«УТВЕРЖДАЮ проректор СПбГТИ (ТУ) по учебной работе, профессор _Масленников И.Г. 2010 г. Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов Учебное пособие для студентов заочного обучения по специальности 240403 ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

УТВЕРЖДАЮ

проректор СПбГТИ (ТУ) по учебной работе, профессор _Масленников И.Г.

""2010 г.

«Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов»

Учебное пособие для студентов заочного обучения по специальности 240403 – Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов Факультет технологии органического синтеза и полимерных материалов Кафедра технологии нефтехимических и углехимических производств Санкт-Петербург Учебное пособие обсуждено на заседании кафедры технологи нефтехимических и углехимических производств, протокол №, «» 200 г Заведующий кафедрой В.М. Потехин Одобрено учебно-методической комиссией факультета технологии органического синтеза и полимерных материалов, протокол № «» 20 г Председатель _ Н.А. Лавров Составили: доц. С.В. Дронов доц. Б. В. Пекаревский

СОДЕРЖАНИЕ

1 Лекции 2 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов 3 Контрольные вопросы 4 Контрольные работы 5 Литература

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов» входит в блок дисциплин по специализации. Рабочая программа дисциплины составлена в соответствии с Государственным Образовательным Стандартом специальности 240403 " Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов" Изучение дисциплины «Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов» преследует следующие цели: подготовку студентов к решению задач по технологии природных энергоносителей и углеродных материалов; развитие творческого мышления студентов, повышение их интеллектуального уровня.

Основные задачи изучения дисциплины состоят в получении студентами основных научно-практических знаний в области проектирования как самостоятельной отрасли инженерного труда, разработки проектов технологических установок, цехов и заводов.

Изучение дисциплины «Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов» основано на знании студентами материалов дисциплин: инженерная графика, вычислительная математика, процессы и аппараты химической технологии и специальных дисциплин по специальности 240403 " Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов". Полученные знания необходимы студентам при подготовке, выполнении и защите выпускной квалификационной работы и при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственно-технологических, организационно-управленческих задач в будущей профессиональной деятельности.

Формы контроля По дисциплине «Общезаводское хозяйство и организация проектирования заводов» предусмотрены следующие виды контроля знаний студентов:

- Оперативный контроль. Оперативный контроль проводится с целью определения качества усвоения лекционного материала. Наиболее эффективным является его проведение в форме устного опроса по материалам предыдущей лекции. При этом могут использоваться контрольные вопросы, тестовые задания.

- Итоговый контроль по курсу. Для контроля усвоения данной дисциплины учебным планом предусмотрены контрольная работа и экзамен.

Оценка за экзамен является итоговой по курсу и проставляется в приложении к диплому.

Лекция 1. Организация проектирования предприятий.

Первым этапом любого капитального строительства является разработка проекто-сметной документации (ПСД), которая представляет собой совокупность текстовых и графических материалов, которые описывают и изображают с минимально необходимой степенью детализации будущее предприятие в целом и его составные части в отдельности.

ПСД разрабатывается по заявке заказчика ПСД.

Заказчиком ПСД может являться либо государственная организация, которой предоставлено право капитальных вложений в строительство новых предприятий отрасли, либо другое юридическое лицо.

После разработки и утверждения проекта создается дирекция нового строящегося объекта и функция заказчика – застройщика передается ему.

Государственный проектный институт (ГПИ) является организацией, выполняющей проектные работы для капитального строительства. Его главная задача – разработка проектов на современном техническом уровне при минимально возможных затратах на строительство и эксплуатацию запроектированного предприятия.

ГПИ можно разделить на головной проектный институт и проектный институт – генеральный проектировщик.

Головной проектный институт – головной в рамках т.н. отрасли, помимо функций обычных проектных институтов на них возлагается проведение единой технической политики в проектировании предприятий и технологических установок отрасли.

Головной проектный институт имеет право контроля технических разработок, осуществляемых проектными институтами отрасли и обязан оказывать им техническую поддержку путем проведения консультаций и совещаний, рассмотрением проектов, обеспечения нормативно-технической документацией.

Проектный институт – генеральный проектировщик.

При проектировании предприятия один из проектных институтов является генеральным проектировщиком, а остальные проектные институты – субподрядчиками, которые выполняют заказы генерального проектировщика на проектирование отдельных объектов завода.

проектировщиком для технического руководства и организации разработки проекта предприятия. Субподрядчиком назначается главный инженер проекта отдельного объекта проектируемого предприятия.

Все участники проектирования несут ответственность:

- За соблюдение утвержденных технико-экономических показателей.

- За правильное определение сметной стоимости и очередности строительства.

- За качество ПСД.

- За своевременную разработку и комплектность ПСД, передаваемой подрядчику.

- За внесение в проекты в установленный срок изменений, рекомендованных в заключениях экспертизы.

Основания для разработки ПСД:

- Утвержденная схема развития и размещения НП и НХ промышленности с обосновывающими материалами.

- Титульный список проектно-изыскательных работ.

- Задание на проектирование.

- Тематический план проектно-изыскательных работ проектного института – генерального проектировщика.

- Договор между заказчиком и проектным институтом о выполнении проектно-изыскательских работ.

Лекция 2. Стадийность проектирования Проектирование технически несложных объектов, а также объектов, строительство которых будет вестись по типовым и повторно применяемым проектам осуществляется в одну стадию: «Рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости».

Проектирование крупных и сложных объектов ведут в 2 стадии:

«Проектирование со сводным сметным расчетом стоимости» и «Рабочая документация со сметами».

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности одностадийные проекты целесообразно разрабатывать для:

- техническое перевооружение, реконструкция или расширение отдельно взятого производства на новом предприятии;

- создание нового производства или строительство последующих очередей действующих предприятий при условии: производство или очередь создается на базе известных технологий и оборудования или нормативная продолжительность строительства не более двух лет.

При двухстадийном проектировании для разработки проекта второй стадии (рабочей документации со сметами) необходимы следующие документы:

- Утвержденный проект (разработанный на первой стадии).

- Внутрипостроечный титульный список капитального строительства.

- Задание на проектирование.

- Тематический план проектно-изыскательных работ проектного института - Договор между заказчиком и проектным институтом о выполнении проектно-изыскательских работ.

Лекция 3. Задание на проектирование, исходные данные для проектирования.

Задание на проектирование составляется на основе:

-утвержденной схемы развития и размещения предприятий отрасли;

- схемы развития и размещения производственных сил того экономического района, на территории которого производится строительство.

При строительстве по очередям задание составляют на каждую очередь строительства.

Объем исходных данных для проектирования зависит от характера намечаемого строительства (новое строительство, реконструкция или техническое перевооружение) и состава проектируемого объекта.

В состав исходных данных входят:

1. Утвержденная схема развития и размещения предприятий отрасли;

2. Утвержденное задание на проектирование;

3. Отчеты о научно-исследовательских работах, связанных с разработкой новых технологических процессов на проектируемом предприятии;

4. Данные о состоянии атмосферы, водоемов и почв в районе площадки строительства;

5. Технические условия на присоединении проектируемого объекта к источникам энерго- и водоснабжения, инженерным и транспортным коммуникациям;

6. Отчет о проведении инженерных изысканий на территории застройки;

7. Каталоги на оборудование, изделия и приборы;

8. Каталоги местных строительных материалов, конструкций, деталей и полуфабрикатов;

9. Сведения о генеральной подрядной строительной организации.

На проектирование нового и расширение действующего предприятия, связанных с застройкой новых территорий требуются:

1. Документация, собранная и разработанная генеральным проектировщиком для согласования размещения площадки строительства;

2. Утвержденный акт выбора площадки строительства;

3.Акт об отводе земельного участка.

На проектирование реконструкции и технического перевооружения требуются:

1. Описание действующих производств, либо проектную документацию, на основании которой эти производства были построены с указанием внесенных в процессе строительства и эксплуатации дополнений и изменений.

2. Обмерные чертежи зданий и сооружений.

3. Заключение о техническом состоянии оборудования, здания, сооружений и коммуникаций.

При двухстадийном проектировании для разработки проекта второй стадии требуются:

1. Утвержденный проект (разработанный на первой стадии);

2. Замечания и рекомендации организаций, производивших экспертизу проекта;

3. Замечания и рекомендации организаций, осуществлявших согласование проекта.

Лекция 4. Основные разделы проекта.

Состав «проекта со сводным сметным расчетом стоимости».

Состоит из 7 разделов.

Общая пояснительная записка 2. Технико-экономическая часть 3. Генеральный план и транспорт Общая часть разрабатывается главным инженером проекта и представляет краткое изложение основных решений по всем частям проекта.

Содержит: исходные данные по проекту, характеристику запроектированного объекта, сведения о соблюдении норм, правил, инструкций и ГОСТов. В общей части делаются выводы и предложения по разработанному проекту.

Технико-экономическая часть, разрабатывается инженерамиэкономистами на основе: исходных данных на проектирование, стоимостных и других показателей проекта. В последних приводятся: анализ эффективности капиталовложений, сопоставление технико-экономических показателей с соответствующими показателями, утвержденными в генеральной схеме развития и размещения предприятий отрасли и с техникоэкономическими показателями лучших отечественных и зарубежных аналогов.

Генеральный план и транспорт - разрабатывается инженерами специалистами в области планировки. Содержит: краткую характеристику района и площадки строительства, оценку оптимальности выбранного варианта ее размещения, данные о составе предприятия. К этому разделу прилагаются: ситуационный план район и схема генерального плана предприятия.

Основные решения по технологии производства.

1. монтажно-технологическая часть.

2. автоматизации и контроль производства.

6. организация труда и управление производством (в т.ч. АСУТП).

Монтажно – технологическая часть – основная часть проекта.

а) сведения о потребности в сырье, реагентах, топливе и энергоресурсах;

б) количественную и качественную характеристику товарной продукции;

в) материальные, товарные и топливно-энергетические балансы;

г) краткая характеристика и обоснование решений по технологии производства.

а) заказные спецификации на оборудование длительного цикла изготовления;

б) ведомости на серийно изготовляемое оборудование;

в) исходные данные и требования на разработку оборудования индивидуального изготовления;

г) чертежи – принципиальные схемы технологических процессов, компоновки технологических установок и цехов с указанием размещения оборудования, зданий и сооружений.

