Технология очистки газов от пыли. Выбор технологической схемы и размещения оборудования по очистке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Технологическая часть

1.1 Описание технологической схемы производства

1.2 Теоретические основы процесса теплообмена

1.3 Описание объекта разработки

1.4 Технологические расчёты

1.5 Конструктивные расчёты

1.6 Гидравлические расчёты

1.7 Выбор вспомогательного оборудования

2. Расчёты аппарата на прочность

3. Монтаж и ремонт аппарата

3.1 Монтаж апарата

3.2 Ремонт апарата

Список использованных источников

Приложение Спецификации к чертежам

Введение

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа, а также разрушающих аппаратуру. Очистка отходящих промышленных газов является одной из важных технологических задач большинства химических производств. Поэтому разделение газовых неоднородных систем относится к числу широко распространенных основных процессов химической технологии.В промышленности условиях пыль может образовываться в результате механического измельчения твердых тел (при дроблении, истирании, размалывании, транспортировке и т.д.), при горении топлива (зольный остаток), при конденсации паров, а также при химическом взаимодействии газов, сопровождающемся образованием твердого продукта. Получаемая в таких процессах пыль состоит из твердых частиц размерами 3-70 мкм (ориентировочно). Взвеси, образующиеся в результате конденсации паров (нефтяные дымы, туманы смол, серной кислоты и др.), чаще всего состоят из очень мелких частиц размерами от 0,001 до 1 мкм.Различают следующие способы очистки газов:

осаждение под действием сил тяжести (гравитационная очистка);

осаждения под действием инерционных, в частности центробежных сил;

фильтрование;

мокрая очистка;

осаждения под действием электростатических сил (электрическая очистка.

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологической схемы установки

Современная промышленная котельная установка представляет собой комплекс основного и вспомогательного оборудования. Выбор технологической схемы и размещение оборудования зависят от назначения установки, вида сжигаемого топлива, мощности и типа установленных котлоагрегатов и от других факторов.

Любая парогенерирующая установка, использующая твердое топливо, содержит парогенераторы, предназначенные для выработки пара, и вспомогательные устройства и оборудование, предназначенные для приема, разгрузки, хранения, подготовки и подачи топлива, подготовки и подачи в парогенераторы питательной воды, удаления шлака и золы, подачи воздуха, необходимого для горения, очистки и удаления образовавшихся при сжигании продуктов сгорания. Часть перечисленных устройств и оборудования размещается в специальном здании, другая часть - на открытой площадке в непосредственной близости от здания цеха.

В технологической схеме любой котельной установки по специальным каналам, трубопроводам и другим устройствам перемещаются потоки топлива, продуктов сгорания, воздуха, пара, воды, шлака и золы (при сжигании твердого топлива). Рассмотрим все элементы парогенерирующей установки, в последовательности движения перечисленных потоков.

Твердое топливо на территорию котельной установки доставляется железнодорожным или автомобильным транспортом. Затем оно разгружается и направляется на склад топлива или, пройдя предварительную обработку, подается в приемные устройства котлоагрегатов.

Систему всех устройств и механизмов, предназначенных для приема, разгрузки, перемещения, хранения и предварительной обработки топлива, называют топливным хозяйством. Схема топливного хозяйства и применяемое оборудование зависят от вида сжигаемого топлива.

Емкости, предназначенные для приема топлива, поступающего по топливоподаче к парогенераторам, называются бункерами. Бункера расположены в помещении, называемом бункерной галереей.

Из бункеров топливо специальными механизмами, называемыми питателями, направляется в мельницы. В мельницах происходит подсушка топлива и превращение его в пыль. Из мельниц пыль, пройдя через сепараторы, предназначенные для отделения готовой пыли от крупной, направляется в горелки. В горелках происходит перемешивание пыли с воздухом и подача ее в топку для сжигания. Тракт котлоагрегата от бункеров топлива до мельниц называют топливным, а от мельниц до горелок - пылевым.

Основным оборудованием установки является парогенератор, который содержит следующие элементы: топочную камеру с горелками, экранные и конвективные поверхности нагрева, пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Топочная камера предназначена для организации и завершения сжигания топлива, а также для передачи теплоты расположенным в ней поверхностям нагрева. Поверхности нагрева котлоагрегата в зависимости от способа передачи им теплоты принято разделять на лучевоспринимающие и конвективные. Лучевоспринимающие поверхности нагрева, расположенные непосредственно в топочной камере, называются экранами. Поверхности нагрева, в которых тепло от продуктов сгорания передается путем соприкосновения, называются конвективными.

Пароперегреватель предназначен для превращения сухого насыщенного пара в перегретый. Перегретый пар имеет большие температуры и энтальпию по сравнению с насыщенным при одинаковом с ним давлении.

Водяной экономайзер предназначен для подогрева питательной воды, поступающей в парогенератор. Нагрев воды в экономайзере осуществляется продуктами сгорания, покидающими парогенератор.

В воздухоподогревателе за счет теплоты продуктов сгорания осуществляется подогрев воздуха, используемого в процессе сжигания топлива. Воздухоподогреватель и водяной экономайзер принято называть хвостовыми поверхностями нагрева.

Систему ограждений топочной камеры и газоходов котлоагрегата от окружающей среды называют обмуровкой. Газоходами называют каналы, по которым перемещаются продукты сгорания. Под газовым трактом, или трактом продуктов сгорания, понимают все газоходы котлоагрегата, начиная от топки и кончая дымовой трубой.

Золоуловитель служит для очистки продуктов сгорания от мелкой летучей золы, выносимой за пределы топочной камеры и газоходов парогенератора при сжигании твердого топлива.

Дымосос осуществляет удаление продуктов сгорания из парогенератора и направляет их в дымовую трубу, по которой они выбрасываются в атмосферу.

Воздушный тракт котельной установки состоит из вентилятора, воздухоподогревателя и системы каналов. Вентилятор предназначен для подачи воздуха, необходимого для организации процесса горения, в топку. Система каналов, по которым вентилятор подает воздух, называется воздухопроводами.

