Дипломная работа: Реконструкция теплообменника в цехе N2 ЗАО "Каустик" с целью повышения эффективности

Министерство Образования Российской Федерации

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Стерлитамакский Филиал

Кафедра "Оборудование

нефтехимических заводов"

К ЗАЩИТЕ ДОПУЩЕН

Зав. кафедрой, член корреспондент

рецензент   АН РБ, Д.Т.Н., профессор

Реконструкция теплообменника в цехе N2 ЗАО " Каустик" с целью повышения эффективности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дипломник М.Н. Исхаков

Руководитель. А.Т. Гильмутдинов

Стерлитамак 2001

Реферат

Пояснительная записка проекта содержит 115 листов текста, 8 рисунков, 23 таблицы, 27 наименований источников литературы.

Дипломный проект посвящен конструкторской разработке кожухотрубчатого теплообменного аппарата, взамен существующего в настоящее время конденсатора хлора.

Разработаны рабочие чертежи на изготовление теплообменного аппарата. Произведен механический расчет основных узлов теплообменного аппарата.

Рассмотрены вопросы контроля и автоматизации технологического процесса, мероприятия по безопасности эксплуатации оборудования, проведено экономическое обоснование реконструкции.

Результаты работы могут быть использованы для практического применения на производстве.

Содержание

Задание

Реферат

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Систематизация и критическая оценка опубликованных       

отечественных и зарубежных работ по теплообменным аппаратам

1.2 Развитие процесса получения жидкого хлора, его варианты

1.3 Анализ и критическая оценка работы оборудования

отделения жидкого хлора цеха N 2 ЗАО "Каустик"

1.4 Усовершенствование оборудования отделения

жидкого хлора цеха N 2 ЗАО "Каустик"

1.5 Патентные проработки конструкций змеевиковых испарителей

2 Обоснование выбора темы проекта

3 Технологическая часть

3.1 Описание реконструируемой схемы отделения

конденсации и ее аппаратурное оформление

3.2 Подготовка исходных данных для технологических расчетов

3.3 Расчет тепловой нагрузки конденсатора

3.4 Расчет гидравлического сопротивления

кожухотрубчатого теплообменника

4 Механическая часть

4.1 Выбор конструкционных материалов для проведения реконструкции

4.1.1 Таблицы химического состава и механических

свойств конструкционных материалов

4.2 Расчет на прочность элементов конденсатора

4.2.1 Расчет на прочность цилиндрической обечайк

4.2.2 Расчет фланцевых соединений       

4.2.3 Расчет трубной решетки       

4.3 Основные указания по ремонту и монтажу оборудования

отделения конденсации

4.4 Методы восстановления трубок и трубных решеток

5 Автоматизация и управление техническими системами

5.1 Автоматический контроль       

5.1.1 Выбор и обоснование параметров контроля

5.1.2 Выбор и обоснование средств контроля

5.2 Автоматическое регулирование        

5.2.1 Выбор и обоснование параметров, управляющих

воздействий и схем65

5.2.2 Выбор и обоснование средств регулирования

5.3 Сигнализация и блокировка.

5.3.1 Выбор и обоснование параметров предупредительной и

аварийной сигнализации

5.3.2 Выбор и обоснование средств предупредительной сигнализации

5.4 Сводная спецификация средств автоматизации

6 Безопасность и экологичность проекта

Введение

6.1 Безопасность проекта

6.1.1 Общая характеристика опасностей проекта

6.1.2 Безопасность производственной деятельности

и мероприятия по ее обеспечению

6.2 Санитарно-технические мероприятия        

6.2.1 Освещение

6.2.2 Вентиляция

6.2.3 Отопление

6.2.4 Бытовые помещения

6.2.5 Льготы для работающих      

6.3 Экологичность проекта

6.3.1 Характеристика источников экологической опасности       

6.3.2 Выбросы, их состав, количество и влияние на окружающую среду     

6.3.3 Водоснабжение производства и канализация, нормы расхода воды    

6.4 Безопасность и экологичность проекта в чрезвычайных ситуациях

7 Экономическая част

7.1 Расчет производственной программы        

7.2 Расчет капитальных вложений

7.3 Расчет показателей по труду и заработной плате

7.3.1 Расчет годового фонда заработной платы

7.3.2 Расчет годового фонда заработной платы для ИТР

7.3.3 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию       

оборудования и цеховых расходов

7.4 Расчет себестоимости продукции

7.5 Обоснование экономической эффективности

проектного решения

8 Заключение

Список использованных источников

Ведомости спецификаций

Введение

В настоящее время, как и раньше, нефтехимии и химии неорганических соединений придается большое значение. Химическая продукция широко используется в народном хозяйстве. В связи с ограниченностью природных ресурсов и ухудшением экологии повышаются требования, предъявляемые к химической продукции.

Для выполнения этих требований производится интенсификация производства, уменьшаются затраты на производство, улучшаются свойства продукции и уменьшаются их вредные свойства.

Для получения высококачественной продукции внедряются новые разработки, используются научные и технические новшества, производится реконструкция оборудования.

