Вопросы для самопроверки

1. Что представляют собой фланцевые соединения, из какого материала их изготовляют?

2. От чего зависят конструкция и материал фланцев?

3. Какие бывают способы приварки фланцев к патрубкам?

4. Какие требования предъявляются к прокладкам?

5. Назовите основные материалы для изготовления прокладок.

6. Области применения прокладок.

Список использованной литературы:

1. Кузнецов А.А., Кагерманов С.Н., Судаков Е.М. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности, Л., Химия, 2004.

2. Капустин В.М., Рудин М.Г., Кудинов А.М. «Основы проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий» М., Химия, 2012 г.

3. Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин НПЗ” М., Машиностроение, 1987.

13. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. “Краткий справочник нефтепереработчика”, Л., Химия, 2004.

14. Генкин А.Е. “Оборудование химических заводов”, М. Высшая школа, 2006

15. Рудин М.Г., Арсеньев Г.А., Васильев А.В. “Общезаводское хозяйство НПЗ”, М., Химия, 2001

2. Практические занятия Практическое занятие №1. «Методы и последовательность расчета оборудования»

Цель: Ознакомление студентов со сравнительными характеристиками механического и технологического расчетов.

Изготовлению каждого аппарата или машины предшествует его проектирование (конструирование). В зависимости от значимости оборудования, его изученности, наличия типовых проектов или апробированных решений проектная организация проектиру­ет его в одну или две стадии. В подавляющем большинстве слу­чаев оборудование проектируют в одну стадию, при этом заказчи­ку выдается техно-рабочий проект, содержащий всю необходимую документацию (схемы, чертежи, сметы) для изготовления данного оборудования.

Оборудование, которое не имеет прототипа, мало изучено и играет определяющую роль в технологическом процессе, проекти­руют в две стадии. Первая стадия называется техническим про­ектом. На этой стадии решаются принципиальные вопросы и про­водятся укрупненные расчеты. Технический проект содержит под­робные разработки и конкретные решения конструкции оборудова­ния, что позволяет тщательно разработать и проанализировать проект и избежать возможных ошибок. На базе уточненного и утвержденного технического проекта составляют рабочие чертежи (вторая стадия проектирования).

Основными данными для проектирования обычно являются: производительность, режим работы, расходные нормы, условия нормальной работы, коррозионные и токсические свойства сырья и получаемых продуктов, а также требования техники безопасно­сти, характерные для данного процесса.

Производительность может быть задана по сырью, целевому продукту, полуфабрикатам, реагентам, тепло- и хладоносителям и т.п. Режимом работы предусматривается продолжительность работы непрерывно действующего оборудования или продолжи­тельность отдельных операций и циклов для периодически дейст­вующего оборудования. Некоторые данные, если они не заданы, находят расчетным путем, например выход целевого продукта или полуфабрикатов, если задано их качество.

Проектирование аппаратов и машин включает технологический и механический расчеты их.

Технологический расчет необходим для определения основных размеров оборудования, обеспечивающих оптимальный режим работы его. Для этого определяют массовые потоки перерабатываемых материалов, энергетические затраты, необходимые для осуществления процесса. Путем анализа кинетических закономерностей находят такие оптимальные условия процесса, при которых размеры оборудования минимальны. Например, при проектировании теплообменных аппаратов можно при различных размерах поверхностей теплообмена обеспечить равное количество передаваемого тепла за счет соответствующих скоростей движения теплообменивающих сред. Чем больше эти скорости, тем меньше требуемая поверхность теплообмена, но тем выше затраты энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, вызванных увеличением скорости. Поэтому при проектировании производится нескольких вариантов, чтобы был возможен выбор наиболее эффективных условий работы при наименьших затратах.

Технологический расчет оборудования проводят в определенной последователь-ности. Сначала на основе законов сохранения энергии составляют материальный и энергетический балансы.

Из закона сохранения массы выводится уравнение материального баланса:

(1.1)

G_н — масса исходных (начальных) материалов;

G_к —масса конечных продуктов;

G_н.п — масса необратимых потерь вещества.

Материальный баланс для непрерывных процессов составляется на единицу времени, а для периодических процессов — на одну операцию.

Соответственно из закона сохранения энергии следует уравнение энергетического (теплового) баланса:

(1.2)

- вводимое (начальное) тепло;

- тепло, уходящее из аппарата с продуктами (конечное);

- потери тепла в окружающую среду.