Паровой тракт парогенератора содержит барабан с сепарационными устройствами, пароперегреватель с устройствами для регулирования температуры перегретого пара и паропровод для подачи пара к потребителям. В барабане парогенератора собирается пар, образовавшийся в экранных и конвективных поверхностях нагрева. В сепарационных устройствах происходит отделение капелек воды от пара перед поступлением его в пароперегреватель.

Для поддержания постоянного уровня в парогенераторе в него необходимо подавать воду в количестве, равном количеству выработанного пара.

Однако вода, поступающая из источника водоснабжения, перед подачей в парогенератор проходит очистку от механических примесей и химическую обработку. Химически очищенная вода и возвратившийся от потребителей пара конденсат направляются для дегазации в деаэратор. Деаэратор служит для удаления из воды растворенных в ней кислорода и углекислого газа. Из деаэратора вода забирается питательным насосом и по трубопроводам, называемым питательными линиями, подается в водяные экономайзеры парогенераторов. Нагревшись до определенной температуры, питательная вода из водяного экономайзера поступает в барабан парогенератора.

При сжигании твердого топлива образуются шлак и зола. Шлак выпадает в топке, а зола улавливается из продуктов сгорания золоуловителем. Для удаления шлака и золы за пределы здания служит система механизмов, называемая шлако-золоудалением.

Для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования, регулирования количества пара и воды, а также отключения отдельных трубопроводов котельная установка имеет предохранительную, регулирующую и отключающую арматуру.

Производственно-отопительные котельные дополнительно к оборудованию, описанному при рассмотрении предыдущей схемы, имеют устройства для выработки и подачи потребителям горячей воды. Для получения горячей воды, расходуемой на нужды теплоснабжения, в котельной установлен пароводяной бойлер. Пар в бойлер поступает из общего сборного коллектора котельной по специальному паропроводу. Сетевая вода подается в бойлер и систему теплоснабжения сетевым насосом. Подпитка тепловой сети осуществляется подпиточным насосом, забирающим воду из деаэратора, общего для системы теплоснабжения и питания парогенератора. Конденсат пара из бойлера поступает в деаэратор.

Тепловая схема котельных с водогрейными котлами имеет свои особенности. Однако основным преимуществом котельных с водогрейными котлами является их более низкая стоимость по сравнению с парогенераторами. Сложность тепловой схемы отопительных котельных с водогрейными котлами зависит от вида сжигаемого топлива и системы теплоснабжения (открытая или закрытая). При открытой системе теплоснабжения дополнительно устанавливаются баки-аккумуляторы деаэрированной воды, что усложняет тепловую схему отопительной котельной.

Водогрейные котлы в настоящее время преимущественно работают на мазуте и природном газе, хотя разработаны проекты и имеется опыт эксплуатации этих котлов на твердом топливе.

Рисунок 1.Общий вид технологической схемы

1.2 Теоретические основы процесса

Для тонкой очистки газов от пыли применяют мокрую очистку - промывку газов водой или другой жидкостью. Тесное взаимодействие между жидкостью и запыленным газом осуществляется в мокрых пылеуловителях либо на поверхности жидкой пленки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости (пленочные или насадочные скрубберы), либо на поверхности капель (полые скрубберы, скрубберы Вентури) или пузырьков газа (барботажные пылеуловители). Мокрая очистка газов наиболее эффективна тогда, когда допустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые твердые или жидкие частицы имеют незначительную ценность. Охлаждение газа ниже температуры конденсации находящихся в нем паров жидкости способствует увеличению веса пылинок, играющих при этом роль центров конденсации, и облегчает выделение их из газа. Если улавливаемые частицы находятся в высокодиспергированном состоянии и плохо или совсем не смачиваются водой, то очистка газа в мокрых пылеуловителях малоэффективна. В таких случаях для улучшения смачиваемости частиц и увеличения степени очистки к используемой жидкости добавляют поверхностно - активные вещества. Для повышения экономичности мокрой очистки и извлечения уловленных вредных или ценных веществ воду либо другую промывную жидкость вместе со шламом направляют из пылеуловлителей в отстойники для осветления и последующего ее использования. Если одновременно с очисткой требуется охлаждение газа, то промывную жидкость предварительно охлаждают в градирнях или холодильниках.

Наиболее существенным недостатком мокрой очистки газов является образование большого количества сточных вод (шламов), которые вызывают коррозию аппаратуры и должны подвергаться дальнейшему разделению или очистке.

Мокрую очистку газов производят в гидравлических пылеуловителях: скрубберах (насадочных, центробежных, струйных) и механических газопромывателях со смоченными поверхностями. Из новых конструкций представляют интерес шаровые пылеуловители, обладающие рядом преимуществ по сравнению с распространенными типами механических газопромывателей со смоченными поверхностями. Аппараты шаровидной формы наименее металлоемки. В таких аппаратах обеспечивается хорошее распределение газа по рабочему сечению и уменьшенные потери давления газа; шаровидная форма позволяет удачно расположить основные рабочие элементы.

Параметр инерционного осаждения St, часто называемый просто критерием Стокса или числом Стокса, характеризует отношение инерционной силы, действующей на частицу, к гидравлической силе сопротивления среды и численно равен отношению расстояния, проходимого частицей с начальной скоростью v в спокойном воздухе до остановки, к характерному размеру обтекаемого цилиндра (а). Коэффициент инерционного захвата частиц:

(1)

При нормальных условиях взвешенные в газе частицы субмикронного размера за счет неуравновешенных ударов молекул газа совершают скачки, в результате которых возникает их хаотичное движение. Эффективность захвата определяется за формулой:

(2)

где А -- коэффициент, r- радиус частиц.

1.3 Описание конструкции проектируемого аппарата

Сепаратор-пенопромыватель предназначен для очистки газа с целью выброса его в атмосферу.

Сепарационный блок устанавливается в составе котельной установки, с целью очистки газа от пыли.

Сепаратор - вертикальный аппарат, состоящий из корпуса 1 в котором расположен сепарирующий элемент 3 днища и крышки 2, установленный на опору 4.

