4. Розрахунки економічних показників роботи теплових агрегатів

До основних техніко-економічних показників роботи теплових агрегатів можна віднести: річний фонд робочого часу, планову продуктивність печі, вихід годного металу, коефіцієнт планових зупинок печі, коефіцієнт корисної дії печі, питому витрату палива.

Річний фонд робочого часу печі , год., залежить від режиму її роботи, кількості вихідних та святкових днів в році та визначається як:

, (4.1)

де – кількість днів в році, дні;

– кількість годин роботи печі (при 1-змінному режимі – 7 або 8 годин, при 2-змінному – 14 або 16 годин, при тризмінному – 24 години), години;

– загальна кількість вихідних днів за рік, дні;

– кількість святкових днів за рік (визначається за календарем), дні.

При тризмінному режимі формула (4.1) спрощується до .

Продуктивність печей цеху розраховується за формулою:

, т/год, (4.2.)

де G – річна виробнича програма, т/рік.

За величиною продуктивності всіх печей цеху визначають їх необхідну кількість, враховуючи, що продуктивність камерних нагрівальних печей лежить у межах від 100 до 1000 кг/годину.

Угар металу в процесі нагрівання заготівок може складати 2÷5%, що відповідає виходу 95÷98% придатного металу від ваги заготівок, що нагріваються.

Коефіцієнт планових зупинок печі представляє собою відношення сумарної тривалості роботи печі до річного фонду робочого часу та може складати 0,80,95.

ЗАВДАННЯ 4. Розрахувати річний фонд робочого часу для камерних нагрівальних печей, які проектують для нагріву мілких заготівок, та знайти необхідну кількість печей в цеху для покриття заданих потреб в металі. Вихідні данні для виконання завдання наведені в Додатку Ж.

5. Розрахунок обичайки апарату, що працює під тиском

Резервуари і судини являють собою листові конструкції, основою яких є плоскі або вигнуті листи.

Металеві листові конструкції класифікуються по призначенню:

• резервуари для збереження рідин (обичайки);

• газгольдери для збереження і вирівнювання складу газу;

• бункера і силоси для збереження і перевантаження сипучих матеріалів;

• листові конструкції технологічних установок;

• трубопроводи великого діаметру.

Листові конструкції в більшості випадків вимагають щільно-міцних з’єднань, що спричиняє велику кількість зварних швів.

ЗАВДАННЯ 5. Визначити товщину стінки обичайки апарату (рисунок 5.1), що працює під тиском, а також розрахувати тиск у нижній частині обичайки та припустимий тиск. Варіанти завдань наведено в Додатку З.

Рисунок 5.1 – Апарат, що працює під тиском

Визначення номінальної розрахункової товщини стінки s' обичайок, виходячи з міцності провадиться по формулах наведених у Додатку И в залежності від конструкційного матеріалу, розміру відношення припустимої напруги _д до розрахункового тиску Р в нижній частини обичайки і значення коефіцієнта міцності  =_ш зварних з'єднань (див. Додаток К)

(5.1)

Припустима напруга _д розраховується по номінальній припустимій напрузі ^*_д, що визначається маркою сталі, температурою (див. Додаток Л) і поправочному коефіцієнту , який враховує умови експлуатації апарата.

(5.2)

Значення  рекомендується вибирати виходячи з таких розумінь:

• Для вузлів і деталей апаратів призначених для обробки або збереженню під тиском або без нього вибухово-пожаронебезпечних продуктів, а також продуктів високої токсичності з обігрівом цих деталей і вузлів відкритим полум'ям, топковими газами або відкритими електронагрівачами  = 0,9.

• Те ж, але для деталей і вузлів що не обігріваються або при обігріві, але з надійною ізоляцією їх від джерел нагрівання, а також для вузлів і деталей апаратів, призначених для обробки або збереженню під тиском або без нього всіх інші продуктів з обігрівом цих вузлів і деталей відкритим полум'ям, топковими газами або відкритими электронагрівачами  = 0,95.

• В усіх інших випадках =1,0.

Запропоновані формули для розрахунку товщини обичайки мають межі застосування , (5.3)

де С_к - сумарна прибавка до розрахункової товщини матеріалу на корозію й ерозію.

Дане обмеження, можна перевірити тільки після визначення товщини обичайки S, і якщо виявиться, що прийнята формула не може бути застосована, то розрахунок потрібно повторити по іншій формулі.

Виходячи з приведених вихідних даних, розрахунковий тиск у нижній частині обичайки з урахуванням гідростатичного тиску стовпа рідини визначаємо по формулі

МПа. (5.4)

Коефіцієнт міцності зварних з'єднань (див. Додаток И).

Номінальна розрахункова товщина стінки обичайки для розрахованого відношення (5.1) визначається за відповідною формулою з Додатку З.

Сумарну прибавку до номінальної розрахункової товщини стінки розраховуємо по рівнянню:

С=С_к+С_э+С_д+С₀ , (5.5)

де С_к - прибавка на корозію або інший вид хімічного впливу робочого середовища на матеріал, мм;

С_э - прибавка на ерозію або інший вид механічного впливу робочого середовища на матеріал, мм;

С_д- додаткова прибавка по технологічним, монтажним і іншим розумінням, мм;

С₀ - прибавка на округлення розміру до стандартного, мм.

Прибавка Ск - залежить від хімічної проникності середовища в конструкційний матеріал і розрахунковий термін служби апарата. Розрахунковий термін служби апарата, якщо це спеціально не обговорено в технічному завданні на підставі статистичних даних приймається 10-15 років. Значення прибавки С_к у залежності від хімічної проникності середовища, виходячи з розрахункового терміна служби апарата 10 років, рекомендується вибирати відповідно до наступних даних

• Для стійких матеріалів у заданому середовищі з проникністю не більш 0.005 мм/рік Ск=0;

• Для матеріалів із проникністю більш 0.005 до 0.1 мм/рік, а також для стійких матеріалів у заданому середовищі при відсутності даних про проникність Ск=1.0 мм.

• Застосування матеріалів, проникність яких у заданому середовищі більш 0.1 мм/рік, варто уникати. У випадку ж використання таких матеріалів прибавка С_к визначається в кожному конкретному випадку по [3].

Прибавка С_э здебільшого не враховується. Враховувати такий вплив рекомендується в тих випадках, коли швидкість руху рідкого середовища більше 20 ^М/_С, а швидкість руху газоподібного - 100 ^М/_С і при наявності в середовищі абразивних твердих часток. Розмір прибавки береться з дослідних даних.

Прибавка С₀ приймається для округлення отриманої товщини до найближчого більшого розміру по сортаменту листового металу виходячи з ряду:

Сталь прокатна товстолистова 4; 5; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 26; 28; 30 мм. і т.д. через 2 мм.

Припустимий тиск в обичайці:

(5.6)