Автоматизации и контроль производства, электроснабжение, связь и сигнализация разрабатываются инженерами соответствующего профиля.

Указываются: сведения о потребности в электроэнергии и возможности ее удовлетворения, решения по электроснабжению, электрооборудованию, электроосвещению и молниезащите, мероприятия по технике безопасности и т.д.

а) заказные спецификации на электрооборудование длительного цикла изготовления;

б) ведомости на серийное оборудования;

в) принципиальны схемы электроснабжения объектов и предприятия в целом;

г) автоматизация и контрольно-измерительная аппаратура?

Теплоснабжение – разрабатывается инженерами-теплотехниками.

а) сведения о потребностях в паре всех параметров? и теплофикационной воде, а также возможности по удовлетворению;

б) решения по паротеплоснабжению для удовлетворения производственных нужд и теплоснабжению для удовлетворения отопительно-вентиляционных потребностей.

а) заказная спецификация на котельное оборудование длительного цикла изготовления, б) ведомость на серийно изготавливаемое оборудование, входящее в систему теплоснабжения в) принципиальная теплотехническая схема котельной?

Организация труда и управление производством разрабатываются специалистами соответствующего профиля.

III. Основные строительные решения.

1. Архитектурно-строительная часть.

2. Водоснабжения и канализация.

3. Отопление и вентиляция 4. Мероприятия гражданской обороны.

Архитектурно-строительная часть разрабатывается архитекторами и инженерами-строителями. В ней приводятся:

а) краткое описание и обоснование основных архитектурно-строительных решений по зданиям и сооружениям;

б) обоснование принципиальных решений по освещенности рабочих мест, снижению шумов и вибрации;

в) мероприятия по взрыво- и пожаробезопасности;

г) решения по защите конструкций от коррозии.

Прилагаются чертежи:

а) планы, разрезы и фасады зданий (вновь разр.);

б) каталожные листы примененных типовых проектов;

в) эскизные решения по антикоррозионной защите … конструкций.

Водоснабжение и канализация. Содержит:

а) сведения о потребности в воде и возможностях ее удовлетворения;

б) сведения о количестве и составе производственных? ливневых и бытовых стоков;

в) решения по водоснабжению, канализации, очистке и утилизации сточных вод.

Прилагаются:

а) заказная спецификация на оборудование длительного цикла изготовления, примененного? в системах водоснабжения и канализации.

б) ведомость серийно-изготовляемого оборудования;

в) планы трасс внутриплощадочных сетей и сооружений.

Отопление и вентиляция. Содержит:

а) сведения о потребном количестве теплоты и электроэнергии для отопления и вентиляции;

б) основные решения по отоплению, вентиляции и кондиционированию.

Прилагаются:

а) ведомость серийно-изготовляемого оборудования;

б) чертежи по зданиям со сложными системами отопления, вентиляции и кондиционированию воздуха.

Мероприятия гражданской обороны. Содержит: структуру гражданской обороны и план мероприятий гражданской обороны.

IV. Проект организации строительства предприятия.

1) сведения о генеральном подрядчике;

2) сведения о потребностях в строительных конструкциях, деталях, полуфабрикатах для строительства объекта;

3) сведения об объемах.. строительно-монтажных работ;

4) календарный план производства работ;

5) сведения о потребностях в рабочей силе, машинах и механизмах.

В проекте организации строительства даются основные решения по организации и продолжительности строительства, временном энергосбережении на период строительства.

V. Жилищно-гражданское строительство.

Только если строительство сопряжено со строительством нового города (поселка) или расширении существующего.

VI. Сметная документация.

1) сводный сметный расчет;

2) сводку затрат на V (если необходимо);

3) сметы на проектные и изыскательные работы;

4) ведомость сметной стоимости строительства объектов, входящих в пусковой комплекс (если строительство ведется очередями).

VII. Паспорт проекта.

Комплексная характеристика Т-Э. параметров будущего предприятия.

В нем отражаются:

1) производственные мощности;

2) потребности в сырье, реагентах, топливе и энергоресурсах;

3) ассортимент и качество продукции;

4) сметная стоимость строительства.

Паспорт разрабатывается после утверждения проекта.

Состав проекта «Рабочая документация со сметами»:

I. Рабочие чертежи.

II. Ведомости объемов строительных и монтажных работ III. Ведомости потребности в материалах пост. Подрядчика.

IV. Заказные спецификации оборудования.

V. Ведомости сметной стоимости товарной строительной продукции.

К сметам прилагаются:

1. Опросные листы на оборудование;

2. Габаритные чертежи оборудования, выходящего своими размерами за железнодорожные габариты.

3. Общие виды нестандартного оборудования разового изготовления.

Лекция 5. Согласование, экспертиза и утверждение проекта.

Стоимость и финансирование проектно-изыскательских работ.

Согласованию подлежит:

1. Проекты, выполненные с обоснованными отступлениями от действующих норм, правил и инструкций.

В этом случае согласование проводится с органами Госнадзора и организациями, утвердившими эти нормы, правила и инструкции.

2. Изменяемые в процесс проектирования решения, утвержденные при выборе площади строительства.

В данном случае согласование проводится с заинтересованными лицами.

Пример: увеличение энергопотребления согласовывается с Министерством энергетики. Увеличение грузооборота – с Министерством путей и сообщений. Увеличение водоснабжения и водостоков – с Министерством водного хозяйства и Министерством рыбного хозяйства.

Проекты на строительство крупных НПЗ проходят экспертизу Миннефтехимпрома, Государственного Комитета по науке и технике, Министерства строительства и утверждаются кабинетом министров.

Остальные проекты проходят экспертизу в порядке, установленным заказчиком – застройщиком.

В случае, если заказчиком выступает юридическое или физическое лицо, то экспертиза проводится в порядке, установленным заказчиком.

Сметы на строительство объектов, составленные по рабочим чертежам, согласовываются с генеральной подрядной строительной организацией и утверждаются заказчиком-застройщиком.

Стоимость проектно-изыскательских работ (ПИР) для капитального строительства определяется по утвержденному сборнику цен, который включает в себя:

1) Цены на изыскательские работы.

2) Комплексные цены на разработку проектов на строительство предприятий зданий и сооружений.

3) Цены на разработку рабочих чертежей предприятий, зданий и сооружений.

Если какие-либо виды проектных работ не учитываются сборником цен, то они оцениваются по соответствующим справочникам (Например:

проектирование нестандартного оборудования).

Стоимость ПИР включается в сводный сметный расчет стоимости проектируемого объекта. В общих затратах на капитальное строительство ПИР «стоят» до 2,5% от общей стоимости строительства??

Финансирование ПИР осуществляется на основании договора, заключаемого между заказчиком и генеральным проектировщиком.

Поручаемые проектным организациям некоторые виды работ, такие как: составление схем развития и размещения, разработка справочнонормативной документации - финансируются из госбюджета на основании наряд-заказов, выдаваемых вышестоящей организацией.

Продолжительность проектирования вновь строящихся объектов определяется нормативной документацией Госстроя.

Продолжительность проектирования технического перевооружения, реконструкции или расширения предприятий, зданий и сооружений определяется проектным институтом по согласованию с заказчиком путем увеличения или уменьшения нормативной продолжительности проектирования аналогичных новых объектов.

Продолжительность проектирования при этом не должна превышать нормативную более чем на 20%.

Увеличение НПП: при размещении объектов:

- в районах вечной мерзлоты;

- в районах горных выработок;

- оползневых и сейсмических районах;

- на просадочных грунтах.

10% на первой стадии и 20% на второй стадии против нормативной.

Уменьшение – в случае снижения трудоемкости ПИР:

- при использовании материалов ранее выполненных инженерных изысканий;

- при использовании типовых и повторно применяемых проектов.

В конечном счете продолжительность проектирования устанавливается заданием на проектирование и заключением по его основе договором на выполнение ПИР.

Началом проектирования считается дата подписания договора, окончанием – дата отправки заказчику разработанной согласно договору ПСД.

ПСД считается законченной и принятой заказчиком, если он подписал акт ее приемки, либо не сделал никаких замечаний по качеству или комплектности ПСД в срок, установленный договором.

Ответственным за правильное определение продолжительности ПИР является главный инженер проекта.

Лекция 6. Мощность производства. Зависимость капитальных затрат от мощности производства.

Характеризуется производительностью проектируемого объекта либо по сырье, либо по выпускаемой продукции.

По сырью – в случае однотипного сырья;

по выпускаемой продукции – в случае однотипной продукции.

Для расчета мощности можно применять:

1. Балансовый метод.

Потребность народного хозяйства в продукции определяется исходя из планируемого производства изделий из данной продукции.

2. Математический метод.

I II III

I - инкубационная стадия (постепенное расширение рынка), II - стадия роста (экспоненциальное расширение рынка), III – стабилизация и сокращение рынка.

I – 2-5 лет, небольшие партии продукта для оценки потребителем качества продукции;

II – рост производства;

III – необходимость внедрения новых технологий.

При проектировании производства используются оба метода.

- балансовый дает представление о максимально возможном уровне потребления продукта за какой-то период - статистический метод позволяет устанавливать темпы роста потребления продукта.

Одним из важных показателей при проектировании производства является объем капиталовложений для его создания.

Стоимость комплектного оборудования установки от мощности:

С1 – стоимость оборудования при минимальной мощности;

К – коэффициент масштабирования???? (коэффициент увеличения мощности);

– масштабный фактор (0,2-10).

Зависимость общих капиталовложений для строительства установки:

Q1 – капиталовложения по минимальной мощности;

n – масштабный фактор (0,38-0,98).

n характеризует размер неиспользованных избыточных мощностей.

n = 0 означает, что следует сразу предусматривать установку оборудования для обеспечения удовлетворения максимального спроса;

n = 1 означает, что увеличение объема производства достигается за счет пропорционального увеличения затрат на основное оборудование и избыточные мощности с начала строительства не предусматривается.???

0 < n < 1 означает, что можно рассчитать оптимальную мощность исходя из:

- условий растущего спроса;

- величины амортизационных отчислений;

- срока службы оборудования.

Лекция 7. Масштабирование.

Вопросы масштабирования возникают при переходе от экспериментальных установок к промышленным, либо к проектируемым объектам от объектов, по которым имеются данные.