Аппарат снабжен штуцерами для входа 6 и выхода газа 5, входа и выхода жидкости 9, дренажа 8, контроля и замера параметров, а также двумя люками 7, что обеспечивает возможность обслуживания и замену тарелок

Для поддержания режима и контроля работы блок очистки газа снабжен средством КИПиА (указателями уровня, термометрами, датчиками уровня, сигнализаторами перепада давления).

Рисунок 2. Общий вид аппарата

1.4 Технологические расчеты

Определить основные размеры пенного газопромывателя для очистки от пыли 6000 /ч газа приС. Запыленность газа на входе в аппарат: 42 грамма /

Решение. Поскольку скорость газа в полном сечении аппарата является основным фактором, от которого зависит хорошее пенообразование и, следовательно, эффективность очистки, важно правильно выбрать расчетную скорость. Верхним пределом допустимой скорости газа является такая его скорость, при которой резко усиливается унос воды в виде брызг. По экспериментальным данным в газопромывателях, имеющих слой пены высотой 30-100 мм, струйный прорыв газа, вызывающий разрушение пены и сильный брызгоунос, начинается при скоростях газа в полном сечении аппарата (под решеткой) от 2,7 до 3,5 м/с.

Чем выше слой пены на решетке и чем больше свободное сечение решетки, тем большая скорость газа возможна без брызгоуноса. Уменьшение диаметра отверстий (при сохранении постоянного свободного сечения решетки) также способствует уменьшению брызгоуноса. Обычно верхним пределом является скорость газа под решеткой ~ 3 м/с. [1]

Нижним пределом скорости газа для пенного аппарата является такая скорость, при которой сильно уменьшается пенообразование.

Для пенных газопромывателей с большим свободным сечением решетки и большим диаметром отверстий нижним пределом является такая скорость газа, при которой большая часть жидкости протекает через отверстия, в результате чего высота пены становится ничтожно малой. Для обычных условий нижним пределом расчетной скорости можно считать 1 м/с.

Примем среднюю скорость газа w = 1 м/с. [1]

Определяем площадь поперечного сечения аппарата:

f = ; (3)

f== 1,67

(4)

Принимаем D=1.4 м

Уточняем скорость газа в пенном гназопромываетеле

Входная концентрация пыли в газе:

с_вх=0.042 кг/м³

Учитывая насыпную плотность пыли, при заданной степени очистки концентрация пыли в газе после газопромывателя определяется по формуле:

= (1-) = 0,0042 (1 - 0,99) = 0,000041 кг/ (5)

Количество улавливаемой пыли:

= ( - ) = 6000 (0,0042 - 0,000041) = 11,77 кг/ч (6)

Если известна концентрация суспензии с = Т: Ж (в кг/кг), то утечка , т.е. объем воды, необходимый для образования суспензии (в /ч), определяется по уравнению:

 = (7)

где К - коэффицент распределения пыли между утечкой и сливной водой, выраженный отношением количества пыли, попадающей в утечку, к общему количеству уловленной пыли; обычно К = 0,6: 0,8;

G_ул - количество улавливаемой пыли.

Концентрация пыли отнесена к объему газа перед аппаратом приведенному к нормальным условиям. Она незначительно отличается от запыленности газа (в кг/) после аппарата, так как количество газа после апарата увеличивается на 1 - 2 % за счет испарения воды в газопромывателе.

Концентрация суспензии, как правило, находится в пределах отношения Т: Ж = (1: 5): (1: 10). [1] Получение суспензии с Т: Ж >1: 5 может вызвать забивание отверстий решетки (особенно мелких). Получение суспензии с Т: Ж<1: 10 нерационально ввиду ее слишком больших объемов.

с = 1: 8= 0,125кг/кг и К = 0,7.

Тогда

==0,0659/ч

На всю решетку или

0,0659/2 = 0,033/ (/ч) на 1 решетки.

Коэффицент запаса ~1,5

^/= 1,5 0,033 0,0495 /ч

Количество сливной воды определяется по формуле: = ib

= 0,67^.2 =1,34/ч

Общий расход воды:

L = 0,1 +1,34 = 1,44 /ч

Удельный расход воды:

= =0,24 / газа

Утечка составляет от общего расхода воды L:

= 100 = 45 %

Согласно [1] принимаем скорость газа в отверстиях такрелки = 5,5м/с

Отношение площади свободного сечения решетки к площади сечения аппарата f составит:

= = = 0,2 (8)

z = 0,95 - коэффицент, учитывающий, что 5% площади свободного сечения занимают опоры решетки, переливные стенки и т.д. [1]

При разбивке отверстий решетки по шестиугольнику с шагом t заштрихованная площадь:

S = tx = t 2 = 1,73 (9)

На эту площадь приходится два отверстия диаметром . Площадь отверстий:

= 2 0,785 (10)

Отношение / S должно составлять 0,2:

= 0,2

Откуда

t = (11)

При диаметре отверстий = 5мм

t = = 10,7 11мм

Коэффициент скорости пылеулавливания

= = = 4,5м/с (12)

Связь между коэффициентом и высотой слоя пены Н при улавливании гидрофильной пыли со средним размером частиц 15 - 20 мкм выражается эмпирической формулой:

Н = - 1,95w + 0,09 = 4,5 - 1,95^.1,08 + 0,09 = 0.1м (13)

С другой стороны, для пылеуловлителей

Н = 0,806 (14)

где - высота исходного слоя воды на решетке, м.

= + h (15)

Высоту порога (в мм) можно рассчитать по формуле:

= 2,5 - 7,5 (16)

В нашем случае: w = 1,08 м/с, i= 1/ (мч)

Тогда высота порога:

= 2,5 13 - 7,5= 25 мм

Для обеспечения работы аппарата при колебаниях его режима примем высоту порога 30 мм.

Общая высота газопромывателя складывается из высот отдельных частей его: надрешеточной , подрешеточной и бункера . Эти высоты определяются конструктивно: - в зависимости от брызгообразования и размеров брызгоуловителя, - в зависимости от конструкции подвода газа, - в зависимости от свойств суспензии.

