Расчет, монтаж, эксплуатация и ремонт выпарного аппарата

1. Расчет выпарного аппарата

1.1 Прочностные расчеты выпарного аппарата и его элементов

1.1.1 Конструктивный расчет греющей камеры

Определение количества трубок

,

где - средний диаметр трубок;

= 20 мм - наружный диаметр трубок,

= 16 мм - внутренний диаметр трубок,

= 3,5 м,

F = 539 м2 - площадь греющей камеры

Определение шага трубок

, но больше t = dн + 6

где dн = 20 мм - наружный диаметр трубок

Принимаем t = 28 мм.

Определение диаметра корпуса греющей камеры

=1600 мм

Принимаем D = 1600 мм

Уточнение количества трубок

Определение толщины корпуса

,

где D = 1600 мм - внутренний диаметр корпуса,

р = 0,03МПа - давление в межтрубном пространстве,

= 0,9 - коэффициент прочности сварного шва,

С = 1 мм - прибавка на коррозию,

= 132 МПа - допускаемое напряжение материала кожуха

Принимаем толщину корпуса S = 8 мм.

1.1.2 Проверочный расчет на прочность трубок и корпуса

Определение осевых усилий в корпусе и трубках греющей камеры Q, возникающих от температуры, обозначая Qt.



Площадь сечения трубок

,

где n - число трубок,

- наружный диаметр трубок,

- внутренний диаметр трубок

Площадь сечения корпуса

,

где - средний диаметр корпуса,

S - толщина стенки корпуса

,

где

,

,

б = бt = бk = 12· 10-6 1/0С - коэффициент линейного расширения корпуса и трубок,

tk = 100 0C - температура корпуса,

tt = 180 0С - температура трубок,

Е = Еt = Ek = 2· 105 МПа - модуль упругости для стали

Проверка прочности трубок и корпуса по условию прочности

Вывод о прочности трубок и корпуса

Условия прочности трубок не выполняются, а условие прочности корпуса выполняется, значит надо установить линзовый компенсатор.

Определение осевых усилий греющей камеры Q, возникающих от давления

,

где - давление в межтрубном пространстве,

- давление в трубном пространстве,

- внутренний диаметр корпуса,

- наружный диаметр трубок,

- внутренний диаметр трубок,

n - число трубок

Определение усилий, приходящихся на одну трубку qt и qp

Определение суммарного усилия, приходящегося на одну трубку q

q = qp + qt = 2222·6 + 22 = 2244· 106 Н.

1.1.3 Проверка необходимости установки линзового компенсатора

При значительных напряжениях в конкурсе необходима установка линзового компенсатора.

Определение коэффициента у, определяющего гибкость компенсатора

где - диаметр корпуса,

- отношение диаметра корпуса к диаметру компенсатора,

- толщина стенки линзы,

Е - модуль упругости материала,

- коэффициент, зависящий от (таблица 14 [2])

тогда = 0,43

Определение осевой силы Q при наличии компенсатора

1.1.4 Расчет толщины трубной решетки

Определение толщины трубной решетки

;

,

где = 1600 мм - внутренний диаметр корпуса греющей камеры,

= 0,03 МПа - давление в межтрубном пространстве,

= 0,045 МПа - давление в трубном пространстве,

= 152 МПа - допускаемое напряжение,

,

k1 = 0,6 - коэффициент определяется по таблице 12 [2].

здесь р - отношение жесткости труб к жесткости корпуса,

Выбираем максимальное значение S = 16 мм.

1.1.5 Проверка надежности крепления труб в трубной решетке

Для сварных соединений

где = 5 - катет сварного шва,

с = 1 мм - прибавка на коррозию,

= 0,9 - коэффициент сварного шва.

Вывод о прочности соединения труб и трубной решетки

Соединение надежное, т.к.

1.2 Расчет фланцевого соединения

1.2.1 Определение геометрических размеров основных элементов

фланцевого соединения

Расчетная температура элементов фланцевого соединения определяется по таблице 1.37

tф = 0,96t = 96 0С

tд = 0,95t = 95 0С

Допускаемое напряжение для материалов болтов определяется по таблице 1.38

,

.