Вводимое тепло включает тепло, вносимое с исходными веществами, тепло, подводимое извне, и тепловой эффект физических или химических превращений. Тепловой эффект является положительной величиной, если процесс сопровождается выделением тепла, и отрицательной - если в ходе процесса тепло поглощается.

Материальный и тепловой балансы для удобства составляют в виде схем или таблиц, где указывают все статьи поступления и расхода. В случае сложных аппаратов материальный и энергетический балансы составляют для отдельных частей (участков) аппарата.

После составления материального и энергетического (теплового) балансов определяют движущую силу и скорость процесса, протекающего в аппарате, чтобы определить основные, определяющие размеры последнего.

Известно, что всякий процесс протекает до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия. Например, при контакте двух тел с разными температурами процесс завершится тогда, когда температура обоих тел станет одинаковой, т. е. наступит состояние равновесия. Разность температур теплообменивающихся тел является движущей силой процесса теплообмена. Чем больше разность, т. е. чем больше отличается состояние системы от условий, соответствующих равновесным, тем интенсивнее протекает процесс. Таким образом, степень отличия системы от разновесной представляет собой движущую силу процесса.

При расчете каждого аппарата необходимо определить движу­щую силу процесса исходя из величин, характеризующих рабочие и равновесные параметры. Связь между размерами аппарата, дви­жущей силой процесса и его скоростью можно выразить уравне­нием:

(1.3)

где М - количество передаваемого вещества или тепла;

F - поверхность, через которую они передаются;

- время, за которое осуществляется эта передача;

- движущая сила процесса;

К - коэффициент пропорциональности, характеризующий скорость процесса (выбирается на основании экспериментальных данных либо определяется расчетным путем).

Из уравнения (3) находят рабочую поверхность аппарата, обеспечивающую процесс при всех остальных заданных величинах, входящих в уравнение. Из этого уравнения можно также опреде­лить рабочий объем аппарата V, зная, что (где а — поверх­ность, приходящаяся на единицу объема аппарата).

При известном объеме среды, находящейся в аппарате в еди­ницу времени V_сек и линейной скорости движения среды в аппа­рате со можно найти площадь поперечного сечения аппарата:

(1.4)

Зная S, определяют линейные размеры поперечного сечения ап­парата исходя из формы сечения. Для цилиндрических аппаратов находят их диаметр:

(1.5)

Высоту или длину аппарата определяют из соотношения:

(1.6)

где V- рабочий объем аппарата; S- площадь поперечного сечения; H - высота (длина) аппарата.

Расчетную высоту (длину) аппарата уточняют в зависимости от размеров устройств, которые должны быть в нем размещены, а также с учетом необходимости проведения ремонтных работ и удобства обслуживания при эксплуатации.

При технологическом расчете аппаратов периодического действия необходимо учитывать время на подготовку процесса перед каждым циклом, то есть время, которое затрачивается на загрузку, выгрузку, промывку и другие вспомогательные операции, не имеющие прямого отношения к тому процессу, для которого предназначен аппарат.

Рабочий объем V периодически действующего аппарата определяют по формуле:

(1.7)

V_сут - суточная производительность аппарата или группы аппаратов, пред­назначенных для данного процесса;

- время технологического цикла, состоящего из собственно процесса и всех вспомогательных операций;

- коэффициент запаса производительности;

- коэффициент заполнения аппарата.

Коэффициент запаса производительности , учитывающий непроизводительные простои аппарата на ремонт, наладку и т. д., принимается равным 1,1—1,15.

Коэффициент заполнения обычно принимают равным 0,4 – 0,9. Нижний предел принимается для аппаратов с перемешивающими устройствами, а также для аппаратов, в которых возможно образование пены, верхний предел - для аппаратов, в которых поверхность среды относительно спокойная.

Если при расчете получился очень большой рабочий объем V, то, задавшись объемом одного аппарата V_а, определяют число необходимых для процесса однотипных аппаратов п:

(1.8)

Зная объем аппарата, нетрудно определить его размеры. Для этого задаются площадью сечения и определяют высоту (длину) аппарата или. наоборот, задавшись высотой (длиной), определя­ют площадь поперечного сечения и. следовательно, диаметр ап­парата.

Наряду с основными размерами аппарата в результате техно­логического расчета определяют или задают тепловой режим, рас­ход теплоносителей, потери напора, потребные мощности и другие параметры, без которых невозможно проектирование оборудова­ния.

