қаптама құбырлы жылуалмастырғыш

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

 

Кіріспе........................................................................................................4

 

1        Әдеби шолу....................................................................................5

1.1     Жылуалмастырғыш аппараттарының құрылымы.......................5

1.2    Қыздырудың құбырлы бетті жылуалмасу

         аппараттары....................................................................................5

1.2.1  « Құбыр ішіндегі құбыр» типті қосқұбырлы

          жылуалмастырғыш........................................................................5

1.2.2 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш. Құрылғы және

         жұмыс жасау принципі................................................................6

1.3     Жылуалмастырғыштың түрлері..................................................10

1.3.1 Иірімді жылуалмастырғыштар....................................................10

1.3.2  Спиральді жылуалмастырғыштар...............................................11

1.3.3 Графитті жылуалмастырғыштар..................................................12

1.3.4 Элементті (секциялы) жылуалмастырғыштар............................13

1.3.5 Пластиналы жылуалмастырғыштар............................................14

2        Технологиялық есептеу................................................................16

2.1 Қаптама құбырлы жылуалмастырғышта  технологиялық

есептеулері...............................................................................................17

2.2  Гидравликалық  кедергісін есептеу.................................................19

2.3 Оптималды  қалыптандырылған жылуалмасу аппаратын

таңдау.......................................................................................................21

        Қорытынды..............................................................................................22

 

Қолданылған әдебиеттер........................................................................23

 

Қосымша..................................................................................................24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Тақырыптың  өзектілігі: Жылуалмасу процестері температура өзгерісімен яғни жылудың берілу және алыну жолымен сипатталады. Жылуалмасу құбылыстары химиялық технологияда кеңінен тараған жылуалмастырғыш аппараттардың қозғаушы күші болып табылады. Жылуалмастырғыш аппараттарды өндірісте қолдану мақсатында шығынсыз әрі тиімді жобалау маңызды мәселе.

 

Курстық жобаның  мақсаты: Бензолды ысытуға арналған өнімділігі 8т/сағ қаптама құбырлы жылуалмастырғыш аппаратты жобалау.

 

Курстық жобаның  міндеті:

1 Жылуалмастырғыш аппараттарды сипаттау;

2 Жылуалмастырғыш аппараттардың түрлерін жіктеу;

3 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар туралы түсінік беру.

 

Тірек сөздер: жылуалмасу процесі, жылуалмастырғыш, аппараттар, қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар, спиральді жылуалмастырғыш, конвекция, иірімді жылуалмастырғыш, құбыр аралық кеңістік, қалқанша, құбырлық тор, жылу өту, түтікшелер, жылутасмалдағыштар, графитті жылуалмастырғыш, элементті жылуалмастырғыш, температура, пластиналы жылуалмастырғыш, фланец.

 

Курстық жоба: 2 бөлімнен, 13 қолданылған әдебиеттер тізімінен, 8 суреттен, 8 қосымша кестеден тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Әдеби шолу

 

1 .1 Жылуалмастырғыш аппараттарының құрылымы

 

Жылу берілу әдісіне байланысты жылуалмастырғыштарды  екі негізгі топқа бөледі:

1)беттік жылуалмасытырғыштар, яғни ортамен жылу алмасу  бөліп тұрған жылу алмасу беті - «керең қабырға» арқылы беріледі.

2) араластырғыш жылуалмастырғыштар, яғни жылу бір ортадан екінші ортаға түйісу арқылы беріледі

Бұл екі топ рекуперативті  аппараттарды құрайды. Беттің формасына  байланысты рекуперативті аппараттарды жылуалмасудың құбырлы бетті және жазық бетті аппараттар болып бөлінеді.