Предельная скорость газа в тарельчатом

где с - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости; с=0,075

Принимаем согласно рекомендаций [1], стр. 356

Расстояние между тарелками: 1200 мм.

Принятая скорость 1,08 под тарелкой удовлетворяет условию брызгоуноса жидкости.

Принимаем размера сепарационной части: 1200 мм

Высоту кубовой части: 2500 мм.

Тога высота аппарата: Н=1200+1200+2500=4900 мм.

Диаметр штуцеров

Принимаем диаметр штуцеров подвода газа и штуцер выхода очищенного газа одинаковым в виду сравнительно небольшой разности:

(17)

где V - объёмный расход газа

где щ - средняя скорость потока [3, табл. 1.1].

м.

Принимаем трубу D_у= 400 мм, материал сталь 09Г2С.

Определяем диаметр патрубков штуцера отвода жидкости:

(18)

где V_ж - количество жидкости, м/с;

- скорость течения жидкости в трубопроводе, = 1,5 м/с .

Количество жидкости:

V_ж=

где с - плотность жидкости, кг/м³.

V= 1,44 м³/ч.

м.

Принимаем трубу Д_у = 50. Материал сталь 20.

1.6 Гидравлический расчет

Падение давления на выходе и входе аппарат:

,

где - коэффициент сопротивления входного участка, = 1,0;

- коэффициент сопротивления выходного участка, 0,5;

W_г - скорость газа в штуцерах;

с_г - плотность газа, кг/м.

Находим скорость газа в штуцерах по формуле имеющей вид:

,

где d_г - внутренний диаметр штуцера газа. Принимаем равным 0,5 м.

- объемный расход среды через трубопровод

= 6,3 м/с.

Подставляем известные значения в формулу (1.28)

= 0,0025 МПа.

Падение давления на решетке

,

где - коэффициент сопротивления решетки;

W_п - скорость газа в отверстии, W_п = 5.5м/сек.

=0,018 МПа;

Находим падение давления в аппарате

,

где б - коэффициент учтенных потерь, б = 1,1.

= 0,183 МПа.

1.7 Выбор дополнительного оборудования

Расчет объема и размеров сборника жидкости.

Секундный объем жидкости поступающей в аппарат равен: 1,44 м³/час

Для обеспечения стабильной работы установки рассчитываем объем емкости из расчета полного ее заполнения за 3 часа для компенсации возможных сбоев . Необходимый объем емкости будет равен:

V = 1,44 ·3 = 4,32 м³;

Выбираем стандартную емкость Е-5-1600-1-2

Выбор насоса

Произведем выбор насоса для подачи жидкости в аппарат

Фактическая скорость в трубопроводе при Dу=50мм:

щ=4V/(рd²),

щ=4^.1,44/ 3,14^.0,05 ² =0,66 м/с

Принимаем, что коррозия трубопровода незначительна. Определим потери на трение и местные сопротивления .

R_e =щdс/м,

R_e =0,66^. 0,05^. 900/0,0003=99000

Принимаем по [3] абсолютную шероховатость равной :

Д=2^. 10^-4 м , тогда :

e=Д/d=2^. 10^-4 /0,05=0,004

Далее получим:

10/е=10/0,004=2500,

560/е=560/0,004=140000

10/е <Re< 560/е,

2500<99000<140000.

Таким образом расчет ведем для зоны смешанного трения:

л-коэффициент трения,

,

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений :

Для всасывающей линии :

1.Вход в трубу (принимаем с острыми краями ) [2]: ж₁=0,5;

2.Прямоточные вентили [2], при D_у=50, ж ₂=0,79 , поправочный коэф.

при Rе=99000 , К=0,9 ,

ж ₂=0,79^. 0,9=0,711

3.Отводы : коэф. А=1,0, В=0,06 ,[2]

ж ₃=АВ=0,06

Сумма коэф. местных сопротивлений во всасывающей линии:

? ж= ж ₁ + 2ж ₂ +4ж ₃ =0,5+2^. 0,711+4^, 0,06=2,146

Потерянный напор во всасывающей линии :

где lm- длина трубопровода ,lm=25м.

Для нагнетательной линии:

1.Отводы: ж ₁=0,06;

2.Нормальный вентиль: ж ₂=4,5;

3.Выход из трубы: ж ₃=1.

Сумма коэф. местных сопротивлений в нагнетательной линии:

?ж=2ж ₁ +ж ₂ +ж ₃ =2 ^. 0,06+4,5 +1=5,74

Потерянный напор в нагнетательной линии:

Общие потери напора:

п=hп.вс+hп.н=0,37+0,45=0,82м

Напор насоса,

,

где Р₁- давление в емкости Р₁=0,1^. 10⁶ Па;

Р₂- давление в колонне

Р₂=0,16^. 10⁶ Па ;

Нг- геометрическая высота подъема жидкости ,

Нг=12м.

Н=(0,16^. 10⁶ -0,1^. 10⁶ )/(900^. 9,81)+12+1,69=13,5м

Выбираем насос Х8/18 с основными параметрами:

· расход 2,4*10^-3м³/с;

· напор 14,8м;

· частота 48,3об/мин; КПД 0,4%; Электродвигатель типа А02-31-2.

2. Проектно - конструкторская часть

2.1 Выбор конструкционных материалов

Выбор конструкционных материалов производится на основании условий эксплуатации конструируемого аппарата: температуры, давления, концентрации рабочих сред, скорости коррозии метала в среде и т. д. При этом учитываются также возможные изменения условий проведения процесса при движении материальных потоков и связанные с ним изменения механических свойств материала.

Для изготовления оборудования допускается применять материалы выплавленные мартеновским или электродувным (ОСТ 26-291-94) способами в виде листового и фасонного поката, труб, специальных поковок и отливок.

Конструкционные материалы должны быть:

- химически и коррозионностойкими по отношению к перерабатываемой среде;

- технологическими (обладать хорошей свариваемостью, возможностью обрабатываться всеми видами механической обработки, деформироваться как в холодном, так и в горячем состоянии);

- обладать хорошими прочностными и пластическими свойствами в рабочих условиях;

- быть экономичными.

