Технологический комплекс для подготовки нефти с усовершенствованием конструкции и исследованием работы горизонтального теплообменника системы подогрева эмульсии (Магистерская работа 12А1)-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Технологический комплекс для подготовки нефти с усовершенствованием конструкции и исследованием работы горизонтального теплообменника системы подогрева эмульсии (Магистерская работа 12А1)-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
4.1 Формирование технического предложения

Техническое предложение относится к теплотехнике, а именно к спиральных теплообменников и способа их изготовления и используется в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности. В спиральном теплообменнике, содержащем корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из слоев, детали, фиксирующие расстояние между слоями спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали, детали, фиксирующие расстояние между слоями спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали.
Способ изготовления спирального теплообменника согласно технического предложения заключается в том, что зигзагообразные проставки размещают между слоями в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотнительной массой. Корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса. Техническим результатом является упрощение конструкции теплообменника, упрощение технологии изготовления спиральных теплообменников и сокращение затрат на их изготовление.

4.2 Выбор и описание технического предложения

В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, которые служат для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, что разграничивает эти среды.
Существуют спиральные теплообменники различных конструкций и технического исполнения. Общим недостатком их технических решений является сложность конструкции, технологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, чем обусловлена высокая стоимость изготовления.
Известен спиральный теплообменник KSL0.6-160-1500-24/24 [5], содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из слоев, детали, фиксирующие расстояние между слоями спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали.

Рисунок 4.1 – Спиральный теплообменник KSL0.6-160-1500-24/24
1 – обечайка; 2 – крышка кожуха; 3 – крышка спирали; 4 – спираль;
5 – штуцер; 6 – фланец; 7 – заглушка; 8 – опора

Известен спиральный теплообменник имеет ряд недостатков, в частности в качестве деталей, фиксирующих расстояние между слоями спирали и для создания жесткости слоев, использованы штифты, приваренные к одному из слоев. Уплотнения спирали проводится с использованием упоров, выполненных с вставленной в канал ленты, приваренной к кромкам слоев [5]. Это приводит к значительному усложнению изготовления теплообменника, особенно в случае его использования для теплоносителей с высокими температурами (выше 400° С) и в условиях агрессивных и коррозионных сред. В этих случаях для теплообменника требуется применение легированных сталей, что приводит к значительной сложности и удорожание при сварке деталей. Уплотнение торцов только прокладкой или U-образной манжетой не предотвращает возможности перетока теплоносителя из одного канала в другой. Кроме того, корпус теплообменника выполнен из цельной детали в форме цилиндра, что усложняет установку собранной в единый блок спирали в корпус.
Поэтому в магистерской работе предлагается совершенствование теплообменного оборудования, применение которого позволит упростить конструкцию теплообменника и сократить затраты на его изготовление, что обеспечит повышение надежности путем исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой.


Рисунок 4.2 – Модернизированный спиральный теплообменник
1 – фланец (вход); 2 – фланец (выход); 3 – сердечник; 4 – корпус;
5 – спираль; 6,7 – фланец; 8 – прокладка; 9 – шпилька; 10 – шайба;
11 – гайка; 12 – монтажная плита

Рисунок 4.3 – Выносной элемент
1,2 – фланец; 3 – прокладка; 4 – корпус; 5 – спираль;
6 – зигзагообразные проставки; 7 – слой; 8, 9 – канал;
10 – боковые кромки зигзагообразных проставок; 11 – упор;
12 – уплотняющая вещество

Модернизированный спиральный теплообменник состоит из корпуса 4, спирали 5, навитой из двух слоев 7 на сердечник 3. Корпус 4 состоит из двух полуцилиндров и фланцев 1 и 2. Между слоями 7 спирали 5 установлены зигзагообразные проставки 6 (рисунок 4.2).
Зигзагообразные проставки применяют двух видов - рядовые проставки (рисунок 4.5 а) и проставки с турбулизаторами (рисунок 4.5 б). Зигзагообразные проставки изготавливают путем гибки полосовой стали, причем горизонтальные полки 3 и 4 соответствуют расстоянию между слоями 7 спирали 5.
Сердечник 6 поделил полость на две (рисунок 4.4). К одной продольной цилиндрической стенки полости сердечника приварена внутренняя кромка шара 3, а ко второй продольной цилиндрической стенки полости сердечника приварена внутренняя кромка слоя 4, при этом в спирали образуются два канала.