 

 

1.2 Қыздырудың құбырлы бетті жылу алмасу аппараттары

 

1.2.1 « Құбыр ішіндегі құбыр» типті қосқұбырлы жылуалмастырғыш

 

Бұл типті жылуалмастырғыштар бірнеше тізбектес жалғанған  бөлімдерден тұрады. Әр бөлім екі біліктес құбырдан тұрады. Ішкі құбырларды тазалау және ауыстыру үшін бір бірімен «калачтармен» немесе колендермен жалғайды. Қосқұбырлы жылу алмастырғыштар маңызды қыздыру бетке ие және коллектормен параллельно жалғанған бірнеше секциядан тұрады. Егерде  жылуалмастырғыштың  біреуі бу болатын болса, ережеге сәйкес құбыраралық (айналмалы) кеңістікке жіберіледі. Мұндай жылуалмастырғыштар жиі сұйықтықты немесе бусұйықтықты қолданады. Жоғары қарқынды жылуалмасуды қамтамасыз ету үшін жұмыс ортасына сәйкес құбырлардың диаметрі таңдалады.

 «Құбыр ішінде құбыр» типті жылуалмастырғыштардың құрылымы қрапайым және мехнаникалық тазалауға болады, жеке бөлшектерін ауыстыру қиын емес. Негізгі артықшылығы жылутасымалдағыштардың оптималды қозғалу жылдамдығын қамтамасыз етуі, яғни құбырлардың диметрін сәйкесінше таңдауға болады және жоғары жылу беру коэффициенті, жоғары қысымда қыздыру және салқындату мүмкіндігі, дайындаудың, монтаждаудың, қызмет көрсетудің  қарапайымдылығы.

 «Құбыр ішінде құбыр» типті аппараттардың кемшілігі - тым үлкенlілігі, сыртқы құбырларды жасауда металл шығының құнының жоғарылығы, айналмалы кеңістіктің тазалау қиындығы. 

 

1-ішкі құбыр; 2- сыртқы  құбыр; 3-иілген қосу құбыры; 4- қосу  түтікшелері

 

Сурет 1. «Құбыр ішінде құбыр» типті жылуалмастырғыштың сызбасы

 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш аппараттар  «Құбыр ішінде құбыр» типті аппараттарға ұқсас, тек сыртқы бір құбырдың орнына үлкен диаметрлі құбырлар шоғы орналастырылған.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар тұтастығымен сипатталады. Аппараттың бірлік көлемінің бетінде жылу берілу 200 м² жетуі мүмкін.

Жылан түтікті жылуалмастырғыштардың  жылу алмасу беті жылан түтікті құбырдан жасалады, яғни ішіне ыстық және салқын жылутасымалдағыштар жіберіледі. Жылан түтіктің орамдарының санына гдравликалық кедергісі маңызды шектеледі, сондықтан жылан түтікті аппараттарының жылу алмасу беті  аз. Сондықтан оларды өнімділігі аз аппараттарда қолданады.

 

 

1.2.2 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш. Құрылғы және жұмыс жасау принципі.

 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ең кең тараған аппараттарға жатады. Оларды жылу алмасу және термохимиялық процестерде, яғни әртүрлі сұйықтықтар, булар мен газдар арасында олардың агрегатты күйінің өзгеруі және өзгермеуі кезінде жылу  алмасуда қолданады.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ХХ ғасырдың басында жоғары қатысты қасымда су қыздыру және конденсаторлар үшін қажетті, яғни жылулық станцияларда үлкен бетті жылуалмастырғыштар қажетілігінен пайда болды.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарды конденсатор, қыздырғыштар және буландырғыштар ретінде қолданады. Қазіргі уақытта олардың құрылымы қолданудың арнайы есебі арқылы жетілді. Сол кездері мұнай өндірісінде қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарды кең қолдана бастады. Қиын жағдайларда шикі мұнай мен органикалық сұйықтықтарды қыздырғыш, салқындатқыш, буландырғыш және конденсатор қажет болды. Жылуалмастырғыштарда жиі жоғары температурада лас сұйықтықтармен жұмыс жасауға тура келді, сондықтан оларды жөндеу және тазалау үшін тиімді етіп құрастыру қажет болды.