Количество, химический состав и механические свойства материалов должны отвечать требованиям стандартов и ТУ и подтверждены сертификатами завода - изготовителя.

При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Вместе с тем следует учитывать межкристаллитную, точечную коррозию, коррозионное растекание, которым подвергаются некоторые материалы в агрессивных средах. Учитывается расчетная температура стенки аппарата, сосуда или машины, а также, если эта температура является положительной или отрицательной для географического региона установки оборудования. При этом следует иметь в виду, что прочностные свойства всех материалов с возрастанием температуры понижаются, а с уменьшением - увеличиваются.

В связи с тем, что блок очистки газа работает в среде неагрессивных газов и температура окружающей и рабочей среды от -20 до 40⁰С принимаются стали:

1) 09Г2С для изготовления обечаек корпуса и емкости, днищ, опор, заглушек. Сталь технологична, хорошо сваривается всеми видами сварки, хорошо деформируется, хорошо обрабатывается;

2) для изготовления штуцеров применяем сталь 10Г2;

3) Ст3пс4 для изготовления рассекателя, решеток, перегородки в емкости. Эту сталь рекомендуется применять для изготовления элементов химической аппаратуры не связанных с химически активными средами, в температурном интервале -30 до 380⁰С;

2.2 Расчет на прочность, жесткость и устойчивость

Расчет толщины стенки обечайки, работающего под внутренним избыточным давлением.

Толщина стенки обечайки определяется по формуле:

; (2.1)

где Р - расчетное внутреннее избыточное давление, Р = 0,1 МПа;

D - внутренний диаметр обечайки, мм. D = 1,400 мм;

- коэффициент прочности продольного сварного шва; =1,0.

- допускаемое напряжение при расчетной температуре t= 140⁰С;

= min (у_T / n_T ; у_В / n_B ); (2.2)

где G_T , G_В - максимальное значение предела текучести и предела прочности при расчетной температуре, МПа.

у_T = 296 МПа, у_В = 437 МПа.

n_T, n_B - коэффициент запаса прочности по пределу текучести и прочности. n_T = 1,5; n_B = 2,4.

Материал сталь 09Г2С ГОСТ 5520-79.

[у] = min = min = 182 МПа.

= 0,00285 м.

Находим требуемую толщину стенки корпуса по формуле:

S = S_р + С; (2.3)

где С - сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, мм.

С = С₁ + С₂; (2.4)

где С₁ - прибавка для компенсации коррозии, эрозии, мм.

С₂ - прибавка для компенсации минусового допуска на толщину стенки обечайки, С₂ = 0,8 мм.

Согласно ДСТУ 3.17.19.-2000 минимальная толщина стенки должна соответствовать условию S_min=(D/1000)+2.5 S>S_min

Согласно требованиям принимаем 4,5 мм.

С = 0,8 + 0,8 = 1,6 мм.

Рисунок 2.1 - Расчётная схема определения толщины стенки аппарата

Подставляем в формулу (2.3):

S= S_р + С = 2,85 + 1,6 = 4,45 мм;

S` S (2.5)

Принимаем толщину стенки S` = 6 мм с учетом прибавок.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для обечайки:

Р = (2.6)

Р = = 0,85 МПа;

Условие выполняется: 0,1 МПа 0,85 МПа.

Расчет толщины стенки выпуклого днища, работающего под внутренним избыточным давлением.

Рисунок 2.2 - Расчётная схема определения толщины стенки днища

Материал сталь 09Г2С.

Находим расчетную толщину стенки днища:

S_p =; (2.7)

где Р - расчетное внутреннее избыточное давление, Р = 0,1 МПа;

R - для стальных эллиптических днищ, R = D = 1400 мм;

Н - высота выпуклой части днища, Н = 800 мм;

ц - коэффициент прочности сварного шва.

После подстановки значений в формулу (2.7) получим:

S_p = = 0,385 мм.

Требуемая толщина стенки днища находится по формуле:

S'=S_P + с; (2.8)

где с - сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, мм.

с = с₁+с₂ +с₃ (2.9)

где с₁ - прибавка для компенсации коррозии, эрозии, мм.

с₂ - прибавка для компенсации минусового допуска на толщину стенки обечайки, С₂ = 0,8 мм.

с₃ - прибавка технологическая, мм.

с₃ = 0,15•S = 0,15•0,385 = 0,042 мм;

с = 2 + 0,8 + 0,032 =2,842 мм.

Подставляем в формулу (2.8)

S' = 0,385 + 2,842 = 3,227 мм.

Принимаем толщину стенки днища S= 6 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяем по формуле:

[Р] = = 0,9 МПа;

Условие Р ? [P] выполняется.

Условия применения расчетных формул:

0,002?0,1 0,002

0,2 0,2

Условия выполняются.

Расчет укрепления отверстия корпуса.

Наибольший расчетный диаметр отверстия не требующего дополнительного крепления определяется по формуле:

; (2.10)

где S - исполнительная толщина стенки обечайки, S = 6 мм;

S_р = расчетная толщина стенки обечайки, S_р = 0,00285 мм;

С - сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки,С=1,6 мм.

D_р - внутренний диаметр укрепляемого элемента для цилиндрических обечаек, D_р = D= 500 мм.

Рисунок 2.3 - Расчетная схема укрепления отверстия в цилиндрическом корпусе с помощью штуцера и накладного кольца

Подставим известные значения в формулу

= 837 мм;

Расчетный внутренний диаметр отверстия находим по формуле:

d_р = d + 2С_S; (2.11)

где d - внутренний диаметр штуцера;

С - сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера;

С_S = С₁ + С₂ = 2 + 1,44 = 3,44 мм;

d_p = 490 + 2 мм.

Необходимость укрепления отверстия:

d_p > d₀ - укрепление не требуется.

Расчетная толщина стенки штуцера находится по формуле:

S_р = (2.12)

где [у]₁ - допускаемое напряжение материала штуцера при расчетной температуре t = 80⁰C

= min ; (2.13)

[у]₁= min= min [156; 165] = 156 МПа.

S_р = = 8,7 мм.

