Проект мазутного хозяйства для производственно-отопительной котельной производительностью 46 т/ч

1. Введение

Мазутное хозяйство проектируется для производственно-отопительной котельной производительностью 46 т/ч в городе Орел. Котельная состоит из трех котлов ДКВР-20−13-ГМ. Мазут доставляется железнодорожным транспортом цистернами по 60 м³. Мазут топочный марки М100, VII вида. Для данной марки мазута температура разогрева составляет 60 ⁰С, температура в резервуаре 80 ⁰С, для пуска циркуляционного насоса 42 ⁰С.

2. Слив мазута из железнодорожных цистерн

2.1 Расчет сливных эстакад

1. Требуемое число эстакад для слива:

(2.1)

где G_ч — суммарный часовой расход мазута всеми котлами, кг/ч;

k_З — коэффициент неравномерности поступления составов с мазутом, принимаем k_З=1,2;

— длительность слива одного состава с учетом времени на его подачу и отправку, = 2 часов [1];

G_дост — масса мазута в мазутохранилище (10 суточный запас).

При числе котлов n_к=3 суммарный часовой расход мазута составляет:

(2.2)

часовой расход мазута котлом (по паспортным данным), 1960 кг/ч

10 суточный расход мазута составляет 1411,2 т.

Принимаем число сливных эстакад равным одной эстакаде.

2. Считаем количество цистерн в составе:

(2.3)

_М — плотность мазута при температуре слива кг/м³, определяется по формуле:

(2.4)

где _м20 — плотность мазута при t=20 °С, составляет 1027 кг/м³;

— температурная поправка, равна 0,476 1/К; t — температура мазута, °С.

V_ц — емкость цистерны, V_ц=61,2 м³.

3. Суммарная длина сливных эстакад:

м (2.5)

где l_Ц — длина цистерны по буферам, l_Ц=12,02 м;

2.2 Расчет сливных желобов

1. Расчетная площадь межрельсового сливного желоба (без учета площади, занимаемой в нем паропроводами):

(2.6)

где v — скорость течения мазута в желобе, из рекомендуемого диапазона 0,10,6 м/с принимаем v=0,4 м/с;

G_МАЗ — количество топлива, которое должно проходить по желобу в единицу времени. Определяется как соотношение емкости цистерны ко времени ее слива, принято время слива =2 ч (слив механизированный):

(2.7)

2. Задавшись шириной желоба b=1,320 м, определяем высоту H₂ из соотношения:

(2.8)

Принимаем высоту лотка на 15 см больше расчетной. Таким образом, H₂=0,166 м. Проектируем лоток симметричным, то есть принимаем H₂=H₃.

3. Исходя из величины уклона i=0,02, вычисляем высоту H₁:

H₁ = H₂+iL/2, м (2.9)

где L — длина сливного желоба, L=78,12 м.

H₁ = 0,166+0,0278,12/2 = 0,95 м;

4. Выполним проверку высоты H₁ по выше приведенной методике:

Принимаем максимальное значение H₁ из двух вычисленных.

Окончательно H₁=0,95 м.

2.3 Конструирование отводной трубы

1. Диаметр отводных труб определяют по формуле:

(2.10)

где — кинематическая вязкость мазута при температуре слива, м²/с;

м²/с (2.11)

где t — температура мазута, °С.

G — расход сливаемого мазута, G=0,051 м³/с;

l — длина отводной трубы, l=30м;

z — разность отметок оси отводной трубы у желоба и у приемного резервуара, z=0,6 м;

m и ₁ — величины, зависящие от режима течения. Так как мазут является вязкой средой, то в большинстве случаев реализуется ламинарный режим течения. При ламинарном режиме:

2. Принимаем ближайший подходящий диаметр из стандартного ряда диаметров D_nS 27 310,

d_вн =253 мм.

Проверяем режим течения по критериальному числу Рейнольдса:

— площадь поперечного сечения трубы

(2.12)

— скорость мазута в трубопроводе

(2.13)

(2.14)

Режим течения ламинарный.