Жылдар өте қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ең кең қолданылатын аппарат болды. Бұл негізінен ең алдымен құрылымының сенімділігінен, әртүрлі жағдайда қолдануда, соның ішінде:

- Бір фазалы ағындар, қысымның вакуумнан жоғары мәнге дейін және қыздыру мен  салқындату жақтарының көлденең және тік бағыттар орындалуы;

- Әртүрлі нұсқалардың әсерінен екі жақта да қысымның өзгеруі;

- Аппарат құнын өсірмей термиялық кедергі талаптарын қанағаттандыруы;

- Көлемінің кішкентайдан шексіз үлкен болуы  (5000 м2)

- Қысым, температуралық режим және коррозия, құны талаптарына сәйкес әртірлі материалдарды қолдану мүмкіндігі;

- Әртүрлі дамыған  құбыр ішінде жіне сыртында жылу алмасу беті ретінде әртүрлі интенсификаторларды қолдану;

- Жөндеу және тазалау үшін  құбырлар шоғын шығарып алу;

Бірақ та қаптама құбырлы жылуалмастырғыштардың кең қолдану жағдайы мен құрылымы экономикалық жағынан тиімді, сипаттамалары жағынан сәйкес пластиналы, орамалы жылуалмастырғыштарды басқаларын қолдану шектемеуі қажет.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар бірнеше құбыр шоқтарынан, қаптамадан, камерадан, түтікшеден және тіректерден тұрады. Құбырлы және құбыр аралық кеңістік бұл аппараттарда бытыраңқы және олрдың әрқайсысын қалқаншалармен бірнеше жүрістерге бөлуге болады. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштың классикалық сызбасы суретте көрсетілген:

 

 

Сурет 2. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш

Аппараттың жылу алмасу беті бірнеше жүз шаршы метрден және бірнеше мың шаршы метр болуы мүмкін. Бу турбинасының қуаттылығы 150 Мвт болатын конденсатор жылу алмасу  мың құбырдан тұрады.

Кең тараған қаптама құбырлы аппараттар сызбасы суретте көрсетілген:

 

 

Сурет 3. Жылуалмастырғыштын түрлері 

 

 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштың қаптамасы (қорап) пісірілген бір немесе бірнеше болат беттерден тұрады.  Қаптамаларды құбырлы тақта және жабынмен  қосу әдісіне байланысты бөледі.Қаптама қабырғасының қалыңдығы жұмыс ортасының қысымы мен қаптаманың диаметрімен анықталады және ол 4 мм аспайды. Қаптаманың цилиндрлі жиектеріне жабын мен түбін қосатын фланецтерді пісіреді. Қаптаманың сыртқы бетіне аппараттың тіректерін орнатады.

Қаптама құбырлы  жылуалмастырғыштардың түтікшелерін түзу немесе иілген диаметрі (U-тәрізді немесе  W-тәрізді ) 12 ден 57 мм болатын құбырлардан жасайды.

  Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарда құбыр аралық кеңістіктің өту қиылысы құбыр ішіндегі өту қиылысына қарағанда 2-3 есе үлкен. Сондықтан бір фазалы күйдегі жылутасымалдағыштың жылу берілу кэффициенті құбыр аралық кеңістік бетінде аз, бұл аппараттағы жалпы жылу берілу коэффициентін төмендетеді. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштағы құбыр аралық кеңістікте қалқаншаның болуы жылутасымалдағыштың жылдамдығын және жылуалмасудың қарқындылығын жоғарлатады.