При этом, руководствуются теорией подобия, а в качестве подобных величин могут рассматриваться:

1. количество однотипных реакторов или … 2. производительность реакторов;

3. геометрические размеры оборудования;

4. геометрические размеры отдельных элементов оборудования.

Коэффициент масштабирования определяется как Р – производительность проектируемого объекта;

Р1 – производительность объекта, по которому имеются данные, закладываемые в проект.

В идеальном случае К = 1. При этом предполагается, что проектировщик должен в точности воспроизвести существующий технологический процесс.

Если К = 25, то следует проработать два варианта проекта:

1. Увеличение числа агрегатов без изменения производительности единичного проектного агрегата.

Увеличение производительности существующего агрегата в 25 раз по сравнению с исходной.

производительности более чем в 10 раз.

Масштабированию не подлежит:

1. Процессы со сложной гидродинамической обстановкой (процессы в кипящем слое твердых веществ, перемешивание суспензий и т.п.).

2. Процессы, сопровождающиеся побочными реакциями.

3. Процессы с изменяемым временем пребывания реакционной массы 4. Процессы, сопровождающиеся местными перегревами или переохлаждениями.

5. Процессы, в которых возможно протекание нежелательных цепных реакций (ввиду обрыва последних на стенках аппарата)?????

Лекция 8. Предварительная технологическая схема.

Предварительная технологическая схема (ПТС) разрабатывается одновременно с составление материального расчета.

Окончательных вариант технологической схемы составляется при участии монтажников, конструкторов, механизаторов и специалистов по контрольно-измерительным приборам (КИП) и средствам автоматизации (СА) после подбора оборудования, приборов и проработки компоновки оборудования.

Оформление схем производства осуществляется согласно ГОСТ 2.701ЕСКД Схемы. Виды и типы) и СТП 2.305.010.82.

1. Каждый аппарат изображается в виде не слишком подробного эскиза, который должен отражать принципиальное устройство и конструктивные особенности аппаратов. Отдельные аппараты рекомендуется изображать в разрезе. Если для увеличения мощности производства требуется установить несколько однотипных аппаратов, то на предварительной схеме изображают только один аппарат (чтобы не загромождать схему).

2. Потоки. Передача материальных потоков из одного аппарата в другой изображают в виде четких линий. К каждому аппарату на схеме показывают подводку основных материальных и вспомогательных потоков (пар, вода, сжатый воздух, газ и т.д.), изображаемых на схеме условными обозначениями.

В некоторых случаях линии вспомогательных трубопроводов объединяют в общие магистрали, от которых показывают подводку к соответствующим аппаратам.

3. В ПТС должно быть отражено, откуда и как подаются в цех сырье и вспомогательные продукты, а также куда и какими способами удаляется готовая продукции, отходы, сточные воды.

4. На ПТС следует наносить аппаратуру не только для основных, но и для вспомогательных операций:

- аппаратуру для отмеривания;

- аппаратуру для промежуточного хранения;

- компрессоры, насосы и т.п.

5. Устройства для транспортирования сырья и реакционных масс вспомогательных продуктов (трубопроводы, напольный? транспорт и т.п.).

На линиях материальных потоков указывают точки размещения основной арматуры, определяющей направление движение потоков (краны, вентили, задвижки), а также важнейшие КИП. Нанесение всей арматуры загромождают ПТС. Поэтому наносят только ту арматуру, при помощи которой подключаются или отсоединяются отдельные аппараты или изменяются направления потоков.

6. Нумерация. Аппараты на схеме снабжаются буквенно-цифровыми обозначениями и располагаются слева направо по ходу осуществления технологического процесса.

Номера аппаратов должны быть неизменны во всех частях проекта технологической, монтажной, электротехнической и т.д.

7.Схема снабжается спецификацией, на которой отражается:

а) номер аппарата на схеме и его …;

б) основная характеристика аппарата (объем, поверхность, размеры и др.);

в) количество одинаковых аппаратов;

г)основной материал для изготовления данного аппарата;

д) номер чертежа аппарата.

8. Схема снабжается описанием, на основании которого составляется рецептура или регламент будущего процесса.

Схему принято описывать по отдельным стадиями процесса:

а) Сырье:

- какое сырье поставляется в цех;

- как оно подается;

- где и как хранится;

- какой первичной переработке подвергается;

- как дозируется и загружается в аппараты.

б) Технологические операции:

- конструкция аппарата (кратко сообщается);

- способ загрузки сырья и выгрузки реакционной массы;

- указывается характеристика протекающего процесса и способ его проведения (периодический, непрерывный, циклический);

- перечисляются основные параметры процесса (давление, температура) и методы его контроля и регулирования;

- перечисляются все отходы и продукты, образующиеся в ходе описываемых операций.

В записке должны быть перечислены все или имеющиеся на схеме аппараты с указанием присвоенных им номеров, а также способы внутрицеховой транспортировки сырья, вспомогательных материалов, реакционных масс, отходов и готовых продуктов. В заключении указывают, куда уходят побочные и готовые продукты и во что они упаковываются.

В схеме недопустимо приводить подробные рецептурные данные и методики анализов. В случае необходимости делаются соответствующие ссылки.

Лекция 9. Материалы для проектирования окончательной технологической схемы установки.

1. Исходные данные по процессу.

2. Утвержденное задание на проектирование.

3. Технические условия проектирования.

Исходные данные по процессу.

Основным документов для разработки и нового производственного процесса является технологический регламент.

Составляется ведущим НИИ по данному процессу.

Согласовывается проектной организацией.

Утверждается министерством или ведомством, ответственным за внедрение процесса.

Регламент для проектирования производственных процессов содержит следующие сведения:

- обзор литературы (литературные данные) о процессе и сведения об аналогичных производствах за рубежом;

- обзор по отдельным стадиям процесса;

- описание технологических схем опытных и полузаводских установок, на которых отрабатывался процесс;

- изложение результатов, полученных на этих установках.

- техническую характеристику исходного сырья, основных продуктов и вспомогательных материалов (вода, сжатый воздух, азот для технологических целей и т.д.);

- области применения основных продуктов;

- Физико-химические константы и свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов.

- Химизм процесса по стадиям с указанием физико-химических основ.

- принципиальная технологическая схема производства с кратким описанием.

- Рабочие технологические параметры (давление, температура, объем, скорость) по каждому узлу;

- условия приготовления и регенерации реагентов и катализаторов.

- Материальный баланс производства, который представляется в виде таблиц по стадиям процесса.

- Техническая характеристика побочных продуктов и отходов с указанием основных направлений их утилизации.

- Математическое описание технологических процессов и аппаратов.

- Рекомендации по конструированию основного технологического оборудования и защите строительных конструкций от разрушающего воздействия новых продуктов.

- Рекомендации для проектирования системы автоматизации процесса.

- Рекомендации по осуществлению аналитического контроля.

- Методы и технологические параметры очистки химически и механически загрязненных сточных вод, обезвреживания газовых выбросов и ликвидации вредных отходов.

- Мероприятия по технике безопасности, промышленной санитарии и противопожарной профилактике.

- Патентный формуляр, определяющий патентную чистоту процесса в России и промышленно развитых странах.

- Экономическое обоснование процесса, включающее прогнозы потребности в товарном продукте и обеспеченности производства сырьем на перспективу.

При проектировании традиционных, хорошо изученных и освоенных процессов от разработки технологического регламента можно отказаться. В этом случае исследовательская организация представляет:

1. Исходные данные по процессу:

а) характеристика сырья и продуктов;

б) режим процесса;

в) материальный баланс.

2. Дополнительные данные, в которых отражаются сведения об усовершенствованиях, внесенных в процесс на основании НИР и обобщения опыта эксплуатации.

При разработке регламента особое внимание следует уделить выбору сырья и реагентов.

Если по условию процесса необходимы сырье и реагенты, отличающиеся по качеству от норм следует:

- либо предусмотреть поставку сырья со стороны, - либо предусмотреть включение в технологическую схему дополнительных блоков.

Рекомендуемая в регламенте технология должна обеспечить предотвращение загрязнения атмосферы, водоемов и почв вредными выбросами.

Недопустимы технологические процессы, в которых образуются трудноочищаемые или сбрасываемые в водоемы твердые отходы.

В технологическом процессе должно быть исключено или сведено к минимуму применение ядовитых веществ - дихлорэтана, соединений ртути, цианистых соединений и т.д.

Задание на проектирование. Порядок составления, согласования и утверждения приведены ранее.

Технические условия на проектирование (ТУ). В ТУ приводятся общие сведения о предприятии, на котором намечается строительство технологической установки.

ТУ состоят из нескольких частей, каждая из которых освещает соответствующий раздел проекта.

В технологической части ТУ отражается:

1. а) качество сырья;

б) способ подачи сырья;

в) параметры (давление, температура) сырья.

2. Состав, давление и температура инертных газов.

3. Характеристика воздуха, применяемого для снабжения превматических систем КИ регулирующих приборов и воздуха для технологических и ремонтных нужд (Р, Т, точка росы, содержание масла).

4. Характеристика топливного газа (Н,, Р, Т).

5. Характеристика топлива для трубчатых печей (мазута) - температура;

- вязкость при температуре перекачки;

- кратность циркуляции.

6. Характеристика, давление и температура реагентов и способ их подачи на установку.

7. Состав (% об.), давление и температура водородсодержащего газа.

8. Наличие на предприятии систем сбора газа от предохранительных клапанов и давление в них.

9. Выходные параметры целевых продуктов.

10. Пути использования и выходные параметры некондиционных продуктов и отходов производства.

11. Тип изоляции технологических и паровых трубопроводов.

12. Фоновые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

13. Перечень передвижных грузоподъемных средств предприятия, которые могут быть использованы для ремонтных нужд на установках.

При разработке технологической части проекта используются данные из других разделов технических условий:

- теплоснабжение - данные о система теплоснабжения и обогрева;

- водоснабжение - данные о системе водоснабжения и т.д.

ТУ разрабатываются генеральной проектной организацией с привлечением, если это необходимо, субпроектировщика, выполняющего проект конкретной установки.

Целесообразно иметь единые ТУ на проектирование НПЗ (НХЗ), в которые рекомендуется вносить изменении и дополнения, учитывающие специфику проектируемой установки.

