4.3.4.2 Расчет и подбор трубчатой печи позиции тп3

Назначение – перегрев изопентановой фракции до температуры 520°С.

Исходные данные:

Коэффициент теплопередачи, К, Вт/(м²·К) 35

Температура изопентановой фракции на входе в печь, °С 200

Температура изопентановой фракции на выходе из печи, °С 520

Температура топливного газа на входе в печь, °С 650

Температура топливного газа на выходе из печи, °С 470

Теплоемкость изопентановой фракции, Дж/кг 632,16

К оличество изопентановой фракции, кг/ч 37603,88

Расчет:

Площадь поверхности теплообмена, F, м², рассчитали согласно (7, с. 62) по формуле:

F = Ф / , (4.61)

где Ф – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

 - поверхностная плотность потока, Вт/м².

Поверхностную плотность потока, , Вт/м², согласно (7, с. 62) рассчитали по формуле:

 = К · ∆t_ср, (4.62)

где ∆t_ср - средняя разность температур при противоточном движении теплоносителей, °С;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

Определяем среднюю разность температур при противоточном движении теплоносителей:

650 740

520 200

130 270

Т.к. 270 / 130 = 2,1  2, то:

∆t_ср = (∆t_max - ∆t_min) / (2,303 lg (∆t_max / ∆t_min)),

∆t_ср = (270 – 130) / (2,303 lg (270 / 130)) = 191,7°С,

 = 35 · 191,78 = 6712,3 Вт/м².

Тепловую нагрузку аппарата, Ф, Вт, рассчитали согласно (7, с. 22) по формуле:

Ф = с₁ · G₁ · t, (4.63)

г де G₁ – количество изопентановой фракции, кг/ч;

с₁ – удельная теплоемкость изопентановой фракции, Дж/кг;

t – температура изопентановой фракции, °С.

Ф = 632,16 · 40110,78 · 360 / 3600 = 2535643,07 Вт

F = 2535643,07/6712,3 =377,76 м².

Подобрали трубчатую печь типа ББ1 со следующими характеристиками:

Площадь поверхности радиантных труб, м² 384

Площадь поверхности конвективных труб, м² 384

Диаметр радиантных труб, мм 89

Длина печи, м 18

Количество печей, n, шт, рассчитали согласно ( 7, с. 295) по формуле:

n = F_рас / F_прин, (4.64)

где F_рас – рассчитанная площадь поверхности теплообмена печи, м²;

F_прин - принятая площадь поверхности теплообмена печи, м².

n = 377,76/ 384 = 0,98 шт.

Необходимо установить 1 печь к работе.

6. Коэффициент запаса теплообмена составляет:

((384 – 377,76) / 377,76) · 100 = 1,65 %.

4.3.4.3 Расчет и подбор насоса позиции Н16

Назначение – подпитка паросборника позиции СБ19.

Исходные данные:

Плотность жидкости, кг/м³ 0,999973

Массовый расход перекачиваемой жидкости, м³/ч 110

Высота всасывания, м 1

Высота нагнетания, м 8

Геометрическая высота, м 14

Избыточное давление, Р₁, Па 0,4 · 10⁶

Избыточное давление, Р₂, Па 0,6 · 10⁶

Р асчет:

Полезную мощность насоса, N,кВт, рассчитали согласно (7, с. 65) по формуле:

N =  · g · H · Q / (1000 · ), (4.65)

где  - плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с;

H – полный напор насоса, м;

Q – производительность насоса, м³/ч;

 - общий КПД, приняли 0,8.

Производительность насоса определили согласно (7, с. 45) по формуле:

Q = m / (3600 · ), (4.66)

где  - плотность жидкости, кг/м³;

m - массовый расход перекачиваемой жидкости, м³/ч.

Q = 110 / (3600 · 0,999973) = 0,03 м³/с.

Полный напор насоса, Н, м определили согласно (7, с. 45) по формуле:

Н = Н_г Р₂ – Р₁·g) + h_вс + h_нагн, (4.67)

где Н_г – геометрическая высота подъема жидкости, м;

h_вс, h_нагн – высота на линии всасывания и на линии нагнетания, м;

Р₂, Р₁ - избыточное давление, Па;

 - плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с.

Н = 14 + (0,6 · 10⁶ – 0,4 · 10⁶) / (0,999973 · 9,8) + 1 + 8 = 43,39 м.

N = 0,999973 · 9,8 · 43,39 · 0,03 / (1000 · 0,8) = 15,96 кВт.

О пределили мощность электродвигателя, N_дв, кВт согласно (7, с. 30) по формуле:

N_дв = 1,25 · N, (4.68)

N_дв = 1,25 ·15,96 = 19,95кВт

Установили центробежный насос марки Х45/54 со следующей характеристикой:

Производительность, м³/с 1,5 · 10^-2

Напор, м 54

Электродвигатель марки А02-72-2

Номинальная мощность электродвигателя, кВт 30

Частота вращения вала, об/с 48,3

4.4 Механический расчет

4.4.1 Выбор конструкционного материала

Согласно [23, с.64] выбрали сталь ВСт3сп5 со следующими химическими и физическими свойствами:

Таблица 4.10 - Химический состав стали ВСт3сп5 в процентах

С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	As
			Не более
0,14-0,22	0,40-0,65	0,12-0,30	0,04	0,05	0,30	0,30	0,30	0,08

Таблица 4.11 - Механические свойства стали ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71

σ0,2, МПа	σВ, МПа	δ5,%
205-340	420-520	28-37

4 .4.2 Расчет на прочность

4.4.2.1 Определение допускаемых напряжений

Расчетную температуру берем равной +500С.

Допускаемое напряжение при рабочей температуре определили по формуле согласно (3, с.9):

(4.69)

где – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки;

= 1 (для листового проката);

– нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;

=338,5 МПа – для стали Вст3сп5 при t=500⁰С (3, с.34)

Подставляя числовые значения в формулу (4.70), получили:

МПа