Құбырлы тақталар (торлар) мұнда құбырларды жаншып қақтау, дәнекерлеу немесе сальникті бекітуге қолданады. Құбырлы тақташаларды қаптамаға (сур 3. а, в)  фланец тарасында (сур 3. д, е )  болттармен бекітеді. Тақта материала ретінде қалыңдығы 20 мм болат беттер қолданылады. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар қатты (сур 3 .а,к ), қатты емес (сур 3.г,д,е,з,и) және жартылай қатты құрылымды, бір жүрісті және көп жүрісті, тура ағынды және  кері ағынды, көлденең ағынды, тік және көлденең иілімді. 3 (а) суретінде қатты құрылымды түзу құбырлы бір жүрісті жылуалмастырғыш көосетілген. Қаптама мен құбыр арасы құрырлы тормен қосылған және мұнда жылулық өтемдердің болуы мүмкін емес. Мұндай аппараттар құрылымы қарапайым және тек қорап пен құбыр шоқтарының арасындағы температура айырмасы аз болған жағдайда қолданылады (50^оС). Құбыр аралық кеңістікте жылутасымалдағышты жылдамдығының төмендігіне байланысты жылу беру коэффициенті төмен. 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарда құбыр аралық кеңістіктің өту қиылысы құбыр ішіндегі өту қиылысына қарағанда 2-3 есе үлкен. Сондықтан бір фазалы күйдегі жылутасымалдағыштың жылу берілу кэффициенті құбыр  аралық кеңістік бетінде аз, бұл аппараттағы жалпы жылу берілу коэффициентін төмендетеді. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштағы құбыр аралық кеңістікте қалқаншаның болуы жылутасымалдағыштың жылдамдығын және жылу алмасудың қарқындылығын жоғарлатады. 3 (б) суретінде  құбыр аралық кеңістікте көлденең қималы қалқаншалары бар жылуалмастырғыш көрсетілген және жоғарғы құбырлы тақтаның орынауыстыруы кезінде жартылай қатты мембраналы жылулық ұзартулардың компенсациясы болады.

Бусұйықтықты жылуалмастырғыштарда бу әдетте құбыр аралық кеңістікте, ал сұйықтық – құбыр арқылы өтеді. Қорап пен құбыр қабырғаларының температура айырмашылығы аз. Қаптама мен құбыр арасындағы жылулық ұзартулардың компенсация айырымы үшін линзалы     ( сур 3. в), сальникті (сур 3. з,и) немесе сильфонды (сур 3. ж) компенсаторлар орнатады.

Металдардағы кедергіні  жылулық ұзартуларды ескере отырып сонымен қатар иілген U- және W тәрізді құбырларды қолданып бір камералы жылуалмастырғыштарды дайындайды. Олар жоғары қысымды жылутасымалдағыштарды қолдануда тиімді, яғни су камерасы мен құбыр мен құбыр тақтасын қысымды аппаратта бекіту қиын да күрделі процесс. Бірақ та иілгіш құбырлы аппараттар иілу радиусы әртүрлі құбырларды дайындау  және құбырларды ауыстыру мен тазалау қиындығына байланысты кең таралмаған.

Компенсационды құрылғыларды дайындау күрделі ( мембраналы, сильфонды, илгіш құбырлы) немесе қолдануда сенімді емес (линзалы, сальникті). Аса жетілген құбырлы жүйенің ішкі екінші жабын тақтасының еркін орын ауыстыруы мен бірінші  құбыр қатты бекітілген құрылымды жылуалмастырғыш (сур 3. е). Аппараттың қорап диаметрі мен қосымша түп дайындаудағы қымбатшылығы оның қолдануда  қарапайымдылығы мен сенімділігін ақтайды. Бұл аппараттар «қалқымалы басты» жылу алмастырғыштар деп аталады.

Кесе - көлденең токты жылуалмастырғыштар (сур.к) жылу берудің жоғары коэффициентмен ерекшеленеді, яғни жылутасымалдағыш құбырлар шоғынан кесе - көлденең өтеді. Қиылысты токта жылутасымалдағыштар арсындағы температура айырымы төмендейді, бірақта құбыр секцияларының жетіспеушілігінен қарсы ағындыға қарағанда көп емес. Кейбір мұндай құрылымды жылуалмастырғыштарда газдың құбыр аралық кеңістікте және сұйықтықтың құбырда өтуінде жылу беру коэффициентін жоғарлату үшін көлденең қабырғалы құбырлар қолданылады.

 

1.3  Жылуалмастырғыш түрлері

 

1.3.1 Иірімді жылуалмастырғыштар