Лекция 10. Теплоизоляционные материалы. Классификация.

Применение в нефтеперерабатывающей промышленности материалов с высокими температурами, а также использование низких температур (ниже 0ОС) требуют тепловой изоляции аппаратов, оборудования и трубопроводов.

Основным предназначением тепловой изоляции является сведение к минимуму тепловых потерь в окружающую среду с целью поддержания заданной температуры технологического процесса. Помимо этого, тепловая изоляция необходима для создания нормальных условий труда и предохранения обслуживающего персонала от ожогов.

Настоящие методические указания посвящены обзору применяемых на производстве изоляционных материалов, а также основным вопросам конструирования и расчетов тепловой изоляции.

Выбор теплоизоляционных материалов определяется требованиями, предъявляемыми к последним. Материалы, применяемые в конструкциях тепловой изоляции, должны иметь:

низкий коэффициент теплопроводности;

высокую устойчивость к температурам и перепадам температур;

достаточную механическую прочность;

низкую гигроскопичность Помимо вышеперечисленного, теплоизоляционные материалы должны обладать химической инертностью и не оказывать агрессивного воздействия на изолируемую поверхность. Наконец, изоляционные конструкции должны выполняться из недефицитных и недорогих материалов, быть простыми в изготовлении и монтаже.

Теплоизоляционные материалы можно подразделить на два основных вида – материалы неорганического и органического происхождения.

изготавливаемые из расплавов шлаков, стекла, горных пород и их смесей (минеральная вата, стекловолокно и т.п.); асбестсодержащие материалы;

керамические материалы (керамзит, ячеистая керамика, пенокерамит);

материалы на основе минеральных вяжущих веществ.

Неорганические материалы могут применяться в виде мастик, наносимых на изолируемую поверхность, а также готовых изделий:

асбестовой ткани, асбестового шнура, теплоизоляционных плит и т.п.

К органическим материалам относятся: материалы из волокнистого сырья с добавками органических клеев, смол и т.п.; синтетические вспененные материалы (пено- и поропласты) Помимо этого широко применяются такие материалы, как шерсть, торф, пробка, дерево, древесные опилки, употребляемые как в естественном виде, так и в виде изделий (изоляционных плит, пластин, щитов, войлока и т.п.).

Основные свойства теплоизоляционных материалов представлены в таблице 1.

Следует отметить, что помимо собственно теплоизоляционных материалов в состав теплоизоляционных конструкций входят также изоляционные, защитные и отделочные материалы.

К изоляционным материалам относятся рулонные битумные материалы (пергамины, руберойд и т.п.) К защитным покрытиям относятся: штукатурки различного вида, наносимые в виде мастики по металлической сетке или проволочному каркасу; хлопчатобумажные, льняные, бумажные и другие ткани, наклеиваемые на изолированную поверхность; защитные кожухи, изготавливаемые из листовой стали, алюминия и других материалов.

Таблица 1. Характеристика изоляционных материалов Лекция 11. Теплоизоляционные материалы. Конструкции тепловой изоляции.

По количеству слоев основного теплоизоляционного материала конструкции тепловой изоляции подразделяются на однослойные и многослойные.

По составу основных слоев конструкции тепловой изоляции подразделяются на простые, состоящие из одного основного теплоизоляционного материала, и композиционные, состоящие из нескольких теплоизоляционных материалов.

В зависимости от способа монтажа, а также от рода применяемых материалов конструкции тепловой изоляции подразделяются на: мастичные;

формованные; засыпные; обволакивающие (оберточно-листовые); сборноблочные; специальные.

Мастичные конструкции.

Мастичные конструкции тепловой изоляции выполняются из порошкообразно-волокнистых материалов. Последние поставляются в виде порошков, из которых замешиванием с водой изготавливают мастику К мастичным конструкциям изоляции относятся асбозуритовая, асбослюдяная, совелитовая и другие. Все они применяются для изоляции, как аппаратов, так и трубопроводов.

1 – подмазочный слой, 2 – основной слой изоляции, 3 – каркас, 4 – штукатурный слой, 5 – оклейка, 6 – окраска, 7 - шпильки Рисунок 1. Мастичная конструкция изоляции трубопроводов и аппаратов Мастичная конструкция изоляции состоит из следующих конструктивных элементов (рисунок 1): подмазочного слоя 1, основного теплоизоляционного слоя 2, каркаса из проволоки или металлической сетки 3, штукатурки 4, оклейки (покровного слоя) 5 и окраски 6.

Каркас из проволок или металлической сетки устанавливают на плоских и криволинейных поверхностях аппаратов независимо от толщины изоляции и на трубопроводах при толщине изоляции свыше 80 мм.

Для установки каркаса на плоских и криволинейных поверхностях изолируемого объекта приваривают шпильки 7 из стальной проволоки диаметром 3 мм, длиной на 1015 мм больше толщины основного изоляционного слоя; слой штукатурки в зависимости от назначения принимают равным 515 мм. На вертикально расположенных изолируемых объектах высотой выше 4 м устанавливают опорные разгрузочные пояса из уголков или полосовой стали шириной, равной 0,75 толщины изоляции.

Преимуществами мастичных конструкций являются: простота монтажных работ и возможность проведения их на объектах любой конфигурации.

К недостаткам данных конструкций можно отнести: трудоемкость и длительность монтажа; необходимость проведения работ при горячем состоянии изолируемой поверхности (не менее 100 °С).

Формованные конструкции.

Формованные конструкции тепловой изоляции выполняются из штучных формованных изделий в виде плит, скорлуп, сегментов, блоков и могут непосредственно устанавливаться на изолируемую поверхность либо подгоняться к конфигурации путем механической обработки.

Выполнение формованных конструкций изоляции допускается, как по горячим, так и холодным поверхностям. Формованные изделия укладывают на подмазке, а также и насухо, вразбежку с толщиной швов не более 3 мм, а при укладке насухо не более 1 мм. Их крепят кольцами из проволоки или полосовой стали и проволочным каркасом. На плоских и криволинейных поверхностях каркас крепят к шпилькам из стальной проволоки, приваренным к изолируемой поверхности. При многослойной изоляции каждый последующий слой укладывают после закрепления предыдущего с перекрытием швов и креплением, аналогичным первому слою. При изоляции вертикальных поверхностей и трубопроводов высотой более 4 м устанавливают разгрузочные опорные пояса из угловой или полосовой стали.

Преимуществом формованных конструкций являются: сборность и прочность конструкций; возможность монтажа в холодном состоянии.

К недостаткам данных конструкций можно отнести: наличие швов;

сложность монтажа при изоляции фасонных частей и криволинейных поверхностей.

Засыпные конструкции Засыпные конструкции тепловой изоляции выполняют из волокнистых и порошкообразных (сыпучих) теплоизоляционных материалов, как по горячим, так и по холодным поверхностям. Теплоизоляционный материал засыпают между изолируемой поверхностью и наружной ограждающей поверхностью из листовой стали, сетки и т. п. При изоляции вертикальных поверхностей устанавливают разгрузочные пояса по высоте через 23 м для уменьшения усадки материала.

На рис.2 изображена засыпная конструкция изоляции трубопроводов минеральной ватой. На трубопроводе между фланцевыми соединениями устанавливают опорные кольца 2 с интервалами 350400 мм. Опорные кольца закрепляют кольцами из проволоки 3 в два ряда. Поверх опорных колец натягивают оцинкованную плетеную сетку 4. Минеральную вату 1 засыпают равномерно в пространство между изолируемой трубой и сеткой и уплотняют до заданной объемной массы с помощью легкой деревянной трамбовки. В процессе набивки должны быть устранены неровности, пустоты и вспучины, после чего края сетки отгибают внутрь и сшивают проволокой. Поверх сетки в местах расположения опорных колец, устанавливают проволочные кольца 5 и, кроме того, по одному кольцу между опорными.

Рисунок 2. Тепловая изоляции трубопроводов минеральной ватой 1 – набивка, 2 – опорные кольца, 3 – кольца из проволоки, 4 – сетка плетеная, 5 – кольца из проволоки, 6 – сшивка сетки проволокой, 7 – штукатурный Поверх металлической сетки производят штукатурку, оклейку и окраску. Засыпную конструкцию из минеральной ваты выполняют для изоляции трубопроводов диаметром 76325 мм, так как монтаж опорных колец на трубопроводах иного диаметра крайне сложен, а механическая прочность и устойчивость опорных колец резко снижается.

Обволакивающие (оберточно -листовые) конструкции Обволакивающие конструкции изоляции выполняются из гибких рулонных теплоизоляционных материалов, шнура, тканей, матов и полос, как по горячим, так и по холодным поверхностям.

Приведенная на рис. 4 изоляция трубопровода минеральным войлоком состоит из основного слоя изоляции 1, сетки, плетенной из проволоки 2, колец из проволоки для крепления войлока 3, проволоки для сшивки сетки 4, штукатурки 5, оклейки 6 и окраски 7.

При изоляции плоских и криволинейных поверхностей к ним в шахматном порядке через 350 мм приваривают шпильки из стальной проволоки диаметром 3 мм, при помощи которых закрепляют маты и проволочную плетеную сетку.

Преимуществами обволакивающих конструкций являются:

высокая эффективность К недостаткам данных конструкций можно отнести:

непостоянство объема;

неустойчивость при вибрации;

малая техническая прочность (для минераловатных конструкций, Рисунок 3. Тепловая изоляции трубопроводов минеральным войлоком 1 – слой изоляции, 2 – сетка плетеная, 3 – кольца из проволоки, 4 – сшивка Лекция 12. Расчет тепловой изоляции. О п р е д е л е н и е т е п л о в ы х потерь изолированного объекта.

Основными задачами теплового расчета изоляции являются:

определение тепловых потерь изолированного объекта;

определение температуры наружной поверхности изоляции;

определение требуемой толщины изоляции в зависимости от предельно допустимой величины тепловых потерь изолируемого Определение тепловых потерь изолированного объекта.

В условиях установившегося теплового потока количество теплоты, теряемое в единицу времени через криволинейную стенку, может быть рассчитано, как количество теплоты, передаваемого от нагревающей поверхности к нагреваемой:

где:

Q количество теплоты, передаваемое в единицу времени, ккал ч ;

водяной эквивалент поверхности теплопередачи, ккал чО С, представляющий собой произведение условной поверхности теплопередачи F, м2, на условный коэффициент теплопередачи K, t температура среды в изолируемом аппарате (трубопроводе), ОС ;

температура окружающей среды, ОС.