Расчет и выбор опоры аппарата

Массу корпуса аппарата определяют по формуле:

m (2.14)

где с - плотность стали 09Г2С, с = 7800 кг/м

А_ц - боковая поверхность цилиндрической части, м;

G_д - масса крышки (днища) 808,6б кг;

s,s - соответственно толщины стенки цилиндрической обечайки сосуда, s= s= 6 мм.

Определяем боковые поверхности цилиндрической обечайки по формуле:

А (2.15)

где D - внутренний диаметр аппарата, D = 1,4 м;

Н_ц - высота цилиндрической части аппарата,

Н_ц = Н_патр +5·d_шт +h_е = 1,2+0,5·5+0,2 = 3,9 м.

А_ц = 3,14?1,4?3,9 = 18,6 м².

Тогда масса корпуса составит:

m кг.

Масса штуцеров и люков принимается из расчета 10% от массы корпуса.

m_шт = 0,1?7005 = 700,5 кг

Общая масса пусто сепаратора

m_a = m_k + m_шт + n?m_ф (2.16)

где n - количество фильтр-патронов.

m_a = 7005+700,5 + 61?2 = 7822,5 кг.

Определим вес пустого аппарата:

Р_а = m_a?g (2.17)

P_a = 7822,5?9,81 = 76648 Н = 0,076 МН.

Определим вес среды в аппарате при гидро-испытании

(2.18)

где с_ср - плотность среды, для воды с = 1000 кг/м.

V_а - объём аппарата,

м.

Р_ср = 1000?9,04?1,4²?9,81 = 227026,94 Н. = 0,23 МН

Общий вес аппарата:

Р = Р_а + Р_ср (2.19)

Р = 0,078 + 0,23 = 0,308 МН.

Выбираем цилиндрическую опору 3-1400-0,63-0,32-600-1600 АТК 24-200,04-90 (рисунок 3.1).

На основе расчётных параметров с учётом требований нормативно - технической документации были разработаны сборочный чертёж аппарата и сборочные чертежи узлов.

3. Монтаж и ремонт аппарата

3.1 Монтаж проектируемого оборудования

Сепаратор относится к аппаратам вертикального типа, он должен поставляться на монтажную площадку в максимально готовом виде. Если перевозка полностью собранного аппарата не представляется возможной, его поставляют максимально крупными блоками или отдельными деталями. Во всех случаях завод-изготовитель до отправки на монтажный участок должен произвести контрольную сборку аппарата, нанести на все сопряжения сборочные оси и контрольные риски.

В зависимости от грузоподъемности имеющихся подъемных приспособлений на монтажной площадке производят сборку аппарата из деталей и блоков или укрупнение блоков. Если аппарат можно поднять на фундамент полностью в собранном виде, то после сборки в горизонтальном положении к нему приваривают все обслуживающие металлоконструкции (площадки, лестницы, иногда лестничные клетки), устанавливают запорную арматуру и трубопроводную обвязку и наносят теплоизоляцию. Для выполнения перечисленных работ сепаратор несколько приподнимают и укладывают на опоры (козлы), изготовленные из профильной стали или труб.

Трубопроводная обвязка и металлоконструкции, поднимаемые вместе с аппаратом, должны быть жестко соединены с ним. Если рабочим проектом такая жесткость не обеспечена, при монтаже предусматривают временные хомуты, пояса, кронштейны, которые после установки аппарата в проектное положение снимаются.

Согласно инструкции, аппарат поднимают на фундамент после опрессовки и спуска из него опрессовочной жидкости. При подъеме отдельных блоков в зависимости от выбранного способа монтажа разрабатывают конкретную технологию производства работ, предусматривающую максимальное сокращение объема работ, проводимых на высоких отметках.

Сборочная площадка оснащается стендами, кантователями, сварочными автоматами, подъемно-транспортными механизмами. Здесь производят сборку аппарата из готовых блоков либо сборку крупных блоков из узлов или деталей. Как уже говорилось, сепараторы собирают в горизонтальном положении. Для этого отдельные блоки (части цилиндра) укладывают на сборочные стенды с вращающимися катками. Число опор под каждой стыкуемой частью выбирают в зависимости от массы и сечения аппарата.

Прежде чем приваривать крышку в корпус устанавливаются фильтрующие патроны.

Стыкуемые части аппарата подтягивают друг к другу трубоукладчиками или тракторами. Для совпадения стыков по всему периметру к кромкам одной из стыкуемых частей приваривают восемь и более направляющих планок, которые после прихватки стыка короткими сварными швами срезают газокислородной резкой. Подобные направляющие планки используют и при установке одного блока на другой в вертикальном положении (при монтаже блоками). Стыковку производят строго по заводским контрольным рискам или кернам, нанесенным на корпусах, которые тщательно совмещают, а также по маркировке на деталях. Отклонения размеров стыкуемых участков должны быть в пределах допустимых норм: смещение кромок в кольцевых швах не должно превышать 10% толщины листа аппарата, а в случае двухслойной стали должно быть не более толщины плакирующего слоя. Подгонку стыков, например местным подтягиванием, раздачей, надсадкой, производят инструментами и приспособлениями, применяемыми на машиностроительных заводах: винтовыми струбцинами, стяжными клиньями и др.

Технология сварки (способ и режим сварки, порядок наложения швов и термообработки) приводится в проектной документации завода-изготовителя. Участок территории, где производится сварка, должен быть защищен от атмосферных осадков и ветра для предотвращения загрязнения шва. Желательно сварку производить на роликовом стенде, на раме которого устанавливают один или два сварочных автомата. Для сварки внутреннего шва один автомат размещают внутри аппарата.

После завершения сварки окончательно проверяют все размеры собранного аппарата, которые должны быть в пределах допусков. Корпуса ответственных аппаратов должны удовлетворять следующим требованиям: отклонение длины не должна превышать 0,3% от проектной; величина кривизны образующей цилиндра на участке 1 м должна быть не более 2 мм, а для аппарата высотой, превышающей 10 м, -- не более 3 мм. В процессе укрупненной сборки блоков на монтажной площадке приходится монтировать часть внутренних устройств, а иногда и все внутренние устройства. Для этого внутреннюю поверхность аппарата тщательно очищают от посторонних предметов, окалины. Затем аппарат путем кантовки или вращения вокруг собственной оси устанавливают в положение, обеспечивающее наиболее легкий доступ внутрь через люк и наиболее простое определение базовых сборочных размеров.

