, т.к. саму плиту трудно установить строго горизонтально. Газовые патрубки имеют расширение в верхней части патрубка для уменьшения скорости газа и снижения брызгоуноса. Распределительная плита с кислотными и газовыми патрубками: такие распределительные плиты применяются в башнях диаметром до 4,5 м. При большем диаметре плита такой конструкции перестает быть самонесущей конструкцией и применяются другие. Распределительные желоба: из центрального желоба кислота делится на три равномерных потока, поступающих прямо в распределительные желоба, откуда кислота идет в 5-6 течек, где делится на 5 струек. Общее количество 150-180 струек. Конструкция самонесущая, более легкая, меньше расход метала. Напорно-сливная плита: патрубки заглублены в слой мелкой насадки, что предотвращает образование большого количества брызг. Для равномерного распределения кислоты по насадке абсорбционных башен применяются различные устройства: в олеумных абсорберах распылители щелевого и ударного типа, а также распределительные плиты, а в моногидратных распределительные плиты, аналогичные по конструкции устройствам сушильных башен. 6. аппараты абсорбции. ФХ основы процесса абсорбции SO3 из газа олеумом и моногидратом Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является извлечение SO3 из газовой смеси (абсорбция) и превращение его в серную кислоту. В большинстве случаев процесс поглощения триоксида серы ведется серной кислотой в насадочных башенных абсорберах. SO3 растворяется в серной кислоте, а затем взаимодействует с содержащейся в ней водой в соответствии с уравнением n SO3 + H2O = H2SO4 + (n-1) SO3 + Q Процесс абсорбции идет с выделением теплоты, поэтому разогревшуюся в результате этого кислоту необходимо постоянно охлаждать. Поглощение серной кислотой, а не водой ведут потому, что непосредственное взаимодействие H2O и SO3 ведет к образованию мелкодисперсного тумана серной кислоты, который очень плохо улавливается. После абсорбции газ с непоглощенным триоксидом серы выбрасывается в атмосферу. Для предотвращения потерь SO3 и загрязнения окружающей среды отходящими газами, содержащими значительные количества SO3, процесс абсорбции должен быть максимально полным. Для получения олеума газ, содержащий SO3, пропускают вначале через абсорбер, орошаемый олеумом (олеумный абсорбер). Здесь поглощается основная часть SO3. Окончательное поглощение происходит во втором абсорбере, орошаемом моногидратом (моногидратный абсорбер). Олеумный абсорбер орошают олеумом, имеющим концентрацию не менее 19 % SO3 (св.) - в соответствии со стандартом на продукционную серную кислоту. Моногидратный абсорбер орошается кислотой, имеющей оптимальную концентрацию 98,3…98,7 % H2SO4. Кислота такой концентрации хорошо поглощает SO3, так как давление паров H2O и SO3 над ней ничтожно мало. При большей или меньшей концентрации H2SO4 поглотительная способность ее уменьшается (см. диаграмму зависимости температуры кипения растворов H2SO4 от концентрации). Причина образования тумана Основное количество молекул SO3 диффундирует к поверхности серной кислоты и абсорбируется ею. Часть молекул SO3 встречается с молекулами воды, испаряющимися с поверхности кислоты и диффундирующими в основной поток газа. Сталкиваясь молекулы SO3 и H2O соединяются с образованием паров серной кислоты, которые конденсируются в объеме с образованием тумана H2SO4. Сернокислотный туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу. При этом сернокислотная система "хвостит" - над трубой виден белый сернокислотный туман. Чем ниже концентрация кислоты и выше ее температура, тем больше выделяется из нее паров воды и больше образуется тумана, а следовательно больше теряется SO3. Над кислотой концентрацией выше 98,3% H2SO4 равновесное давление p SO3 p > 0, поэтому он абсорбируется кислотой неполностью. В этом случае отходящие газы уносят часть непоглощенного SO3, но в виде молекул газа, который соединяясь в атмосфере с парами воды, образует «хвост» на некотором расстоянии от устья трубы. Таким образом, при концентрации кислоты выше 98,3% полнота абсорбции также снижается, она тем ниже, чем выше концентрация кислоты и ее температура, так как с ростом температуры возрастает равновесное давление как SO3, так и H2O (при концентрации H2SO4 < 98,3%). 1. Холодильник «под заливом»: Башня устанавливается выше холодильника и сборника. Объём сборника должен быть не менее 1/4 части часового расхода кислоты во избежание пролива кислоты при прекращении подачи электроэнергии. Недостаток: низкая скорость движения кислоты wк в холодильнике, требуется большая поверхность (w к до 0,5 м/с), трудно удаляется кислота из холодильника. 2. Холодильник под давлением: В этом случае сборник может быть на одном уровне с башней. Скорость движения кислоты в холодильнике около 1 м/с. При поврежденном холодильнике возникает фонтан кислоты, а насос работает на горячей кислоте. При остановке насоса кислота стекает в сборник самотеком. 3. Схема с двойной перекачкой кислот: Возможна схема с двойной перекачкой кислот (два сборника и два насоса). "Горячий" насос продавливает только холодильник, "холодный" насос в более благоприятных условиях. 7. Вспомогательное оборудовани. Оросительные и кожухотрубчатые холодильники. Оросительные холодильники, принцип действия. конструкция, достоинства и недостатки Оросительный холодильник состоит из рядов горизонтальных труб; над каждым рядом расположен распределитель воды (чаще всего – желоб с гребенкой). Горячая кислота поступает в нижний коллектор, распределяется на параллельные потоки по рядам труб, охлаждается за счет стекающей из желоба по наружной поверхности труб воды. Охлажденная кислота выводится из верхнего коллектора, вода – из поддона. Оросительные холодильники просты, надежны в работе, легко ремонтируются и применяются для охлаждения как промывных так и сушильных кислот, а также олеума и моногидрата. Недостатки оросительных холодильников: 1. неполное использование охлаждающей воды – много воды стекает и разбрызгивается, не попадая на трубы; повышенная чувствительность к неравномерности подачи воды – часть труб может не участвовать в теплопередаче; 2. большое испарение охлаждающей воды (холодильники «парят») – в помещении большая влажность, вне помещения – замерзание воды в зимнее время; 3. занимают большие площади из-за горизонтального расположения труб и громоздких поддонов. Для уменьшения разбрызгивания кислоты между трубами холодильников устанавливают гребенки, при этом разбрызгивание снижается на 25 %. Расчет холодильника: Уравнение теплопередачи Q = K F дtср , Вт ; позволяет определить поверхность теплообмена (холодильника) F = Q / (K дtср) , м2 ; где Q - количество передаваемой теплоты (из теплового баланса), Вт; K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*град); определяется по критериальным уравнениям теплопередачи (по коэффициентам теплоотдачи к-ты и воды), при оптимальной wк = 0,8…1,5 м/с можно определить K по упрощенному полуэмпирическому уравнению K = K о wк0,765 , где K о - опытный коэффициент, зависящий от материала труб; wк - скорость кислоты в трубах холодильника, м/с дtср – средняя разность температур, определяемая из тепловой схемы холодильника: