Расчетная часть-Расчет парового котла передвижной парогенераторной установки ППУА-1600/100-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет парового котла передвижной парогенераторной установки ППУА-1600/100-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

4. Техническое предложение

При использовании паропередвижной установки мы очищаем магистральные трубопроводы и устья скважины с помощью пара от асфальтосмолопарафиновых отложений . В случае выхода из строя паропередвижной установки предприятие понесет потери, которые будут достигать миллионы рублей в сутки.
Сроки проведения кислотной промывки змеевиков парового котла и паровой магистрали не регламентируется, так как они полностью зависят от качества питательной воды и режима выработки пара. Промывку трубной системы котла производят раствором соляной кислоты в зависимости от толщины стенки накипи. Для проведения кислотной промывки целесообразно используют кислотные агрегаты. Для промывки соляной кислотой использовать насос запрещается. Используют насос ручного действия. Необходимое количество раствора для очистки парогенератора составляет 100 л. Очистку проводят около 1,5-2 часов, после этого необходимо слить раствор и вторично промыть теплой водой около 2 часов, далее необходимо промыть циркулирующим раствором тринатрий-фосфата в течении 4 часов, после защелачивания вновь промывают водой в течении 1 часа. Время на обработку парового котла затрачивается 9 часов. В случае такого простоя мы теряем целый день работы установки по назначению, а также теряем количество добытой нефти, так как АСПО в трубопроводах достигает половине толщины стенки чем сам трубопровод, что уменьшает количество дебита.
Для снижения данного недостатка предлагается дополнительно установить бак с лимонной кислотой изготовленный из материала 12Х18Н10Т, а также замена обратного клапана из такого же материала.
Цели модернизации:
• увеличение работы змеевика;
• повышение надежности установки ППУА 1600/100.
5. Технический расчет

5.1 Расчет размеров бака с лимонной кислотой

Для конструкции бака выбираем сталь 12Х18Н10Т
Для того чтобы рассчитать размеры бака, нам не обходимо знать концентрацию лимонной кислоты на объем змеевиков в паровом котле.

(5.1)
где   – внутренний диаметр змеевика парового котла, м;
  – общая длина змеевика (высота цилиндра), м.
 
 Необходимо найти общую длину змеевика, найдем по формуле, м:
 
  (5.2)
где  – длина внутреннего змеевика парового котла, м;
  – длина внешнего змеевика парового котла, м;

Длину внутреннего и внешнего змеевика найдем по формуле, м:

и (5.3)
где  – количество витков в змеевике парового котла;
  – длина внутреннего змеевика одного витка, м;
  – длина внешнего змеевика одного витка, м.
 
 Длину внутреннего и внешнего змеевика одного витка найдем по формуле, м:

  и (5.4)
где  – радиус внутреннего змеевика парового котла, м;
– радиус внешнего змеевика парового котла, м.



Необходимо найти количество витков змеевика;

(5.5)

Подставим значения в формулу (5.3), м:




 Подставим значения в формулу (5.2), м:

 

 Подставим значение в формулу (5.1). м3:

 

 Объем змеевика составляет 88 литров.
 Объем бака с водой составляет
 На установке ППУА 1600/100 установлен трехплунжерный насос 2,3ПТ-25Д1-У2
 
 Определим время за которое насос заполнит полностью змеевик водой по формуле, ч:

  (5.6)

 Для промывки змеевика лимонной кислотой достаточно 7,5 циклов, отсюда следует, что за 20 минут насос перекачает, м3:

 

 Определим концентрацию лимонной кислоты на 666 литров воды.
 На 1 литр воды приходиться 500 гр. кислоты, концентрация лимонной кислоты в баке. На 1 литр воды приходиться 10 миллилитров, уже концентрированной лимонной кислоты. Отсюда следует, что на 666 литров приходиться:

 

 На один рабочий процесс приходится 6,66 литров концентрированной лимонной кислоты.
 На месяц приходиться:


199,8л.=0,2064м3.

Отсюда следует, что объем бака с концентрированной лимонной кислотой составит 0,2064м3. Принимаем значение бака с запасом
Принимаем диаметр бака лимонной кислоты равным , исходя из проката бесшовных труб.
Найдем высоту бака по формуле, м:

(5.7)

Принимаем высоту бака с концентрированной лимонной кислотой
Размеры бака:

, , ,
где  – толщина стенки бака лимонной кислоты.

 5.2 Расчет болтового соединения на срез и смятие

Болт поставлен без зазора (рис. 5.1). Болт испытывает осевую нагрузку на затяжку болта и нагрузки от веса детали. Произведем расчет болтового соединения на срез и смятие.

Рисунок 5.1 – Расположение действия сил на болт

На срез болт рассчитывают по формуле[4]:
          (5.8)
где d – диаметр болта, мм;
 Р – сила, действующая на болта, которая будет складываться из нагрузки затяжки болта и веса детали (Р1 + Р2), Н.