Рисунок 4.4 – Спираль
1 – корпус; 2 – спираль; 3, 4 – металлический слой; 5 – полость;
6 – сердечник; 7 – зигзагообразные проставки; 8 – канал

Внешняя кромка шара 3 приварена к продольной кромке полуцилиндра, а внешняя кромка шара 4 приварена к другой продольной кромке полуцилиндра. При этом образуются выходы из каналов, к которым привариваются подводящий и отводящий патрубки корпуса.
По мере сворачивания спирали 5 (рисунок 4.3) между слоями спирали 7 устанавливают зигзагообразные проставки 6, причем проставки 10, ближние к кромкам слоев, устанавливают одну над другой, другие проставки целесообразно размещать в смежных витках каналов в шахматном порядке. Таким образом устанавливается ширина каналов.
Навитую на сердечник спираль охватывают полуцилиндрами, скрепляют их между собой по всей длине и приваривают фланцы, создавая единый сборочный узел корпуса и спирали.

Рисунок 4.5 – Проставки
1 – проставка рядовая; 2 – проставка с турбулизаторами;
3 – горизонтальные полочки рядовой проставки;
4 – горизонтальные полочки проставки с турбулизаторами; 5 – турбулизаторы
На боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок 10 (рисунок 4.3) в каналы 8 и 9 укладывают упоры 11, например, в виде проволоки. Каналы, ближние к торцам спирали (кромок слоев), заполнены уплотнительной массой 12, причем глубину заделки упоров 11 и заполнения торцов каналов уплотнительной массой 12 выбирают из обязательного условия исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой. На торце спирали 5 сделана прокладка 3 в виде шарового уплотнительного материала, прижимается фланцами 1 к торцам спирали 5 и уплотняющей массы 12, заполняющей каналы 8 и 9. Под действием прижима фланцем 1 прокладка 3 и уплотняющая масса 12 в каналах 8 и 9 образуют однородное уплотнение.
В качестве уплотняющей массы для теплообменников, работающих в условиях агрессивных или коррозионных сред или высоких температур, применяют терморозширений графит или изделия из графітизованого асбеста или другие материалы с аналогичными свойствами.
Для соединения с полостями сердечника (рисунок 4.2) в центральной части фланцев 7 выполнены отверстия. К фланцам 7 присоединены подводящие и отводящие патрубки 1 и 2.
Благодаря такому исполнению теплообменника обеспечивается надежное разделение каналов, благодаря чему исключается переток теплоносителя из одного канала в другой.
В теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, в каналы, по которым подается загрязненная среда, для уменьшения оседания взвешенных частиц на стенках каналов в спираль установлены зигзагообразные проставки, снабжены турбулизаторами, выполненными в виде коротких выступов для создания турбулентного потока в канале.
Расстояние между проставками следует выбирать в зависимости от прочности металла, из которого изготовлены слои, и перепада давления теплоносителей в каналах. Для очистки каналов от возможных отложений следует извлечь из торцов каналов уплотняющую массу 12 и упоры 11 с двух торцов спирали 5 и узкими скребками прочистить каналы.
4.3 Сравнение модернизированного (разработанного) объекта с прототипом

Цель модернизации включает:
- упрощение и удешевление конструкции теплообменника;
- исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой;
- упрощение технологии изготовления теплообменника и, как результат, сокращение затрат на его изготовление (повышение технологичности конструкции).
Цель достигается за счет того, что спиральный теплообменник содержит корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из слоев, детали, фиксирующие расстояние между слоями спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали.
Кроме того, теплообменник дополнительно включает:
- детали, фиксирующие расстояние между слоями спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали;
- упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, размещены на боковых кромках крайних рядов зигзагообразных проставок;
- уплотняющую массу, которая заполняет пространство в каналах между торцами спирали и упорами для исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой;
- корпус, выполненный из двух полуцилиндров, скрепляемых друг с другом после установки спирали;
- в теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, зигзагообразные проставки с турбулизаторами, выполненные на вертикальных или горизонтальных кромках зигзагообразных проставок.
Повышение технологичности конструкции теплообменника достигается тем, что:
- зигзагообразные проставки размещают между слоями в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотнительной массой;
- корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса.

4.4 Результаты реализации технического предложения

Данная магистерская работа выполнена на тему: «Технологический комплекс для подготовки нефти с усовершенствованием конструкции и исследованием работы горизонтального теплообменника системы подогрева эмульсии».
В первых двух разделах приведены назначение, классификация, конструкция, принцип действия и описание теплообменников.
Разработано техническое предложение по модернизации конструкции горизонтального теплообменника. Выполнены опытно-конструкторские работы, и технико-экономическое обоснование подтверждения целесообразности предлагаемой модернизации.
В шестом разделе приведен комплекс расчетов на прочность, надежность горизонтального спирального теплообменника.
Седьмой и восьмой разделы охватывают комплекс ремонтных и организационно-технических мероприятий относительно горизонтального спирального теплообменника.
Девятый, десятый разделы характеризуют мероприятия по охране труда и безопасности в чрезвычайных ситуациях, охране окружающей среды.
Расчет экономического эффекта от внедрения модернизированной конструкции спирального теплообменника показал целесообразность модернизации.