Толщина S0 втулки фланца плоского приварного определяется по формуле (1.112)

S0 ? S

S0 = 5 мм

Высота втулки hв фланца плоского приварного определяется по формуле (1.115)

Диаметр болтовой окружности фланцев плоских приварных определяется по формуле (1.117)

где u = 46,

= 20 мм.

.

Наружный диаметр фланцев Dн определяется по формуле (1.119)

Наружный диаметр DН.П. прокладки определяется по формуле (1.120)

.

Средний диаметр DС.П определяется по формуле (1.123)

Количество болтов nб определяется по формуле (1.123)

,

где = 3,5· dб = 70

Высота (толщина) фланца h определяется по формуле (1.124) для плоских приварных фланцев Sэк = S0,

где = 0,5

1.2.2 Условие прочности фланцевого соединения

Определение нагрузок

Равнодействующая внутреннего давления FD определяется по формуле (1.127)

Реакция прокладки Rn определяется по формуле (1.128),

где = 4,75

Болтовая нагрузка Fб1 в условиях монтажа определяется по формуле (1.126)

где 15 ? b, b0 = b = 10

Определение коэффициента жесткости фланцевого соединения

Вспомогательные величины для определения коэффициента жесткости фланцевого соединения определяется по формулам:

а) линейная податливость прокладки уn определяется по формуле (1.129) [2]

,

где = 2· 105 МПа

б) угловая податливость фланца уф определяется по формуле (1.130) [2],

в) линейная податливость болтов уб определяется по формуле (1.132) [2]

где

Усилие, возникающее от температурных деформаций Ft определяется по формуле (1.137) [2]

где ,



Болтовая нагрузка в рабочих условиях фланцевого соединения определяется по формуле (1.136)

Условие прочности болтов определяется по формуле (1.140)

Вывод о прочности фланцевого соединения

- при 20 0С, т.е. в условиях монтажа

- при рабочей t, т.е. в условиях эксплуатации

При 20 0С условие прочности выполняется, т.к.

При рабочей температуре условие прочности выполняется, т.к.

1.2.3 Условие герметичности фланцевого соединения

Условие герметичности фланцевого соединения Q определяется по формуле (1.150)

где = 0,013 рад

- допускаемый угол поворота фланца, принимаемый для плоских фланцев,

Условие герметичности выполняется, так как

.

2. Монтаж, эксплуатация и ремонт выпарного аппарата

2.1 Монтаж оборудования

2.1.1 Транспортировка выпарного аппарата

Выпарной аппарат транспортируют на железнодорожных платформах отдельными блоками. При перевозке выпарного аппарата на железнодорожной платформе должны выдерживаться установленные габариты. Транспортирование аппарата внутри монтажной зоны или цеха осуществляется при помощи тельферов, мостовых кранов или электролебедок.

2.1.2 Монтаж выпарного аппарата

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией имеет большие габариты и вес и поставляются на монтажную площадку отдельными узлами или блоками, например:

- корпус греющей камеры;

- греющая камера;

- сепаратор;

- циркуляционные трубы;

- циркуляционный насос;

- обвязочные трубопроводы.

Опорные лапы у аппаратов этого типа расположены в верхней части. Аппарат как бы подвешен, а поэтому его монтаж целесообразно осуществлять методом подращивания.

Монтаж аппарата начинают с установки на место и выверки по осям и отметкам корпуса парового пространства. Особенно важно выдержать вертикальное положение аппарата, так как даже незначительный наклон аппарата приводит к перекосам и нарушению уплотнений в сальниковых компрессорах. Отклонение от вертикали оси аппарата не должно превышать 1 мм на 1 м высоты аппарата.

Далее монтаж производится в следующем порядке:

- производится подгонка и присоединение греющей камеры к установленному корпусу греющей камеры;

- устанавливаются циркуляционные трубы;

- устанавливается циркуляционный насос;

- устанавливаются задвижки на всасывающий и напорный патрубки насоса и компенсаторы;

- устанавливается сепаратор;

- монтируются обвязочные трубопроводы;

- устанавливаются предохранительные клапаны и контрольно - измерительные приборы.

При монтаже запорной арматуры особое внимание уделяется герметичности задвижек на трубопроводе подачи воды в аппарат, так как просачивание воды в аппарат во время его работы ведет к разбавлению раствора и препятствует выпадению из него кристаллов.