Процессы, для которых проектируется оборудование нефтеперера­батывающих заводов, отличаются чрезвычайным разнообразием параметров. Основными эксплуатационными параметрами явля­ются температура, давление и физико-химические свойства сре­ды. Для технологического оборудования характерен непосредст­венный контакт со средами, поэтому при широком интервале па­раметров работы оборудования часто проявляется сильное агрес­сивное воздействие среды, зависящее от ее физического состояния и химических свойств.

Оборудование должно быть надежным и безопасным в экс­плуатации. Такие условия, как высокая производительность, по­вышенные взрыво- и пожароопасность среды, продолжительная непрерывная работа обусловили дополнительные требования к конструкции оборудования нефтеперерабатывающих заводов.

Оборудование считается надежным, если оно полностью соот­ветствует технологическому назначению в пределах заданных па­раметров работы, если исключена возможность нарушения цело­стности и рабочей пригодности всей конструкции, ее узлов и дета­лей и, следовательно, возможность аварий.

Автоматическое регулирование и поддержание заданного ре­жима технологического процесса, которое осуществляется в на­стоящее время повсеместно, в сочетании с разнообразными част­ными решениями (например, установка предохранительных клапанов, систем сигнализации и др.) обеспечивает работу обору­дования в строго определенных пределах параметров. Поэтому надежность оборудования обусловлена прежде всего его конст­рукцией и уходом за ним в процессе эксплуатации.

Надежность конструкции обеспечивается механическим расчетом, то есть расчетом на прочность оборудования в целом, его узлов и деталей. Для изготовления оборудования выбирают такие конст­рукционные материалы, свойства которых на протяжении установленного срока непрерывной эксплуатации не ухудшаются но сравнению с допускаемыми для каждого конкретного случая нормами.

Конструкция должна обеспечить наибольшую долговечность оборудования — продолжительность сохранения минимально допустимой надежности в условиях эксплуатации и принятой системы обслуживания (ухода и ремонтов). Однако при увеличении долговечности конструктивным путем (за счет увеличения толщины аппарата диаметра вала машины и т.д.) пли путем применения высококачественных конструкционных материалов повышается стоимость оборудования, а это не всегда целесообразно.

Следует помнить, что быстрое совершенствование технологических процессов в нефтепереработке требует частого переоснащения технических установок и целых комплексов. И тогда оборудование списывается не из-за потери надежности, а вследствие технологической, а иногда и конструктивной отсталости (вследствие промышленностью новой технологии процесса, новых конструкционных материалов и др.). Поэтому при установлении проектной долговечности следует исходить из перспективности технологического и конструктивного решения каждого вида оборудования.

Конструкция оборудования должна быть технологичной в изготовлении, удобной для транспортировки, монтажа и ремонта. Она должна быть максимально экономичной, что определяется прежде всего минимальным расходом конструкционных материалов, особенно дефицитных, дорогостоящих.

Только правильно проведенный расчет на прочность или жесткость может удовлетворить все требования, предъявляемые к конструкции оборудования.

После определения всех конструктивных размеров аппарата или машины составляют рабочие чертежи, по которым на машиностроительном заводе изготовляют данное оборудование. Несмотря на многообразие процессов и видов оборудования нефтеперерабатывающей промышленности, за последние годы проведена большая работа по унификации ряда аппаратов и машин, а также узлов и деталей к ним. Это значительно облегчило их проектирование и изготовление и повысило эффективность использования.

Задачи:

1.1 Определить основные размеры вертикального цилиндрического аппарата, если известно, что поперечное сечение аппарата 8 м. Суточная производительность периодически действующего аппарата равна 100 м³/сут. Время технологического цикла 20 часов. Коэффициент запаса производительности 1,13; коэффициент заполнения аппарата 0,7;

Решение:

1. Находим рабочий объем V аппарата по формуле 7:

2. Определим диаметр аппарата по формуле 5:

3. Находим высоту вертикального аппарата по формуле 6:

Ответ: Основные размеры вертикального цилиндрического аппарата следующие: диаметр 3,19м., высота 16,8 м.

1. 2. Определить основные размеры вертикального цилиндрического аппарата, если известно, что поперечное сечение аппарата 6м. Суточная производительность периодически действующего аппарата равна 350 м³/сут. Время технологического цикла 18 часов. Коэффициент запаса производительности 1,1; коэффициент заполнения аппарата 0,4;

1. 3. Определить основные размеры вертикального цилиндрического аппарата, если известно, что поперечное сечение аппарата 4,6м. Суточная производительность периодически действующего аппарата равна 22,00 м³/сут. Время технологического цикла 12 часов. Коэффициент запаса производительности 1,2; коэффициент заполнения аппарата 0,5;