Технология подъема аппарата является составной частью проекта проведения монтажных работ. Проектом предусматривается подробная схема подъема: указываются места установки мачт или кранов, их положения на различных этапах подъема, расположение расчалок, лебедок, отводных тросов, полиспастов и т. д. В этом же проекте приводятся технические характеристики всех подъемных средств.

Выверка и крепление аппарата к фундаменту.

Проверка на вертикальность производится с помощью теодолитов, которые устанавливают в двух взаимно перпендикулярных " плоскостях, проходящих через ось выверяемого аппарата. Чтобы избежать ошибок, желательно производить проверку в таких условиях, когда исключена возможность одностороннего нагревания стенок корпуса аппарата солнечными лучами.

Проверка высоты расположения опорной плоскости аппарата производится нивелиром от нанесенной на фундаменте нивелиром ноль отметки.

Аппарату придают нужное положение, подкладывая под его опорную поверхность стальные подкладки, после чего прикрепляют к фундаменту фундаментными болтами. Зазоры между фундаментом и опорной поверхностью аппарата заполняют цементным раствором.

3.2 Ремонт оборудования

Для поддержания сосуда в исправном состоянии владелец сосуда обязан своевременно проводить (в соответствии с графиком) его ремонт. При ремонте должны выполняться требования по технике безопасности, изложенные в отраслевых правилах и инструкциях.

Ремонт с применением сварки сосудов и их элементов, работающих под давлением, должен проводиться по технологии, разработанной предприятием-изготовителем, конструкторской или ремонтной организацией до начала выполнения работ, а результаты ремонта должны заноситься в паспорт сосуда.

Ремонт сосудов и их элементов, находящихся под давлением, не допускается. До начала производства работ внутри сосуда, соединенного с другими работающими сосудами общим трубопроводом, сосуд должен быть отделен от них заглушками или отсоединен. Отсоединенные трубопроводы должны быть заглушены.

Применяемые для отключения сосуда заглушки, устанавливаемые между фланцами, должны быть соответствующей прочности и иметь выступающую часть (хвостик), по которой определяется наличие поставленной заглушки. При установке прокладок между фланцами они должны быть без хвостика.

При работе внутри сосуда должны применяться безопасные светильники на напряжение не выше 12В, а при взрывоопасных средах - во взрывобезопасном исполнении. При необходимости должен быть произведен анализ воздушной среды на отсутствие вредных или других веществ, превышающих ПДК.

На предприятиях химической промышленности объектами ремонта являются здания, сооружения, все виды оборудования и транспортных средств. При централизованной системе ремонтного обслуживания необходимо чётко разграничивать функции основных служб предприятия.

Служба главного механика руководит эксплуатацией и ремонтом технологического и механического оборудования, а также технологическими сооружениями, коммуникациями, металлическими конструкциями, эстакадами. В обязанности службы главного энергетика входит надзор за эксплуатацией электрооборудования, паросиловых установок, водопроводных и канализационных сетей, линий связи и их ремонт. Служба КИПиА осуществляет надзор и ремонт за приборами контроля и регулирования, приборов сигнализации и блокировки. Служба главного архитектора следит за состоянием производственных зданий и сооружений, тепловой изоляцией технологического и энергетического оборудования, обеспечивает их ремонт. Обычно она входит в состав службы главного механика.

По принципу организации ремонтная служба может быть централизованной, децентрализованной и смешанной.

При полной централизации техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р) всего оборудования выполняется силами ремонтно-механических цехов.

При неполной централизации техническое обслуживание выполняется рабочими или дежурными слесарями технологического цеха, а все виды ремонтов - ремонтно-механическими цехами. При децентрализованной системе все виды ремонта проводятся на ремонтных участках технологических цехов. При смешанной системе организации ремонтной службы ремонт выполняется как силами ремонтно-механических цехов, так и силами ремонтных отделений технологических цехов. При этом в ремонтно-механических цехах осуществляется как ремонт оборудования, так и изготовление запчастей.

Системой планово-предупредительных ремонтов называется комплекс организаций и технических мероприятий по обслуживанию и ремонту оборудования, проводимых профилактически по заранее существующему плану для обеспечения безотказной работы оборудования.

Цели ТО и Р:

- предупреждение аварий оборудования;

- возможность выполнения ремонтных работ по плану, согласованному с планом производства;

- своевременная подготовка запчастей, материалов, рабочей силы с минимальным простоем оборудования в ремонте.

В целом система ППР служит для поддержания оборудования в исправленном состоянии, т.е. путём плановых ремонтов она должна обеспечить работоспособность оборудования при сохранении его высокой производительности. Плановое проведение ремонтов позволяет также создать равномерную загрузку ремонтных бригад, повысить качество ремонтов и снизить расходы на ремонт.

График ППР должен предусматривать:

затраты времени на ремонт;

затраты рабочей силы на ремонт;

необходимое количество запчастей и ремонтных приспособлений;

проведение модернизации в период остановки оборудования на ремонт.

Планово-предупредительный ремонт осуществляется периодически в плановом порядке через определённое количество часов непрерывной работы.

Содержание и объём каждого ремонта устанавливается окончательно в процессе его выполнения с учётом выявленного состояния агрегатов. При составлении плана ремонта учитывается межремонтный цикл для данного вида оборудования. Межремонтным циклом называется время работы между двумя капитальными ремонтами. Для вновь установленного оборудования - от начала ввода этого оборудования в эксплуатацию до первого капитального ремонта.

Система ППР предусматривает следующие виды обслуживания и ремонтов: техническое (межремонтное) обслуживание; текущий ремонт; капитальный ремонт.