По окончанию монтажа аппарат и обвязочные трубопроводы подвергают гидравлическому испытанию при давлении, равном 1,5 рабочего. При этом давлении аппарат выдерживают в течение 5 минут, после чего давление снижают до рабочего и производят осмотр аппарата.

При монтаже большого количества однотипных аппаратов целесообразно изготовить приспособления для опрессовки отдельных блоков аппарата еще до установки их на место. Это значительно облегчает обнаружение и устранение дефектов.

Обычно выпарные аппараты поставляются заводом - изготовителем с временными картонными прокладками. Эти временные прокладки при монтаже заменяются постоянными, материал которых выбирается исходя из среды, давления и температуры, при которой работает аппарат.

Если аппарат имеет теплоизоляцию, при монтаже его необходимо соблюдать следующие дополнительные условия:

- длина патрубков должна быть такой, чтобы фланцевые соединения не попадали в слой изоляции;

- запертая арматура на аппарате должна устанавливаться так, чтобы изоляция не мешала ее обслуживанию;

- болты на штуцерах должны быть расположены гайкой в сторону аппарата, чтобы болт можно было вынуть, не нарушая изоляции.

2.1.3 Применяемые механизмы для монтажа и демонтажа выпарного аппарата

Такелажное оборудование и приспособления: домкраты, тали, лебедки, блоки, полипласты, инвентарные якоря, винтовые стяжки.

2.1.4 Испытания выпарного аппарата

Новые выпарные аппараты или аппараты, корпуса которых подвергались значительному ремонту, опрессовывают. Опрессовка с целью проверки прочности и плотности аппарата производится на пробное давление, величину которого устанавливают в зависимости от рабочего давления и указывают в паспорте или технологической карте. Наиболее распространена гидравлическая опрессовка, которая заключается в следующем: в аппарат нагнетают воду; заполнив аппарат, медленно повышают давление, пока оно не достигнет значения опрессовочного давления; при таком давлении аппарат выдерживают в течение 5 минут ,после чего давление медленно снижают до рабочего и приступают к осмотру корпуса, одновременно обстукивая сварные швы молотком массой 0,5 - 1,5 кг.

2.2 Эксплуатация выпарного аппарата

2.2.1 Правила эксплуатации

Приступая к работе, аппаратчик обязан принять аппарат от своего сменщика, тщательно осмотреть механизмы и убедиться в их исправности. Если при осмотре будут выявлены неисправности, то, не приступая к работе, аппаратчик обязан заявить об этом производственному мастеру, начальнику участка или цеха, которые силами ремонтного персонала должны их устранить. Работать на неисправном оборудовании запрещается.

За техническое состояние выпарного аппарата и за правильную его эксплуатацию в течение смены ответственность несет главный аппаратчик. Он должен хорошо знать инструкцию по эксплуатации аппарата.

Приступая к работе, аппаратчик должен освободить рабочее место от деталей, приспособлений и инструментов, не нужных при выполнении заданной работы.

Аппаратчик должен хорошо знать устройство выпарного аппарата и в случае необходимости производить регулирование отдельных его механизмов, если это не связано с разборкой и устранением обнаруженных неисправностей. До приобретения необходимых навыков аппаратчик может это делать только под руководством мастера или бригадира ремонтной бригады. Регулирование аппарата с разборкой механизмов и устранением неисправностей выполняет ремонтная бригада.

2.2.3 Неисправности и способы их устранения

Трещины корпуса выпарного аппарата ремонтируют заваркой. Осмотрев трещину (с применением лупы), устанавливают ее размеры. Поверхность корпуса в зоне трещины тщательно зачищают с внутренней и наружной сторон. На концах трещины просверливают отверстия для предотвращения ее распространения в длину. После засверловки трещину разделывают под сварку с помощью пневмомолотка и зубила или специального газового резака. Несквозные трещины разделывают односторонней вырубкой кромок на максимальную глубину по углом 50-600. Сквозные трещины или несквозные глубиной более 0,4 толщины стенки разделывают на всю толщину. При толщине стенки корпуса выпарного аппарата до 15 мм сварка ведется V - образным швом, при большей толщине стенки - Х - образным швом.