Условие прочности на срез, МПа[4]:

            (5.9)
где [τср] – допускаемое напряжение на срез, МПа (часто принимают [τср] = (0,2...0,3)σт (σт – предел текучести, МПа));
Для стали 35, с термообработкой – Нормализация, предел текучести равен σт = 320 МПа, по II случаю нагрузки. Отсюда найдем допускаемое напряжение на срез, МПа[4]:



Нагрузку на болт при затяжки выберем из таблицы 5.1.

Таблица 5.1 – Допускаемые постоянные нагрузки для болтов с метрической резьбой из стали 35 [7]
Параметр Номинальный диаметр резьбы, мм
 6 8 10 12 14 16
Нагрузка, МПа А 1200 2200 3800 5800 8500 12000
 Б 2200 9000 15000 21000 30000 40000
А – неконтролируемая затяжка, нагрузка без учета силы затяжки;
Б – контролируемая затяжка, точный учет нагрузок, включая силы затяжки

Из таблицы 5.1 выбираем нагрузку А для болта с номинальным диаметром резьбы 10 мм.
Найдем вес закрепляемой детали Р1, Н[4]:

          (5.10)
где m – масса изделия, кг;
 g – ускорение свободного падения, м/с2.

Найдем силу действующую от веса детали, Н[4]:



Определим выполняется ли условием на срез, МПа[4]:





Условие на срез выполняется.
На смятие болт рассчитывают по формуле[4]:

          (5.11)
где  h – высота участка смятия, мм;

Условие прочности на смятие, МПа[4]:

          (5.12)
где  [σсм] – допускаемое напряжение на смятие, МПа.
Для стали 35, с термообработкой – Нормализация, допускаемое напряжение на смятие равно σсм = 190 МПа, по II случаю нагрузки. Отсюда определить выполняется ли условие на смятие, МПа:



Условие прочности на смятие выполняется.

5.3 Расчет прочности сварных соединений

Произведем расчет прочности сварных соединений держателя поддона (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Место сварки корпуса днища
Примем, что детали поддона изготавливаются из стали 12Х18Н10Т.
В данном случае шов является стыковым.
Электроды, применяемые для сварки – ЦТ26.
В таблице 5.1 находим по известной марке электрода допускаемое напряжение при срезе.

Таблица 5.1. Допускаемое напряжение для сварных швов в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке. [4]
Сварка Для стыковых соединений При срезе
[τ’ср]
 при растяжении [σ’р] при сжатии [σ’сж] 
Ручная электродами:
ЦТ26
ЦТ26А 

0,9[σр]
[σр] 

[σр]
[σр] 

0,6[σр]
0,65[σр]
[σр] – допускаемое напряжение при растяжении для основного металла
Допускаемое напряжение стали 12Х18Н10Т [σр] = 800 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение при растяжении[4]:

       (5.13)

Допускаемое напряжение стали 12х18н10т [σр] = 270 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение при сжатии:



Допускаемая сила для соединения при растяжении и при сжатии, МПа[4]:

(5.14)
          (5.15)
где  - допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении, МПа;
- допускаемое напряжение для сварного шва при сжатии, МПа;
- длина сварного шва, м;
- толщина свариваемой детали, м.

Найдем допускаемые силы при растяжении и сжатии, МПа:




5.4 Оценка технологичности конструкции изделия

Оценку ТКИ проводим по методу учета масс. При использовании данного метода учитывают трудоемкости в изготовлении и ремонте по сравнению с проектируемым изделием и аналогом. [8]
Исходные данные:
Трудоёмкость паровой установки ППУА-1600, нормо-час 720
Масса паровой установки ППУА-1600, кг  17495
Проектная масса модернизированного ППУА-1600, кг   17623
Срок службы, лет   8

Определим трудоёмкость, достигаемую при проектной массе нового цементировочного агрегата по методу учета масс , нормо-час[8]:

         (5.16)

где ТА – трудоёмкость изделия-аналога, нормо-час;
kМ – коэффициент различия масс;
m – масса нового изделия, кг;
mА – масса изделия-аналога, кг;

 Определим коэффициент различия масс[8]:

         (5.17)

 

 Трудоёмкость, достигаемая при проектной массе нового оборудования нормо-час:



  Определим удельную материалоёмкость, отнесённую к производительности агрегата и сроку службы по формуле[8]:

          (5.18)

где Q – производительность паровой установки, кг/ч;
С – срок службы, лет.


 Удельная материалоёмкость базовой паровой установки при одинаковой производительности будет составлять:



 Удельная материалоёмкость модернизированной паровой установки будет составлять:

 

Вывод: при проведении модернизации, незначительно увеличилась трудоёмкость и материалоёмкость.