Техническое обслуживание - это комплекс работ для поддержания работоспособности оборудования между ремонтами. Техническое обслуживание осуществляется эксплуатационным (аппаратчик, машинист, оператор) и обслуживающим персоналом (дежурный слесарь, электрик, помощник мастера) по действующим на предприятии правилам технической эксплуатации и безопасного обслуживания.

В объём технического обслуживания входят:

эксплуатационный уход - обтирка, чистка, наружный осмотр, смазка, проверка состояния систем охлаждения подшипников, наблюдение за состоянием крепёжных деталей, проверка исправности заземления. Все обнаруженные неисправности должны быть зафиксированы эксплуатационным персоналом в сменном журнале и устранены в возможно короткий срок силами эксплуатационного и обслуживающего персонала.

мелкий ремонт оборудования - подтяжка крепежей и контактов, частичная регулировка, замена предохранителей, контактов, выявление общего состояния изоляции; обслуживающий персонал должен регулярно просматривать записи эксплуатационного персонала в сменном журнале и принимать меры по устранению указанных в нём неисправностей.

Текущий ремонт - это ремонт, осуществляемый в процессе эксплуатации для гарантированного обеспечения работоспособности оборудования и состоящий в замене и восстановлении отдельных частей оборудования и регулировке. Такой ремонт выполняется с разработкой отдельных сборочных единиц. Он включает следующие операции:

промывку машин и аппаратов с заменой смазки;

регулировку сборочных единиц, подверженных наибольшему износу и несущих большие нагрузки;

разработку узлов с последующей заменой и ремонтом деталей, срок службы которых соответствует длительности первого межремонтного периода;

сборку и проверку отремонтированных сборочных единиц;

ремонт футеровок и антикоррозионных покрытий;

проведение работ, общих для периодических осмотров.

Текущие ремонты проводятся в нерабочие смены, в выходные дни, а при непрерывной работе - в плановые дни, специально выделенные для этого вида ремонта. Количество, объём, содержание и сроки текущих ремонтов оборудования определяются продолжительностью срока службы деталей и интенсивностью использования машин и аппаратов в пред- ремонтный период. Результаты текущего ремонта и технологической проверки, выявленные дефекты и работы по их устранению регистрируются в ремонтной карте.

Капитальный ремонт - это ремонт, осуществляемый с целью восстановления неисправностей и полного или близкого к полному

восстановлению ресурса оборудования с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые и их регулировка. Этот вид ремонта характеризуется одновременной сменой большого количества деталей, сборочных единиц и комплексов. При капитальном ремонте оборудование полностью восстанавливается, а его эксплуатационные характеристики доводятся до соответствия техническим условиям на новое или отремонтированное оборудование.

В состав КР входят:

полная разборка и промывка машины или аппарата;

ремонт или замена изношенных деталей, сборочных единиц и комплексов;

шабровка направляющих, регулировка и выверка всех координат машин или аппарата до установленных технической документацией норм точности;

проверка фундаментов, станин, базовых деталей, антикоррозионных покрытий;

сборка машины или аппарата с проверкой качества сборки;

проверка машины или аппарата на холостом ходу и под нагрузкой.

Кроме того, в капитальный ремонт могут быть включены работы по модернизации машины или аппарата, а также по автоматизации и механизации применительно к технологическому процессу.

По окончании КР машина или аппарат сдаются по акту комиссии в составе главного механика, инженера отдела технического надзора, инженера по технике безопасности и начальника производства.

Ремонт сепарационного оборудования.

Основным видом износа является забивка сепаратора отложениями и коррозия его элементов.

После пропаривания сепаратор промывается водой и проветривается. Проветривание необходимо для охлаждения сепаратора и доведения концентрации продуктов в нем до ПДК. После окончания проветривания следует сделать анализ воздуха, взятого из разных по высоте сепаратора мест. К работам внутри сепаратора разрешается приступать только тогда, когда анализ покажет, что концентрация вредных газов и паров в нем не превышает предельно допустимых санитарных норм.

Ремонт сепаратора заканчивается его испытанием. При гидравлическом испытании сепаратор заполняется водой при открытой воздушке, устанавливаемой на верху аппарата. Появление воды в воздушке свидетельствует о заполнении сепаратора.

После закрытия воздушки давление в аппарате медленно повышается до контролируемой величины. При этом давлении аппарат выдерживается 5мин., затем давление снижается до рабочего значения, при котором осуществляется осмотр наружной поверхности сосуда, всех его разъемных и сварных соединений.

Список использованной литературы

газ пыль очистка сепаратор котёл

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

2.Чернобыльский И.И. “Машины и аппараты химических производств. Основы теории расчета”, Москва “Машгиз”,1961 г., - 494.

3. Справочник по теплообменникам.: В 2-х т. Т.2/с 74. Пер с англ. под ред. О.Г Мартыненко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987 - 352с ил.

3. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности», Кувшинский М.Н., Соболева А.П., «Высшая школа», 1968, стр.264.

4 Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств»/ И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; Под общ. Ред. В.Н Соколова - Л.: Машиностроение, Ленингр отд-ние, 1982 - 384 с.

5. А.К. Чернышев, К.Л. Поплавский, Н.Д. Заичко Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Изд-во «Химия», 1969, стр.280, рис.225.

6 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова - 9-е изд. перераб и доп. -Л. -Химия, 1981 -560 с.

7 Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Л., «Машиностроение», 1970 г., 762стр. табл.476. Ил. 418 Библ.218 назв.

8.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок Учеб. пособие для учащихся техникумов. - 3-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. школа, 1982 - 304с, ил.

9.Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов вузов/ М.Ф. Михалёв, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин. Под общей редакцией М.Ф. Михалёва. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. - 301с, ил.

10 Поникаров И.И., Перелыгин О.А., Доронин В.Н.Машины и аппараты химических производств. - М. : Машиностроение, 1989 - 368 с .: ил.

11 Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. -М.: Машиностроение ,1972, 272 с,

12. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. / Зиганшин М.Г., Колесников А.А., Посохин В.Н. / М.: «Экопресс - ЗМ», 1998 - 505 с., с иллюстрациями.

Размещено на Allbest.ru