Водяной эквивалент поверхности теплопередачи может быть определен по формуле:

KF 1 FСТ 2 FИЗ СТ FСТ ИЗ FИЗ

ВН Н СР СР

где:

1 коэффициент теплоотдачи от нагревающей среды к внутренней поверхности стенки объекта, ккал м 2 чО С. Величина 1 может быть определена в ходе теплового расчета аппарата;

коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в окружающую среду, ккал м 2 чО С. Величина 2 зависит от геометрии стенки изолируемого объекта (плоская или цилиндрическая), а также от места расположения объекта (в закрытом помещении или на открытом воздухе) и может быть рассчитана с помощью табл. 2.

Формулы для расчета коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в окружающую среду объекты помещения воздухе средняя температура изолированного объекта и тепловой t ИЗ температура наружной поверхности тепловой изоляции, ОС ;

v скорость ветра, м с ;

коэффициент теплопроводности стенки объекта, ккал м чО С.

Величина СТ зависит от материала стенки аппарата и может быть определена с помощью табл. 3;

Коэффициенты теплопроводности некоторых металлических ИЗ коэффициент теплопроводности слоя изоляции, ккал м чО С. Величина ИЗ зависит от материала изоляции и средней температуры системы и может быть определена с помощью табл. 1;

и FИЗ площади внутренней поверхности стенки объекта и наружной FСТ поверхности слоя изоляции соответственно, м 2 ;

и FИЗ средние площади поверхностей стенки объекта и слоя изоляции FСТ соответственно, м 2 ;

и FИЗ толщина стенки объекта и слоя изоляции соответственно, м FСТ Введем обозначения термических сопротивлений:

теплоотдаче от нагревающей среды к внутренней поверхности стенки объекта, чО С ккал ;.

окружающую среду, чО С ккал ;

RИЗ R1 R2 RСТ RИЗ полное термическое сопротивление, чО С ккал С учетом введенных обозначений формулу (1) можно переписать в виде:

Формула (3) является основным расчетным выражением для определения тепловых потерь изолированных объектов любой конфигурации.

и наружной, а также промежуточных поверхностей равны между собой ( FСТ FИЗ FСТ FИЗ F ), и выражение для суммарного термического

ВН Н СР СР

сопротивления можно записать в виде:

поверхностей могут быть рассчитаны по формулам:

ВН ВН Н Н СР СР СР СР

где:

L высота изолируемого объекта (длина участка изолированного трубопровода), м ;

(трубопровода) и изоляции соответственно, м ;

d, d СТ и d ИЗ наружный и внутренний диаметр аппарата (трубопровода) и наружный диаметр изоляции соответственно, м С учетом введенных обозначений выражение для суммарного термического сопротивления изолированного объекта можно представить в виде:

СТ СТ СТ ИЗ

Лекция 13. Расчет тепловой изоляции. О п р е д е л е н и е температуры наружной поверхности изоляции.

Исходя из условия постоянства теплового потока (Q ), передаваемого от теплоносителя ( Q1 ) через стенку объекта ( QСТ ) и слой изоляции ( QИЗ ) к окружающему воздуху ( Q2 ) и имея в виду что разницей между температурами наружной поверхности стенки аппарата и внутренней поверхности тепловой изоляции можно пренебречь ( t СТ t ИЗ ), можно записать следующие соотношения:

Выразим из уравнения (6) температуру внутренней поверхности стенки аппарата:

Теперь выразим из уравнения (7) температуру наружной поверхности стенки аппарата tСТ и, подставляя в него значение t СТ из уравнения (10), получим:

Наконец, выразив из уравнения (8) значение температуры наружной поверхности изоляции t ИЗ и, подставив в него значение tСТ из уравнения (11), получаем:

Температуру наружной поверхности изоляции можно также выразить из уравнения (9):

Выражения (12) и (13) являются основными расчетными уравнениями, по которым можно определять значение температуры наружной поверхности тепловой изоляции.

Пример 1. Определить температуру на поверхности кирпичной обмуровки котла-утилизатора, выполненной из диатомитового кирпича размером 250 123 65 мм, если средняя температура контактных газов в котле составляет 270ОС. Толщина стенки котла, выполненной из легированной стали составляет 10 мм. Коэффициент теплоотдачи от контактных газов к стенке аппарата равен 20 ккал м 2 чО С. Аппарат расположен на открытом воздухе с температурой 20 ОС. Скорость ветра – 5 м с.

Решение.

1. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверности изоляции к окружающему воздуху составляет:

2. Зададимся значением температуры на поверхности изоляции t ИЗ 40О С.

Коэффициент теплопроводности диатомитовой изоляции при средней температуре (см. табл.1): ИЗ 0,097 0,0002 tCP 0,097 0,0002 155 0, 3. Температура на поверхности изоляции:

40,5О С Полученное значение незначительно отличается от ранее принятого ( 40 О С ), поэтому пересчета не производим.

4. Тепловые потери составляют:

ккал м 2 ч Лекция 14. Расчет тепловой изоляции. О п р е д е л е н и е т о л щ и н ы тепловой изоляции по величине предельно допустимых тепловых потерь.

потери указываются из расчета на 1 м 2 поверхности:

Выразив из уравнения (4) толщину изоляции, получаем:

ИЗ ИЗ F R

Подставив полученное выражение в (15), получаем окончательное уравнение для расчета толщины слоя тепловой изоляции плоского объекта:

Пример 2. Определить необходимую толщину тепловой изоляции радиантной камеры трубчатой печи, выполненной из диатомитового кирпича. В качестве топлива используется мазут расходом 2000 кг/ч плотностью d15 0.865. Поверхность обмуровки составляет 3538 м2.

Допустимые тепловые потери через кладку печи не должны превышать 6.4% от низшей теплоты сгорания топлива. Температура контактных газов составляет 860 0С. Коэффициент теплоотдачи от контактных газов к внутренней поверхности стенки печи составляет 47.2 ккал м 2 чО С. Стенка печи выполнена из стали Х25Н20С2; толщина стенки – 20 мм. Температура воздуха составляет 20 0С; скорость ветра – 15 м/с.

Решение.

1. Низшая теплота сгорания топлива 3. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к 4. Зададимся температурой наружной поверхности изоляции 30 0С и при средней температуре 445 0C рассчитаем коэффициент теплопроводности изоляции ИЗ 0.097 0.0002 tСР 0.097 0.0002 445 0. 5. Рассчитаем толщину слоя изоляции (принимая во внимание, что коэффициент теплопроводности материала стенки составляет 6. Необходимое число рядов кирпичей размером 250 123 65 мм составляет 0.441 0.065 6.789 7 рядов, т.е. уточненная толщина изоляции ИЗ 7 0.065 0.455 м 7. Расчетное значение температуры наружной поверхности изоляции Данное значение практически совпадает с ранее принятым (30 0С), поэтому пересчета не требуется.

тепловые потери указываются из расчета на 1 м длины поверхности:

Величина суммарного термического сопротивления в данном случае Уравнение (18) можно решить только численными методами, поскольку в d СТ входит искомая величина ИЗ. В связи с этим на практике целесообразно пользоваться другим методом расчета толщины тепловой изоляции цилиндрического объекта.

Выразим величину термического сопротивления тепловой изоляции из уравнения передачи тепла теплопроводностью через поверхность изоляции:

или:

данного уравнения на dСТ.

Н Н Н Н Н Н Н Н

Имея в виду соотношение (20), получаем окончательное выражение для расчета толщины тепловой изоляции:

Входящую в уравнение (19) температуру наружной поверхности стенки изолированного аппарата tСТ можно рассчитать следующим образом:

где R1L L R1 термическое сопротивление теплоотдаче от нагревающей среды к внутренней поверхности стенки объекта в расчете на единицу длины поверхности, м ч ОС ккал ;.

RL RL RL

tСТ tСТ

Н ВН ВН L

окончательно:

где RСТ L RСТ термическое сопротивление стенки объекта в расчете на единицу длины поверхности, м ч ОС ккал ;.

Последовательность действий при расчете толщины тепловой изоляции цилиндрического объекта проиллюстрируем на следующем примере.

Пример 3. По трубопроводу, выполненному из легированной стали диаметром 143/152 мм и длиной 200 м подается пар с начальной температурой 300 0С при давлении 15 атм. Рассчитать толщину изоляции из мастичного асбозурита (70% диатомит, 15% асбест, 15% шиферных отходов) так, чтобы на выходе из трубопровода температура пара была не ниже 290 0С при давлении 14 атм. Трубопровод проходит в закрытом помещении, температура окружающего воздуха 20 0С, скорость пара в трубопроводе м/с. Коэффициент теплоотдачи от пара к внутренней стенке трубопровода равен 51.4 ккал м2 ч.

Решение.

Расчет массового расхода пара в трубопроводе.

1. Плотность пара при 300 0С и 15 атм составляет 2. Часовой массовый расход пара составляет Расчет предельно допустимых тепловых потерь с 1 м трубопровода 1. Энтальпии пара рассчитываются по формуле I300,15 2.004 300 9.282 15 0.02 300 15 2480.356 4.187 724.2 ккал кг I 290,14 2.004 290 9.282 14 0.02 290 14 2480.356 4.187 719.6 ккал кг 2. Допустимые тепловые потери с 1 м пог трубопровода Расчет термического сопротивления теплоотдаче со стороны пара к внутренней стенке трубы и термического сопротивления стенки.

1. Термическое сопротивление теплоотдаче со стороны пара к внутренней поверхности трубопровода равно 4. Термическое сопротивление стенки из легнрованной стали Расчет толщины изоляции 1. Температура наружной поверхности стенки (внутренней поверхности изоляции) 2. Коэффициент теплопроводности изоляции из мастичного 3. Вспомогательный комплекс Проверка 1. Наружный диаметр изоляции dИЗ dСТ 2 ИЗ 0.152 2 0.185 0.523м 3. Термическое сопротивление изоляции составляет 4. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху 5. Термическое сопротивление теплоотдаче от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху равно 6. Расчетное значение температуры наружной поверхности Данное значение практически совпадает с ранее принятым (35 0С), поэтому пересчета не требуется.