2.4 Расчет расхода теплоты на разогрев мазута в цистерне

1. Расход теплоты на 1 кг мазута:

q_ц=c_ср(t_раз-t_о), кДж/кг (2.15)

где t_раз — конечная температура разогрева, t_раз=60⁰С;

t₀ — температура окружающей среды, принимаем t₀=-10⁰С [1];

c_ср -теплоемкость при средней температуре мазута:

c_ср=1738+2,5t_ср, кДж/кг*К, (2.16)

где t_ср=2/3t_раз+1/3t₀=2/360+1/3(-10)=36,7, С (2.17)

c_ср =1738+2,536,7=1830 Дж/кг*⁰С.

q_ц=1830(60-(-10))=128,1 кДж/кг.

2. Расход теплоты для разогрева всего мазута в цистерне:

Q_ц= q_ц*V_ц*_ср, кДж/1 цистерну (2.18)

где _ср определяется по формуле (3.4) для t_ср.

Q_ц =128,161,21 027 =8,05 ГДж/1 цистерну.

3. Время разогрева мазута _р= _р+с —_с =8 -2=6 ч

4. Часовой расход тепла:

Q_час=Q_ц/_р=8,05/6 =1,34 ГДж/ч = 372,75 кВт (2.19)

5. Потери в окружающую среду:

Q_п = F_ц k_ц (t_ср t₀), кВт (2.20)

где F_ц — площадь поверхности охлаждения цистерны, F_ц=93 м² [1];

k_ц — коэффициент теплопередачи через стенку цистерны, для неизолированной цистерны k_ц=7 ккал/(чКм²)=0,0081 кВт/Км².

t₀ — средняя температура самого холодного месяца, для г. Орел t₀=-32⁰С (СНиП 23−01−99 Строительная климатология).

Q_п = 93 0,0081 (36,7 (-32)) = 51,75 кВт.

6. Потребное количество теплоты на одну цистерну:

Q = Q_час+Q_п = 372,75+51,75 = 424,5 кВт, (2.21)

7. Расход пара на разогрев одной цистерны:

(2.22)

где — коэффициент теплоусвоения, =0,8.

r— скрытая теплота парообразования при данном давлении пара (1,4 МПа), r=2086кДж/кг.

3. Определение типоразмеров и количества резервуаров мазутного хозяйства

3.1 Приемные резервуары

Емкость и количество приемных резервуаров должны обеспечить бесперебойный слив мазута из цистерн. Котельные, сжигающие мазут, оборудуются одним приемным баком, емкость которого зависит от суммарного расхода мазута на котельную. Поскольку суточный расход для нагрузки при средней температуре наиболее холодного месяца более 1000 т/сут (G=1411,2 т/сут) принимаем емкость приемного резервуара равной 400 м³. Резервуар проектируем размерами 87,57 м.

3.2 Основные резервуары

Емкость топливохранилища принимается в зависимости от назначения и способа доставки топлива. Принимая во внимание то, что мазут является резервным видом топлива для данной котельной и доставка его осуществляется по железной дороге, емкость хранилища рассчитываем на 10-суточный расход по формуле:

(3.1)

Где _М — плотность мазута при температуре хранения (рассчитывается по формуле (3.4) при 42⁰С) _М=1025кг/м³.

В качестве топливохранилища принимаются два резервуара, в сумме емкость которых должна быть не меньше расчетной V_рез. Из типовых проектов резервуаров подбираем цилиндрические стальные резервуары объемом V_рез=700 м³ каждая. Высота — 8845 мм; диаметр — 10 430 мм.

3.3 Расчет высоты обвалования

Надземные резервуары объемом до 40 000 м³ необходимо обваловывать.

Высота обваловки парка мазутных резервуаров определяется по формуле:

(3.2)

где — суммарная емкость резервуаров, м³;

— - площадь обваловки, м*м;

— - площадь, занятая резервуарами, м².