Сквозные тещины при значительном расхождении кромок, а также участки значительного износа, образовавшиеся в результате коррозии и эрозии, вырезают и на их место устанавливают заплаты. Необходимо, чтобы размер заплаты был больше размера поврежденного участка на 100 - 160 мм. Металл, из которого вырезают заплату, подбирают той же марки и толщины, что и стенка аппарата. При вальцовке заплаты радиус ее должен быть на 10% меньше необходимого, так как при сварке она распрямляется. Радиус вальцевания проверяют с помощью шаблона.

У прямоугольной заплаты углы закругляют (радиус закругления не менее 50 мм). Заплаты сваривают только встык.

При толщине заплат менее 20 мм их можно изготовлять выпуклыми.

Наиболее сложная операция при ремонте - замена изношенных обечаек и днищ аппаратов. Кромки поверхности аппарата и заменяемой детали зачищают перед сваркой до чистого металла на ширину 10 мм.

Сварку необходимо выполнять плавно, переходя от одного элемента к другому. Угол скоса элементов разной толщины должен быть не более 150. Сварка стыковых швов без предварительного уточнения более толстой стенки допускается, если разница в толщине соединяемых элементов не превышает 30% (но не более 5 мм).

Совместный увод кромок (угловатости) в швах должен быть не больше 10% толщины листа плюс 3 мм (но не более 5 мм).

При изготовлении и сборке обечаек применяют листогибочные вальцы и различные ручные стяжки и распорки.

Дефектные люки и штуцера удаляют с помощью газовой резки. Материал для изготовления нового люка, штуцера и укрепляющего кольца должен соответствовать проекту. Сначала приваривают штуцер или люк, а затем укрепляющее кольцо. В новом кольце необходимо просверлить сигнальное отверстие. Размеры кольца тщательно подгоняют, при этом желательно, чтобы диаметр его был больше диаметра старого и сварка производилась на новом месте. При ремонте укрепляющие кольца часто делают разъемными по диаметру на две половины.

В процессе ремонта выпарного аппарата возникает необходимость в чистке. Способы чистки трубок выбирают в зависимости от состава отложений и его количества.

При чистке механическим способом твердые отложения удаляют скребками или сверлом, закрепленным на конце вала. Вал приводят во вращение с помощью пневмомотора или электродвигателя через редуктор. Одновременно с механической чисткой трубок через полый вал подают пар или воду, которые уносят отложения.

Наиболее часто ремонт теплообменной аппаратуры заключается в частичной или полной замене дефектных трубок, а также связан с нарушением герметичности фланцевых соединений. Дефекты в трубках и неплотности в их вальцовочном соединении устраняют опрессовкой пучка трубок в корпусе со снятыми крышками.

2.3 Ремонт выпарного аппарата

2.3.1 Виды технического обслуживания, перечень работ

Техническое обслуживание - это комплекс работ, направленных на поддержание работоспособности или исправности оборудования при его хранении, использовании и транспортировании.

Наиболее распространены периодическое и регламентированное техническое обслуживание.

Периодическое техническое обслуживание - это обслуживание, проводимое через установленные в эксплуатационной документации значения наработки или интервалы времени.

Регламентированное техническое обслуживание - обслуживание, предусмотренное в нормативно - технической документации и выполняемое с периодичностью и в объеме установленными в ней независимо от технического состояния оборудования в момент начала технического обслуживания.

2.3.2 Виды ремонтов, перечь работ

Ремонт - это комплекс работ по восстановлению исправного состояния, работоспособности и ресурса оборудования.

Виды ремонтов: капитальный, текущий.

Текущий ремонт - комплекс работ, направленных на восстановление работоспособности оборудования путем замены или восстановления отдельных его частей.

Капитальный ремонт - выполняется для восстановления исправности и полного (или близкого к полному) восстановления ресурса оборудования с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые.

Перечень работ при текущем ремонте: очистка внутренней поверхности трубок греющей камеры, подвальцовка трубок, отглушение трубок (до 10%), замер толщины стенок корпуса, штуцеров. Испытания на прочность и плотность.

Перечень работ при капитальном ремонте: состав работ текущего ремонта, вытаскивание трубного пучка, очистка корпуса, трубного пучка от отложений, подвальцовка трубок, смена трубного пучка или части трубок, ремонт корпуса.