В перспективы развития производства закладываются следующие требования: мало- и безотходное производство, уменьшение затрат, получение новых соединений и т.д.

Цех N 2 ЗАО "Каустик" выпускает хлор жидкий, абгазы конденсации хлора.

Хлор жидкий выпускается в соответствии с ГОСТ 6718 высшего и первого сортов.

Жидкий хлор - химическая формула “С12”, жидкость янтарного цвета с резким удушающим запахом. Чистый газообразный хлор при давлении 0,1 МПа и температуре минус 34,05 °С сжижается.

Жидкий хлор анализируют, пропуская пробу паров хлора через поглотитель с раствором восстановителя, в приборе, снабженном бюреткой для собирания непоглощенных примесей “нехлора”.

По привесу поглотителя и объему “нехлора” рассчитывают вес. %С12. Нехлор далее анализируют на содержание СО2, О2, Н2.

Абгазы конденсации хлора по своему составу должны отвечать следующим требованиям:

Содержание хлора, %                               не менее 65;

Содержание водорода, I                           не более 4;

Содержание инертных газов                    остальное.

Абгазный хлор используется внутри объединения в смеси с электролитическим.

В таблице 1 приведена характеристика сырья, материалов и полупродуктов.

Хлор находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Хлор применяется в производстве ядохимикатов - ДДТ, гексахлорана, хлорофоса, металлилхлорида и других веществ, применяемых для борьбы с вредителями сельского хозяйства - уничтожении сорняков.

Хлор применяется в производстве цветных и редких металлов, цинка, титана, в производстве сильных растворителей, красителей, синтетических моющих средств, лекарственных средств.

Кроме того, хлор употребляется в текстильной промышленности для отбеливания тканей, в бумажной промышленности для отбеливания целлюлозы и бумаги. Применяется хлор для хлорирования воды.

Таблица 1 - Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов.

1 Литературный обзор

1.1 Систематизация и критическая оценка опубликованных отечественных и зарубежных работ по теплообменным аппаратам

В отечественной и зарубежной технической литературе объемно рассматриваются теплообменные процессы и аппараты, их осуществляющие.

В большинстве процессов нефтеперерабатывающей промышленности используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и т.д.

Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспортировка.

На современных нефтехимических и химических предприятиях, где осуществляется глубокая переработка химического сырья, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30% общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы данных аппаратов, а также освоению методов их расчета уделяется особое внимание.

В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплообмен   между двумя потоками, при этом один из них нагревается, другой охлаждается. Поэтому их называют теплообменными процессами вне зависимости, что является целевым назначением аппарата: нагрев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит ли при этом только нагрев или охлаждение или же теплообмен сопровождается испарением или конденсацией.

Применительно к химической и нефтехимической промышленностям, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным признакам:

1) способ передачи тепла;

2) назначение.

В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы.

1) Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.

2) Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения, требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения теплообменивающихся потоков.

В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы.

1) Теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т.д.) охлаждающего агента.

К этой группе относятся теплообменники для нагрева нефти на нефтеперерабатывающих установках, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода.

2) Нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, растворы неорганических элементов и т.д.).

В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обуславливается необходимостью нагрева исходного холодного потока.

Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации.

3) Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента - побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой химической и нефтехимической установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.

4) Кристаллизаторы, предназначенные для охлаждения соответствующих жидких потоков, сопровождающегося выделением кристаллов вещества. В зависимости от температурного режима кристаллизации в этих аппаратах в качестве охлаждающего агента используется вода и специальные хладагенты в виде рассолов, испаряющихся аммиака, пропана и др.

В нефтепереработке кристаллизаторы используются при депарафинизации масел, обезмасливании парафинов и др.

Поверхностные теплообменные аппараты классифицируются в зависимости от их конструкции. К их числу относятся следующие.

1) Кожухотрубчатые аппараты с неподвижными трубчатыми решетками. Схема данного аппарата представлена на рисунке 1.1. Такие аппараты имеют цилиндрический кожух 1, в котором расположен трубный пучок 2; трубные решетки 3 с развальцованными трубками крепятся к корпусу аппарата. С обеих сторон теплообменный аппарат закрыт крышками 4.

Аппарат оборудован штуцерами 5 для ввода и вывода теплообменивающихся сред; одна среда идет по трубкам, другая проходит через межтрубное пространство.

Существенное различие между температурами трубок и кожуха в этих аппаратах приводит к большему удлинению трубок по сравнению с кожухом, что обуславливает возникновение напряжения в трубной решетке 3, нарушает плотность вальцовки труб в решетке и ведет к попаданию одной теплообменивающейся среды в другую. Поэтому теплообменники этого типа применяют при разности температур теплообменивающихся сред, проходящих через трубки и межтрубное пространство, не более плюс 50 °С и при сравнительно небольшой длине аппарата.

Очистка межтрубного пространства подобных аппаратов сложна, поэтому теплообменники данного типа применяются в тех случаях, когда среда, проходящая через межтрубное пространство, является чистой, неагрессивной, т.е. когда нет необходимости в чистке.