Если расчетная высота h<1 м, то принимают h=1 м.

План обвалования приведен на рисунке 1

L₁ для надземных принимается равным диаметру резервуара, 10 430 мм, L₂ — 5 000 мм.

а = 2* L₂ + L₁ + D₁ + D₂ = 2*5 000 + 10 430 + 10 430 + 10 430 = 41 290мм в = 2* L₂+ D₁ (D₂) = 2*5000 + 10 430 = 20 430 мм.

Принимаем высоту обвалования 1,04 м.

4. Расчет подогревателей мазутного хозяйства

4.1 Выбор способа подогрева

Разогрев мазута осуществляется посредством циркуляционной схемы мазутоснабжения. Мазут к насосам поступает из основных емкостей. В схеме обязательна линия циркуляции мазута из котельной в расходную емкость и на всос насосов. Линия циркуляции (мазутопровод) меньше диаметром, чем прямой мазутопровод из мазутонасосоной в котельную. На циркуляцию подается около 15% мазута от общего количества, поступающего в котельную.

Для учета расхода топлива необходима установка мазутомеров как на прямой, так и на обратной линии (циркуляционной). Прямая и обратная линии изолируются вместе с паровой, поступающей на подогреватели мазутного хозяйства.

4.2 Подбор теплообменного оборудования

4.2.1 Расчет подогревателя на циркуляцию

Расчет теплопотерь через стенки резервуара и требуемой величины теплового потока на нагрев мазута в резервуаре осуществляется для одного резервуара, поскольку объемы резервуаров топливохранилища одинаковы.

1. Длительность подогрева мазута от t_н до t_к:

(4.1)

где t_к — конечная температура разогрева мазута в резервуаре, для данной марки мазута принимается равной 80⁰С;

t_н температура хранения мазута t_н, принимают равной температуре, при которой вязкость мазута равна 300⁰ ВУ (максимально допустимая вязкость, при которой возможен пуск циркуляционного способа подогрева). Для мазута М100 при 300⁰ ВУ t_н=42⁰С.

t_п^" — температура на выходе из подогревателя t_п^«=100⁰С, принимается на 10⁰С ниже температуры вспышки мазута данной марки (t_всп^М100=110⁰С). Температура t_п^» учитывает теплопотери в окружающую среду;

t_п' - температура на входе во внешний теплообменник, равна минимальной температуре хранения мазута t_н.

M — количество мазута в резервуаре, кг;

(4.2)

где V_р — объем мазута в резервуаре, V_р=1400 м³ (считаем, что резервуары заполнены полностью);

_м^ср — плотность мазута при средней температуре мазута в резервуаре :

t_ср^рез= t_н + t_к /2=(42+80)/2=61⁰C:

где — плотность мазута данной марки при 20⁰С, для мазута М100 =1015 кг/м³;

— температурная поправка, равна 0,489 1/К

b — количество циркулирующего мазута:

(4.3)

где c_ср — теплоемкость мазута при средней температуре мазута в подогревателе t_ср=0,5*(100+42)=71 ⁰С, определяется по формуле:

c_ср=1738+2,5*t_ср;

c_ср=1738 + 2,5*71 = 1915,5 Дж/кг*⁰С;

k_р — усредненный коэффициент теплопередачи через стенку резервуара в окружающую среду, Вт/м²К. Цилиндрический резервуар имеет три поверхности охлаждения — стенка, крыша и дно, — каждая из которых имеет свой коэффициент теплопередачи. Усредненный коэффициент теплопередачи находится по формуле:

(4.4)

где k_р^ст, k_р^крыша, k_р^дно — коэффициенты теплопередачи через стенку, крышу и дно резервуара соответственно. k_р^ст=0,698 Вт/м²⁰С; k_р^крыша=0,1136 Вт/м²⁰С; k_р^дно=0,1163 Вт/м²⁰С. Коэффициенты теплопередачи соответствуют теплоизолированному резервуару минеральной ватой толщиной _из=100 мм;