Лекция 15. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ

Повышение давления жидкостей и их перемещение по трубопроводам осуществляется с помощью насосов. По роду перекачиваемой жидкости насосы, эксплуатируемые на нефтеперерабатывающих заводах подразделяются на:

нефтяные – используются для перекачки нефти и нефтепродуктов;

химические – служат для перекачки химически активных жидкостей (кислоты, щелочи и т.п.);

общего назначения – применяются для перекачки воды, неагрессивных растворов химических веществ и т.п.

По принципу действия насосы подразделяются на лопастные, в которых перемещение жидкости производится за счет энергии лопасти вращающегося колеса и объемные, в которых жидкость перемещается отдельными объемами.

В свою очередь, лопастные насосы подразделяются на:

объемные насосы подразделяются на:

Наиболее широко на нефтеперерабатывающих заводах применяются центробежные, поршневые, плунжерные, шестеренчатые и винтовые насосы.

Основными параметрами, характеризующими работу насосов вне зависимости от их принципа действия, являются: производительность, создаваемый напор, мощность и коэффициент полезного действия.

Производительностью (подачей) насоса Q, м3 с называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор H, м характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, на какую величину возрастает удельная энергия жидкости при прохождении через насос и может быть представлен как высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.

Определение необходимого напора, создаваемого насосом.

Для определения величины напора, создаваемого насосом, рассмотрим схему насосной установки (рис. 1). Запишем уравнение Бернулли для сечений 1 -1 и 1 / -1 / при всасывании, принимая за плоскость сравнения уровень жидкости в емкости всасывания (сечение 1 -1 ):

В свою очередь, уравнение Бернулли для сечений 1 / -1 / и 2 - 2 при нагнетании, если за плоскость сравнения принять плоскость, проходящую через ось насоса (сечение 1 / -1 / ) будет выглядеть следующим образом:

p1, и p2 - давления в емкостях всасывания и нагнетания соответственно, pВ, pН - давления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах соответственно, Па ;

v1, и v2 - скорости изменения уровня жидкости в емкостях всасывания и нагнетания соответственно, м с ;

vВ и vН - скорости жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах соответственно, м с ;

H В и H Н – высоты всасывания и нагнетания, соответственно, м;

hп.в и hп.н – потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, соответственно, м;

g 9,8 м с2 - ускорение силы тяжести.

Полный дифференциальный напор насоса пропорционален разности давлений в нагнетательном и всасывающем патрубках:

Подставив выражения (1) и (2) в (3) и принимая во внимание, что скорости изменения положения уровня жидкости в емкостях всасывания и нагнетания пренебрежимо малы по сравнению со скоростью движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах ( v1 v2 0 ), получаем общее выражение для расчета полного дифференциального напора насоса:

Первое и второе слагаемые уравнения (4) фактически представляют собой величины напора, затрачиваемого на преодоление разности давлений в емкостях всасывания и нагнетания и напора, затрачиваемого на создание разности скоростей во всасывающем и нагнетательном патрубках.

Введем следующие вспомогательные обозначения:

H Г H Н H В – полная геометрическая высота подъема жидкости;

hп hп.н hп.в – общее сопротивление трубопровода С учетом введенных обозначений, а также принимая во внимание, что диаметры нагнетательного и всасывающего патрубков, как правило, одинаковы ( vВ vН ), окончательно получаем:

Рассмотрим три наиболее распространенных частных случая применения уравнения (5).

Если давления в емкостях всасывания и нагнетания одинаковые ( p2 p1 ), то:

При транспортировке жидкости по горизонтальному трубопроводу При транспортировке жидкости по горизонтальному трубопроводу в случае равенства давлений в емкостях всасывания и нагнетания ( p2 p1 и Полное гидравлическое сопротивление трубопроводов hп складывается из линейного сопротивление трубопроводов hл и местных сопротивлений hм :

Линейное сопротивление трубопровода проявляется по всей его длине и обусловливается силами трения частиц жидкости между собой и о стенки трубопровода:

где:

- коэффициент гидравлического сопротивления;

l - длина трубопровода, м;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

трубопроводе, м с ;

Q – производительность насоса, м3 с Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от режима движения жидкости по трубопроводу и определяется по формулам:

- кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости, м2 с Местные сопротивления обусловлены различными конструктивными вставками в трубопроводы: колена, тройники, вентили и задвижки, которые приводят к резкому изменению направления скорости движения жидкости и, как следствие к потере напора. Местные потери напора подсчитываются по уравнению:

где - коэффициент местного сопротивления.

Значения, устанавливаются опытным путем и зависят от вида местного сопротивления. Средние значения для некоторых типов вставок приведены в табл. Средние значения коэффициентов местного сопротивления Вход в трубу без закругленных входных кромок 0, Колено с углом поворота 90° при радиусе закругления 0, больше 2d Вход во всасывающую коробку с обратным клапаном Если трубопровод состоит из нескольких отдельных участков различной длины и диаметра и включает в себя ряд местных сопротивлений, полную потерю напора во всем трубопроводе определяют как сумму потерь напора, вызываемых каждым сопротивлением в отдельности.

Определение допустимой высоты всасывания Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности давлений в емкости всасывания p1 и в насосе pВ. Данную величину можно выразить из уравнения (1):

или, с учетом того, что v1 0 :

Если жидкость перекачивается из открытой емкости, то давление p равно атмосферному pа. Во избежание кипения жидкости в насосе давление на входе в насос должно быть больше давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре перекачки ( pВ pt ).

Следовательно, высота всасывания не должна превышать некоторую предельно допустимую величину ( H В H S ), определяемую уравнением:

Из уравнения (13) следует, что при перекачивании из открытых резервуаров предельно допустимая высота всасывания H S не может быть больше высоты столба перекачиваемой жидкости, соответствующего атмосферному давлению. Величина последнего зависит от высоты места установки насоса над уровнем моря.

С повышением температуры давление насыщенного пара жидкости увеличивается и при температуре равной температуре начала однократного испарения (либо кипения) становится равным атмосферному давлению. При температурах близких к температуре начала однократного испарения насос устанавливают ниже уровня емкости всасывания, чтобы обеспечить необходимый подпор. В некоторых случаях в емкости всасывания создают избыточное давление.

При расчете высоты всасывания необходимо учитывать не только величину hп.в, но и инерционные потери (для поршневых насосов) и кавитационные потери (для центробежных насосов). Подробнее о расчете соответствующих поправок будет рассказано ниже.

Полезная мощность N П, Вт, передаваемая жидкости, равна произведению энергии, сообщаемой 1 кг жидкости gH, на массовый расход жидкости Q :

Мощность, потребляемая насосом (мощность на валу) N В, Вт больше полезной мощности в связи потерями энергии в насосе, относительная величина которых оценивается коэффициентом полезного действия (к. п. д.) насоса Н :

Коэффициент полезного действия Н характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса. Величина Н отражает относительные потери мощности в самом насосе и выражается произведением:

где:

производительности насоса Q к теоретической QT (учитывает потери производительности при утечках жидкости через зазоры и сальники насоса, а также вследствие неодновременного перекрытия клапанов и выделения воздуха из перекачиваемой жидкости при давлении ниже атмосферного — во время всасывания);

действительного напора насоса H к теоретическому HТ (учитывает потери напора при движении жидкости через насос);

М - механический к. п.д., характеризующий потери мощности на механическое трение в насосе (в подшипниках, сальниках и др.).

Величина Н зависит от конструкции насоса, качества его изготовления и монтажа, условий эксплуатации.

Мощность, потребляемая двигателем (номинальная мощность двигателя) NДВ больше мощности на валу N П на величину механических к насосу и в самом электродвигателе. Эти потери учитываются введением понятий к.n.д. передачи ПЕР и к.п.д. двигателя ДВ :

ПЕР ДВ Н ПЕР ДВ

Произведение Н ПЕР ДВ представляет собой полный к.п.д. насосной установки, который определяется как отношение полезной мощности N П к номинальной мощности двигателя N ДВ и характеризует полные потери мощности насосной установкой:

Н ПЕР ДВ V Г М ПЕР ДВ

Установочная мощность двигателя NУСТ рассчитывается по величине N ДВ с учетом возможных перегрузок в момент пуска насоса, возникающих в связи с необходимостью преодоления инерции покоящейся массы жидкости:

Здесь К - коэффициент запаса мощности; его значения определяют в зависимости от величины номинальной мощности двигателя N ДВ :

Лекция 16. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ В центробежном насосе всасывание и нагнетание жидкости происходит под действием центробежных сил, развиваемых вращающимся рабочим колесом с загнутыми назад лопатками. По числу рабочих колес, устанавливаемых последовательно на одном валу в корпусе, центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые, а по величине развиваемого напора - на насосы низкого давления (при напоре до 15 м), среднего давления (при напоре 1540 м) и высокого давления (при напоре свыше 40 м).

В центробежном одноступенчатом насосе (рис. 5) на валу 2 жестко закреплено рабочее колесо с криволинейными лопатками. Вал приводится во вращение от электродвигателя непосредственно через редуктор или через клиноременную передачу.

Рабочее колесо помещено в корпус 3 насоса, выполненный в виде спиральной камеры переменного сечения с напорным 4 и приемным патрубками. Напорный патрубок соединяется с напорным трубопроводом 5, а приемный — со всасывающим трубопроводом 6. На конце всасывающего трубопровода закрепляют сетку и обратный клапан. Сетка служит для задержания плавающих в перекачиваемой жидкости предметов, а обратный клапан позволяет заливать жидкостью насос и всасывающий трубопровод перед пуском его в работу, что является обязательным условием для центробежных насосов.

При вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая его каналы, перемещается от центра колеса к его периферии, поступает в спиральную камеру и оттуда в напорный патрубок 4. В центральной части насоса благодаря оттоку жидкости создается вакуум. Под действием внешнего давления, действующего на свободную поверхность жидкости, открывается обратный клапан, и жидкость по всасывающему трубопроводу поступает в насос. Таким образом, создается непрерывное движение жидкости через всю систему.