2.4 Технология ремонта корпуса греющей камеры при

капитальном ремонте выпарного аппарата

2.4.1 Дефектация выпарного аппарата (выявление и устранение

дефектов узлов или деталей)

Наименование узлов и деталей	Возможный дефект	Способ установления дефекта и контрольный инструмент	Рекомендуемый способ восстановления
Корпус греющей камеры	Трещины	Осмотр	Сварка трещин или установка заплат на место трещины
Корпус насоса	Деформация раковины	Визуальный осмотр, контроль на поверочной плите	Правка термическим или термомеханическим способом. При заделке раковин заваркой на глубину более 0,2 мм провести гидроиспытание (Р=1,0 МПа)
Рабочее колесо	Износ раковины. Статический дисбаланс. Снятие шпоночного паза	Визуальный осмотр. Измерение микрометром	Вмятины, раковины должны быть зачищены с плавным переходом к поверхности лопатки.
Вал ротора	Изогнутость, износ, смятие шпоночного паза, повреждение резьбы.	Визуальный осмотр. Измерение индуктором	Правка термическим или термомеханическим способом. Фрезерование паза. Наплавка и восстановление резьбы
Подшипники скольжения и уплотнения вала	Износ, раковины, вмятины. Ослабление посадки.	Визуальный осмотр. Измерение микрометром.	Раковины, вмятины устранить проточкой. При раковинах и вмятинах глубиной более 0,2 мм заменить втулки подшипника.

2.4.2 Карта ремонта греющей камеры выпарного аппарата

Обозначенная поверхность	Возможный дефект	Способ устранения дефекта	Номинальный размер по чертежу	Способ устранения дефекта	Технические требования к отремонтированной детали
1	Осмотр		Сварка заплаты		Места сварки зачистить заподлицо с основным металлом
2			Гидромеханическая чистка трубок
3	Осмотр		Замена или наплавка металла

2.4.3 Метод восстановления греющей камеры

Трещины корпуса греющей камеры выпарного аппарата можно отремонтировать сваркой. Осмотрев трещину (с применением лупы), устанавливают ее размеры. Поверхность корпуса в зоне трещины тщательно зачищают с внутренней и наружной сторон. На концах трещины просверливают отверстия для предотвращения ее распространения в длину. После засверловки трещину разделывают под сварку с помощью пневмомолотка и зубила или специального газового резака. Несквозные трещины разделывают односторонней вырубкой кромок на максимальную глубину по углом 50-600. Сквозные трещины или несквозные глубиной более 0,4 толщины стенки разделывают на всю толщину. При толщине стенки корпуса выпарного аппарата до 15 мм сварка ведется V - образным швом, при большей толщине стенки - Х - образным швом.

Сквозные тещины при значительном расхождении кромок, а также участки значительного износа, образовавшиеся в результате коррозии и эрозии, вырезают и на их место устанавливают заплаты. Необходимо, чтобы размер заплаты был больше размера поврежденного участка на 100 - 160 мм. Металл, из которого вырезают заплату, подбирают той же марки и толщины, что и стенка аппарата. При вальцовке заплаты радиус ее должен быть на 10% меньше необходимого, так как при сварке она распрямляется. Радиус вальцевания проверяют с помощью шаблона.

У прямоугольной заплаты углы закругляют (радиус закругления не менее 50 мм). Заплаты сваривают только встык.

При толщине заплат менее 20 мм их можно изготовлять выпуклыми.

При эксплуатации выпарного аппарата на внутренней поверхности трубок греющей камеры образуются твердые отложения. При чистке механическим способом твердые отложения удаляют скребками или сверлом, закрепленным на конце вала. Вал приводят во вращение в помощью пневмомотора или электродвигателя через редуктор. Одновременно с механической чисткой трубок через полый вал подают пар или воду, которые уносят отложения.

Для восстановления первоначальных размеров опоры и качества ее поверхности применяют наплавку. Механизированную и автоматизированную наплавку производят под слоем флюса толщиной 30 - 50 мм. Флюс предотвращает разбрызгивание и окисление расплавленного металла и формирует валик. Корку шлама, образовавшуюся от расплавленного флюса, отбивают ударами молотка, нерасплавившийся флюс используют вторично.