F^ст, F^крыша, F^дно — площади стенок, крыши и дна резервуара соответственно. При известных диаметре D и высоте H резервуара находятся по упрощенным формулам:

(4.5)

(4.6)

Общая площадь резервуара F_р=289,7+85,4+85,4=460,5 м²

2. Тепловая мощность внешнего подогревателя:

Вт (4.7)

где Qн — часть тепловой мощности подогревателя, затрачиваемая на разогрев мазута от температуры tн до tк и компенсацию тепловых потерь через стенки резервуара в окружающую среду;

Q_п — потери теплоты в окружающую среду через стенку теплообменника.

а) Расход теплоты на один резервуар:

(4.8)

Теплопотери двух резервуаров составят:

б) Потери теплоты в окружающую среду от остального оборудования циркуляционного контура мазутного хозяйства. Учитываем теплопотери в подогревателе.

(4.9)

где k_из — коэффициент теплопередачи через поверхность охлаждаемой поверхности. Определяется по формуле:

(4.10)

Здесь t_из — средняя температура изоляции. В расчете принята t_из=40 ⁰С.

t₀ — температура окружающего теплообменник воздуха. Теплообменники из-за больших габаритов устанавливают на открытой площадке возле здания мазутонасосной, поэтому t₀=-34⁰С.

;

F_из — площадь изолированной поверхности теплообменного аппарата. Задавшись числом секций n=3, принимаем F_из=5,482 м²

t_из — разность между температурой греющей среды (температура насыщения пара при давлении в котле) и окружающей среды:

t_из = (t_п-t₀) = 158,84-(-32) = 190,08 ⁰С.

3. Расход пара на подогреватель определяется по формуле:

(4.11)

где _п — КПД подогревателя с учетом мазутопроводов, _п=0,8;

i_п, i_к — энтальпия пара и конденсата соответственно;

r — скрытая теплота парообразования при p=0,6 МПа и t_п=159⁰С r=2090,39 кДж/кг;

4. Разогрев мазута осуществляется в подогревателе типа «труба в трубе». Нагревательный элемент этих подогревателей состоит из двух труб — внутренней диаметром 594 (ds), длиной L=5,1 м и наружной диаметром 1084 (DS). По внутренней трубе движется мазут, навстречу ему в «противоток» по межтрубному пространству подается насыщенный пар под давлением 0,6 МПа (до 0,6 МПа).

Скорость мазута принимается v_м=1,6 м/с (1,41,7 м/с).

Расчет конструктивных размеров одной секции теплообменного аппарата:

— площадь теплообмена:

— площадь сечения трубок для прохода мазута:

— площадь канала для прохода пара (площадь поперечного сечения межтрубного пространства):

5. Физические свойства мазута при t_ср^м (t_ср^м= t_п^" + t_п' =(100+42)/2=71 ⁰C):

плотность:

(4.12)

где — плотность мазута данной марки при 20⁰С, для мазута М100

=1015кг/м³;

в_р — коэффициент объемного расширения 1/К, для М100 в_р=0,489 1/К.

теплоемкость:

(2.16)

коэффициент теплопроводности:

(4.12)

коэффициент температуропроводности:

(4.13)

коэффициент кинематической вязкости:

при t=71 ⁰С

6. Определяем расчетную площадь поперечного сечения для прохода мазута при средней плотности мазута и заданной скорости v_м=1,5 м/с:

(4.14)

7. Расчетное число параллельно установленных секций по мазуту m вычисляем по формуле:

(4.15)

Принимаем число параллельно установленных подогревателей m = 1.