Рисунок 5 Одноступенчатый Рисунок 6. Центробежный насос с 1 – рабочее колесо, 2 – вал, 3 – 1 – направляющий аппарат, 2 – диффузор корпус, 4 – напорный патрубок, 5 – напорный трубопровод, 6 – всасывающий трубопровод, 7 – приемный патрубок В некоторых случаях рабочее колесо заключают в направляющий аппарат, который закрепляют в корпусе насоса между рабочим колесом и спиральной камерой (рис. 6).

Направляющий аппарат представляет собой кольцо, охватывающее с небольшим зазором рабочее колесо и состоящее из двух дисков с лопатками, отогнутыми в сторону, обратную направлению лопаток рабочего колеса.

Направляющий аппарат предназначен для уменьшения скорости жидкости, выходящей из рабочего колеса. При этом кинетическая энергия потока частично переходит в энергию давления: давление у выхода из направляющего аппарата всегда больше, чем при входе в него. Эту же задачу выполняет и диффузор 2, устанавливаемый иногда после выходного патрубка насоса: здесь жидкость теряет свою скорость из-за увеличения поперечного сечения диффузора.

Рисунок 7. Многоступенчатый общем валу устанавливаются несколько, центробежный насос: рабочих колес (рис. 7). Колеса 1 – колеса, 2 – переходные каналы располагаются в особых камерах, В некоторых случаях используют многоступенчатые центробежные насосы с группами параллельно соединенных рабочих колес. В пределах одной группы колеса соединены последовательно. С гидравлической точки зрения каждая группа работает самостоятельно: жидкость подводится к каждой группе по отдельным каналам из общего всасывающего трубопровода, проходит через рабочие колеса, а затем поступает в общую сборную камеру и далее в нагнетательный трубопровод. Подобные насосы используются в том случае, когда необходимо получить большую подачу жидкости.

Расчет напора, создаваемого центробежными насосами.

В каналах между лопатками рабочего колеса жидкость двигаясь вдоль лопаток, одновременно совершает вращательное движение вместе с колесом.

Определим полный напор, развиваемый рабочим колесом при перекачивании идеальной жидкости. Допустим, что колесо неподвижно, а жидкость движется по каналам между лопатками с той же скоростью, что и во вращающемся колесе. Абсолютные скорости движения жидкости на входе в колесо с1 и на выходе из колеса с2 являются каждая геометрической суммой относительной и окружной скоростей, поэтому их можно разложить (рис. 8) на относительные составляющие w1 и w2 (направленные вдоль лопаток) и окружные составляющие u1 и u2 соответственно (направленные по касательной к окружности вращения). Принимая за плоскость сравнения плоскость рабочего колеса, составим баланс энергии жидкости при прохождении ее через колесо по уравнению Бернулли:

Рисунок 8. Схема для расчета напора, создаваемого центробежным При вращении колеса жидкость на выходе приобретает дополнительную энергию А, равную работе центробежной силы на пути длиной r2 r1.

Тогда:

Если рабочее колесо вращается с угловой скоростью w, то центробежная сила С, действующая на частицу жидкости массой m, равна:

где:

G - вес частицы;

g - текущий радиус вращения частицы.

Работа AG, совершаемая центробежной силой при перемещении этой же частицы на пути r2 r1, составляет:

Произведение угловой скорости w на радиус вращения г равно окружной скорости u, поэтому w2 r22 u2 и w2 r12 u12, а работа. AG выразится уравнением:

Удельная,, работа, отнесенная к единице веса жидкости, равна удельнойэнергии, приобретаемой жидкостью в насосе. Поэтому:

Подставляя это выражение в уравнение (21), получим:

откуда В соответствии с уравнением Бернулли напоры жидкости на входе ьо вращающееся колесо Н1 и выходе из него Н2 составят:

Теоретический напор НТ насоса равен разности напоров на входе в колесо и выходе из него:

Из параллелограммов скоростей на входе в колесо и выходе из него (рис5) следует, что w12 u12 c12 2u1c1 cos 1 и w2 u2 c2 2u2c2 cos 2.Тогда уравнение (28) запишется в виде:

Уравнение (29) называется основным уравнением центробежных машин Эйлера и может быть применено к расчету всех центробежных машин, в том числе турбогазодувок, турбокомпрессоров и» вентиляторов.

Оно верно в том случае, когда все частицы жидкости движутся в насосе по подобным траекториям. Это возможно лишь при условии, что рабочее колесо имеет бесконечно большое число лопаток и сечение канала для прохода жидкости невелико.

Обычно жидкость, поступая из всасывающего трубопровода, движется по колесу в радиальном направлении. В этом случае угол между абсолютным значением скорости жидкости на входе в рабочее колесо и окружной скоростью 1 900 (что соответствует условию безударного ввода жидкости в колесо). Тогда уравнение (29) упрощается:

Входящая в уравнение (30) величина угла между абсолютным значением скорости жидкости на выходе из рабочего колеса 2 не может быть определена. Поэтому удобнее вместо нее использовать величину угла наклона лопаток. Из параллелограмма скоростей на выходе из колеса (рис. 5) находим:

откуда:

Уравнение (31) показывает, что напор насоса пропорционален квадрату числа оборотов рабочего колеса (так как u2 D2 n ) и зависит от формы лопаток. При этом возможны три случая:

Отсюда следует, что теоретически наибольший напор достигается в насосе с лопатками, загнутыми в направлении вращения колеса, наименьший — в противоположном направлении. Несмотря на это насосы изготавливают с небольшими углами ( 2 900 ) наклона лопастей, так как с возрастанием увеличиваются гидравлические потери и уменьшается гидравлический к. п.

д. насоса.

На практике напор, создаваемый рабочим колесом центробежного насоса H, м можно ориентировочно подсчитать по формуле:

Действительный напор насоса меньше теоретического, так как часть энергии жидкости расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса и жидкость в нем при конечном числе лопаток не движется по подобным траекториям. Действительный напор составляет где:

Г 0,8 0,95 - гидравлический к. п. д. насоса, равный;

- коэффициент, учитывающий конечное число лопаток в насосе.

Значительные потери напора, возникающие в центробежном насосе, обусловливают снижение его общего к. п. д.

Производительность центробежного насоса Q соответствует расходу жидкости через каналы шириной b1 и b2 между лопатками рабочего колеса (рис. 8):

где:

- толщина лопаток;

z - число лопаток;

b1 и b2 - ширина рабочего колеса на внутренней и внешней окружностях соответственно;

с1r и c2r - радиальные составляющие абсолютных скоростей на входе в колесо и выходе из него ( c1r c1 ).

Для уменьшения гидравлических потерь на входе жидкости в рабочее колесо скорость с1r. принимают равной скорости жидкости во всасывающем трубопроводе.

Формула для приближенного расчета производительности Q, м с выглядит следующим образом:

Величина коэффициента K2 определяется в зависимости от размеров патрубка:

d Н ……………………… Предельно допустимая высота всасывания центробежных насосов определяется по уравнению (13) с учетом поправки на кавитацию:

Кавитация возникает при высоких скоростях вращения рабочих колес центробежных насосов и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса.

Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счет гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Кавитационная поправка вычисляется из уравнения:

где:

Q – производительность насоса, м3 с ;

n – скорость вращения вала насоса, c 1 ;

H – напор насоса, м Характеристики насосов представляют собой графические зависимости напора H, потребляемой мощности NВ и к. п. д. насоса Н от его производительности Q при постоянном числе оборотов n. Эти зависимости получают при испытании центробежных насосов, изменяя степень открытия задвижки на нагнетательной линии; они приводятся в каталогах на насосы.

Характер зависимостей H, NВ и Н от Q для центробежных насосов можно установить исходя из анализа основного уравнения центробежных машин, преобразованного к виду (31), и уравнения производительности насоса (33).

Как следует из параллелограмма скоростей (рис. 5), радиальная составляющая скорости жидкости на выходе из колеса равна c2r w2 sin 2 ; из уравнения (33), пренебрегая толщиной лопаток ( = 0), получим уравнение (31) приводит к однозначной связи между теоретическим напором HТ и производительностью Q центробежного насоса, которая имеет вид:

Из этого уравнения следует, что при постоянном числе оборотов рабочего колес когда лопатки его загнуты в направлении, обратном направлению вращения колес ( 2 900 и tg2 0 ), напор насоса падает с увеличением производительности и при некотором предельном значении ее Q Qmax может стать равным нулю. Потери напора, возникающие при движении жидкости через рабочее колесо, приводят к тому, что характер действительной зависимости H Q отклоняются от теоретической, описываемой уравнением (36).

Потребляемая насосом мощность NВ не будет равна нулю на всем интервале от Q 0 до Q Qmax из-за наличия различного рода потерь, отмеченных выше, на компенсацию которых необходимо затрачивать энергию. Эти потери возрастают с увеличением производительности насоса, поэтому зависимость N В Q имеет характер монотонно возрастающей функции с началом в некоторой точке на оси ординат.

Рисунок 9. Универсальная характеристика интервале от Q 0 до центробежного насоса Снимая характеристики насоса при различных числах оборотов насоса (n1, п2, п3,...), получают ряд зависимостей H Q (рис. 9). На каждой кривой H Q выделяют точки, отвечающие некоторому постоянному значению к. п.

д. ( Н /, Н //, Н ///,...), которые соединяют между собой плавной линией. Эти линии ограничивают области, внутри которых к. п. д. наcoca имеет значение не меньшее, чем указанное на границе области, Линия p p соответствует максимальным значениям к.п.д. при данных числах оборотов рабочего колеса. Полученные таким путем графические зависимости между напором, к. п. д. и производительностью насоса при различных числах оборотов колеса называют универсальными характеристиками. Пользуясь универсальной характеристикой, можно установить пределы работы насоса (соответствующие максимальному значению к. п. д.) и выбрать наиболее благоприятный режим его работы.

Работа насосов на сеть. Совместная работа насосов.

При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т. е.

трубопровода и аппаратов, через которые перекачиваются жидкости.

Характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости Q и напором H, необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Напор H может быть определен как сумма геометрической высоты подачи HГ и потерь напора hn (согласно 5а). Потери напора пропорциональны квадрату расхода жидкости:

где k - коэффициент пропорциональности.