Достоинством аппаратов этого типа является простота конструкции и, следовательно, меньшая стоимость,

2) Теплообменные аппараты с температурным компенсатором.

Схема этого теплообменного аппарата представлена на рисунке 1.2. Данный теплообменник имеет неподвижные трубные решетки и снабжен устройствами в виде линз для компенсации различия в удлинении кожуха и труб, возникающего вследствие различия их температур.

Теплообменный аппарат с плавающей головкой, изображенный на рисунке 1.3. Является наиболее распространенным типом поверхностных аппаратов.

Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса. В аппаратах этой конструкции температурные напряжения могут возникать лишь при существенном различии температур трубок.

В теплообменных аппаратах подобного типа трубные пучки сравнительно легко могут быть удалены из корпуса, что облегчает их ремонт, чистку или замену.

3) Теплообменники с U-образными трубками. Схема теплообменника класса представлена на рисунке 1.4. Данные аппараты имеют одну трубную решетку, в которую ввальцованы оба конца U-образных трубок, что обеспечивает свободное удлинение трубок при изменении температуры. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней поверхности труб, вследствие которой они используются преимущественно для чистки продуктов.

4) Теплообменные аппараты с двойными трубками. В таких аппаратах имеются две трубные решетки, размещенные с одной стороны аппарата. В одной трубной решетке развальцованы трубы меньшего диаметра, в другой - трубы большего диаметра, нижние концы которых заглушены. Такая конструкция обеспечивает независимое удлинение труб.

В аппаратах этого типа одна из теплообменивающихся сред поступает через штуцер в пространство между крышкой и верхней трубной решеткой, откуда направляется вниз по трубкам малого диаметра. По выходе из них поток возвращается по кольцевому пространству между трубками, собирается в пространстве между трубными решетками, а затем выводится из аппарата.

В зависимости от типа и числа перегородок описанные выше кожухотрубчатые теплообменники делятся на:

а) одноходовые;

б) двухходовые;

в) многоходовые.

Как в трубном, так и в межтрубном пространстве аппараты с перегородками:

а) продольными и поперечными в межтрубном пространстве;

б) секторными;

в) сегментными;

г) кольцевыми.

1 - корпус; 2 - трубки; 3 - трубная решетка; 4 - крышка; 5 - штуцер.

Рисунок 1.1 - Теплообменный аппарат с неподвижными трубными решетками

Рисунок 1.2 - Кожухотрубчатый теплообменник с линзовыми компенсаторами 1

Рисунок 1.3 - Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой

В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты типов;

а) горизонтального;

б) вертикального.

Эффективность кожухотрубчатых теплообменник аппаратов повышается с увеличением скорости движения теплообменивающихся потоков и степени их турбулентности. Для повышения скорости потоков теплообменивающихся потоков, лучшей обтекаемости поверхности теплообмена и создания большей турбулентности потоков в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах применяют специальные перегородки. Увеличение скорости движения жидкости в трубках при неизменной производительности достигается размещением перегородок в крышках распределительной камеры теплообменного аппарата, в связи с чем изменяется число ходов потока жидкости, проходящей через трубки. Схемы поперечных перегородок трубного пучка представлены на рисунке 1.5.

Таким путем могут быть созданы аппараты с любым числом ходов. При помощи продольных перегородок можно изменять число ходов теплоносителя в межтрубном пространстве, тем не менее такие перегородки не получили широкого распространения так как трудно обеспечить герметичность между перегородками и корпусом.

Наибольшее распространение получили сегментные перегородки. Важно, чтобы зазор между внутренней поверхностью кожуха и перегородкой был минимальным, что позволяет сократить утечку жидкости проходящей через межтрубное пространство и не участвующей в теплообмене. Вместе с этим зазор должен быть достаточным для удобства извлечения пучка труб при его ремонте.

Рисунок 1.4-Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками

а) сегментная; б) секторная; в) кольцевая; г) поперечная в межтрубном пространстве.

Рисунок 1.5 - Типы перегородок

В зависимости от характера направления потока, теплообменные аппараты делятся на:

а) прямоточные;

б) противоточные;

в) смешанного тока;

г) перекрестного тока.

5) Теплообменные аппараты типа "труба в трубе" могут иметь жесткую конструкцию (рисунок 1.6) или быть разборными (рисунок 1.7). В таких аппаратах теплообмен происходит между средами, двигающимися по трубкам и кольцевому пространству, которое образуется между трубами большого и малого диаметров. В аппарате этого типа легче, чем в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах обеспечиваются более высокие скорости движения, что позволяет иметь более высокие коэффициенты теплопередачи и значения теплонапряженности поверхности нагрева. Кроме того, в аппаратах типа "труба в трубе" легче обеспечить противоток между теплообменивающимися средами.

Теплообменные аппараты "труба в трубе" состоят из ряда последовательных элементов, образуемых двумя соосными трубками разных диаметров. Один из теплоносителей движется по внутренней трубке,