Тогда характеристика сети выразится зависимостью, представляющей собой уравнение параболы:

Совмещение характеристик сети и насоса показано на рис. 10. Точка А пересечения этих характеристик называется рабочей точкой; она отвечает наибольшей производительности насоса Q1 при его работе на данную сеть.

Если требуется более высокая производительность, то необходимо либо увеличить число оборотов электродвигателя, либо заменить данный насос насосом большей производительности. Увеличение производительности может быть достигнуто также путем уменьшения гидравлического сопротивления сети hn. В этом случае рабочая точка переместится по характеристике насоса вправо. Насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка соответствовала требуемым производительности и напору.

Рисунок 10. Совмещение характеристик насоса и а – параллельное соединение; б – Как уже отмечалось ранее, на практике иногда применяют параллельное или последовательное соединение насосов, работающих на данную сеть.

При параллельном соединении общую характеристику насосов получают сложением абсцисс характеристик каждого из насосов для данного напора. На рис. 11а показана характеристика двух одинаковых насосов, работающих параллельно. Совмещение характеристики сети с общей характеристикой насосов показывает, что рабочая точка В в этом случае соответствует производительности Q2 большей, чем производительность одного насоса Qt (точка А). Однако общая производительность всегда будет меньше суммы производительностей насосов, работающих отдельна друг от друга, что связано с параболической формой характеристики сети. Чем круче эта характеристика, тем меньше приращение производительности. Поэтому параллельное включение насосов используют для увеличения производительности насосной установки, когда характеристика сети является достаточно пологой. Увеличение напора при этом незначительно.

При последовательном соединении насосов общую характеристику получают сложением напоров насосов для каждого значения производительности.

На рис. 11б представлена общая характеристика двух одинаковых насосов, соединенных последовательно. Точка пересечения этой характеристики с характеристикой сети (рабочая точка В) соответствует суммарным напору и производительности (H2 и Q2) последовательно соединенных насосов, работающих на данную сеть. При таком соединении насосов удается значительно увеличить напор, если характеристика сети является достаточно крутой.

Коэффициент быстроходности (удельное числом оборотов) представляет собой число оборотов такой геометрически подобной модели колеса, которая при одинаковом к.п.д. и производительности 0,075 м3/с развивает напор 1 м. Коэффициент быстроходности является основной характеристикой серии подобных насосов, имеющих одинаковые углы 2 и 2 (рис. 9) быстроходности nS, мин1 можно определить по уравнению:

где:

n - число оборотов насоса, мин-1;

Q - производительность насоса при максимальном к,п.д., м3/с;

Н - полный напор насоса, м.

Из уравнения (39) следует, что при постоянном числе оборотов колеса коэффициент быстроходности возрастает с увеличением производительности и уменьшением напора. Поэтому в общем случае тихоходные колеса применяют для получения повышенных напоров при малой производительности, а быстроходные – для достижения высоких производительностей при небольших напорах.

Колеса центробежных насосов в зависимости от коэффициента быстроходности делятся на три основных типа:

Типоразмеры и маркировка центробежных насосов.

Применяемые в настоящее время центробежные насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими видами насосов:

- обеспечивают равномерность подачи;

- обладают высокой быстроходностью;

- компактны;

- могут быть использованы для перекачивания загрязненных жидкостей.

Недостатки центробежных насосов:

- невозможность создания больших давлений;

- уменьшение производительности с увеличением напора;

- низкий к.п.д;

- необходимость заливки насоса перед пуском его в работу.

Центробежные насосы стандартизованы. Они выпускаются на различные производительности и давления На нефтеперерабатывающих заводах получили широкое распространение стальные центробежные нефтяные насосы: консольные (НК) по ТУ 26-02-455—82 и двухопорные (НСД, НПС) по ТУ 26-02-767—72 и ТУ 26-56-929—75. На рис. приводится поле (зависимость Q H ) для нефтяных насосов этих типов. На поле приведена также характеристика стального насоса 2НГК-41.

В условном обозначении консольных и двухопорных насосов находит отражение их техническая характеристика.

Рисунок 12. Поле Q H стальных нефтяных насосов Консольные насосы. Пример: НК 65/35-125В16СОПТВ 65/35 - в числителе - подача при роторе 1, в знаменателе - подача при роторе 2, м3/ч;

125 - напор, м ст. жидкости;

В - направление входного патрубка (В — вертикальный, Г — горизонтальный);

1 - вариант ротора;

б - вариант диаметра рабочего колеса;

С - материал насоса;

ОП (возможны три буквы) - тип уплотнения вала;

ТВ (возможна одна буква) - климатическое исполнение;

2 - категория установки.

Двухопорные насосы. Пример: НСД 200/700-16ХДТТВ Д - двухкорпусный;

200 - подача при роторе 1, м3/ч;

700 - напор м. ст. жидкости;

исполнение аналогично первому насосу.

Пример: НПС 200/700- 16СДКТС П - с плоским разъемом корпуса;

далее - аналогично предыдущим примерам.

На НПЗ эксплуатируются также центробежные насосы нормального ряда: НК (нефтяной консольный), НГК (нефтяной консольный горячий), Н (нефтяной с двухсторонним вводом сырья), НГД (нефтяной горячий, с двухсторонним вводом сырья). В настоящее время эти насосы выпускаются по ТУ 26-02-1258—80 и ТУ 26-02-392—77. Сводный график полей Q—H насосов нормального ряда, которые выпускаются в настоящее время, приведен на рис. 10. Ниже дана расшифровка условного обозначения насоса этого типа.

Пример: 4НК-51 (6НКЭ-61, 8НД-61) 4, 6, 8 — диаметр входного патрубка, уменьшенный в 25 раз;

Э - насос на одном валу с электродвигателем (электронасос);

Д - колесо двойного входа;

5,6 - коэффициент удельной быстроходности колеса, уменьшенный в 10 раз;

1 - число ступеней.

Рисунок 13. Поле Q H чугунных нефтяных насосов Кроме упомянутых насосов на НПЗ применяются ненормализованные центробежные нефтяные насосы типов НДв, НДс, НС (секционный), НВ (вертикальный), НА (артезианский), а также нефтяные насосы для магистральных нефтепроводов типа НМП, НМ, НПВ.

В табл. 4 представлены основные технические показатели центробежных нефтяных насосов.

Основные показатели нефтяных центробежных насосов Лекция 17. ОСЕВЫЕ НАСОСЫ Рисунок 14. Осевой (пропеллерный) Корпус 1 насоса представляет собой 1- корпус, 2 – приводной вал, 3 – рабочее Осевые насосы имеют высокий колесо, 4 – направляющий аппарат с Лекция 18. ПОРШНЕВЫЕ И ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ В поршневых насосах вытеснение жидкости из замкнутого пространства производится путем возвратно-поступательного движения поршня.

На рис. 15 показана принципиальная схема поршневого насоса, состоящего из двух основных частей — гидравлической и приводной.

Гидравлическая часть, предназначенная для перекачки жидкости, состоит в основном из цилиндра, в котором движется возвратнопоступательно поршень 2 со штоком 11, и клапанов 3 и 4, помещенных в специальные клапанные коробки. Всасывающий клапан 3 отделяет внутреннюю полость насоса от всасывающего трубопровода 5, а нагнетательный клапан 4 — от нагнетательного трубопровода 6.

Приводная часть насоса служит для передачи энергии от двигателя к поршню. Она состоит в большинстве случаев из кривошипно-шатунного механизма, включающего кривошип 7, шатун 8, ползун 9 и направляющие для ползуна. Кривошип 7 жестко посажен на вал двигателя или редуктора и вращается вместе с ним.

Кривошип шарнирно соединен с шатуном 8, который также шарнирно связан с ползуном 9. При вращении кривошипа шатун 8 перемещает ползун в направляющих 10 взад и вперед. Благодаря этому совершает возвратнопоступательное движение и поршень 2, связанный с ползуном штоком 11.

Поршневой насос работает следующим образом. При движении поршня вправо (по чертежу) жидкость засасывается во всасывающий трубопровод 5, под действием возникающего в цилиндре разрежения приподнимает клапан 3 и заполняет внутреннюю часть цилиндра 1. При движении поршня влево давлением жидкости закрывается клапан 3 и открывается клапан 4, жидкость движущимся поршнем из цилиндра вытесняется в нагнетательный трубопровод 6. При этом движение поршня оказывается неравномерным: его скорость непрерывно изменяется от нуля в крайних положениях до максимального значения в среднем положении.

Процессы поступления жидкости по всасывающему трубопроводу в насос и вытеснения ее из насоса в напорный трубопровод повторяются в течение всего времени работы насоса, обеспечивая непрерывное поступление жидкости к месту назначения.

Рисунок 15. Поршневой насос Рисунок 16. Поршневой насос клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – нагнетательные клапаны всасывающий трубопровод, 6 нагнетательный трубопровод, 7 – кривошип, 8 – шатун, 9 – ползун, 10 – Насос, представленный на рис. 15, подает жидкость один раз за один полный оборот кривошипа. Подобные насосы называются насосами простого или одинарного действия.

Кроме насосов одинарного действия, в промышленности нашли широкое использование поршневые насосы многократного действия, в которых за один полный оборот кривошипа жидкость подается в напорный трубопровод два и большее число раз. В соответствии с этим они называются насосами двойного, тройного, четверного и т. д. действия.

В поршневом насосе двойного действия (рис. 16) четыре клапана (по два с каждой стороны): два всасывающих 1 и 1/ и два нагнетательных 2 и 2/.

При движении поршня вправо (по чертежу) в левой части цилиндра этого насоса происходит всасывание, в правой — нагнетание. При обратном движении поршня, наоборот, справа происходит всасывание, слева — нагнетание. Насос тройного действия (рис. 17 представляет собой агрегат, составленный из трех насосов простого действия, которые работают от одного коленчатого вала и на один напорный трубопровод. Кривошипы закрепляют на валу под углом 120° друг к другу. Благодаря этому в каждом из трех насосов агрегата циклы всасывания и нагнетания не совпадают, и жидкость подается в напорный трубопровод равномернее, чем одним насосом одинарного действия. Насос четверного действия представляет собой агрегат из двух насосов двойного действия, также работающих от одного вала на общие всасывающий и напорный трубопроводы. Кривошипы отдельных насосов в этом случае располагают на коленчатом валу под углом 90° друг к другу.