8. Определяем фактическую скорость мазута в подогревателе при m параллельно установленных секций:

(4.16)

9. Скорость пара w_п:

(4.17)

где _п — плотность пара при давлении и температуре пара, _п=3,11 кг/м³;

10. Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара внутри труб (от пара к стенке) ₁:

(4.18)

где L — длина рабочей части обогреваемых трубок, L=5,1 м;

11. Критерий Пекле:

(4.19)

12. Критерий Нуссельта:

(4.20)

где d_вн.тр. — внутренний диаметр нагреваемой трубки, d_вн.тр=0,051 м;

13. Коэффициент теплоотдачи от стенки к мазуту:

(4.21)

14. Коэффициент теплопередачи от стенок трубок к мазуту:

(4.22)

где — толщина стенки трубки, =0,004 м;

_ст — коэффициент теплопроводности материала трубок. Трубки выполнены из стали, _сталь=52 Вт/м⁰С;

15. Среднелогарифмический температурный напор:

(6.28)

16. Средняя плотность теплового потока:

q=k*t_ср; (4.23)

q=179,54*84,57=15 183,7 Вт/м²

17. Расчетная поверхность теплообмена:

(4.24)

18. Рассчитываем число последовательно установленных секций мазутоподогревателя n:

(4.25)

19. Фактическая площадь теплообмена составляет:

(4.26)

20. Показателем соответствия заданных параметров мазута фактическим (наблюдаемым при эксплуатации) является невязка :

(4.27)

Результаты теплового расчета сведены в табл. 6.1.

Гидродинамический расчет:

Определяем число Рейнольдса при средней вязкости мазута в подогревателе:

1. Число Прандтля при средних параметрах мазута:

(4.28)

2. Температура стенки со стороны пара:

(4.29)

3. Температура стенки со стороны мазута:

(4.30)

4. Физические свойства мазута при t_ст2 определяются по формулам (5.145.18):

плотность = 905,5 кг/м³;

теплоемкость c = 2108,8 Дж/кг*⁰С;

коэффициент теплопроводности = 0,131 Вт/м*⁰С;

коэффициент температуропроводности a = 6,87*10^-8 м²/с;

коэффициент кинематической вязкости = 1,07*10^-5 м²/с.

5. Определяем число Прандтля для мазута с параметрами в пристенном слое:

(4.31)

6. Коэффициент гидравлического трения мазута вычисляем по формуле:

(4.32)

7. Сопротивление трению _тр:

(4.33)

8. Коэффициенты местного сопротивления _м учитывают:

— вход и выход из теплообменника _м=1,52=3,0;

— поворот на 180⁰ через колено _м=2,02=4;

Таким образом, _м=3,0+4,0=7,0.

9. Потери давления в местных сопротивлениях подогревателя:

(4.34)

10. Суммарные потери давления мазута в подогревателе составляют:

(4.35)

Результаты гидродинамического расчета сведены в таблицу 4.2.1.

4.2.2 Расчет подогревателя мазута перед горелками

1. Тепловой поток на разогрев мазута от температуры t_п^'=80⁰С до температуры t_п^«=120⁰С (температура при которой достигается требуемая вязкость перед форсунками 2,5−3,0 ⁰ВУ):

(4.36)

где G_м — расход мазута через подогреватель, равен G_м=1,88 кг/с;

с_ср^м — теплоемкость мазута при средней температуре мазута в подогревателе.

t_ср = (t_п^' + t_п^") / 2 = (80 + 120) / 2 = 100⁰С.

Теплоемкость мазута вычисляется по формуле,

(4.37)

2. Тепловые потери через стенки подогревателя:

(4.38)

где k_из — коэффициент теплопередачи через изолированную стенку, определяется по формуле (6.12) при заданной t_из=40⁰С, k_из=4,44 Вт/м²⁰С;

F_из — площадь изолированной поверхности при заданном числе секций n=4, F_из=11,71 м²;

t₀ — температура окружающей среды, так как теплообменник устанавливается на открытой площадке около мазутонасосной, то принимаем t₀=-32⁰С;

3. Общая мощность подогревателя:

(4.39)

Далее расчет выполняется аналогично пунктам 3−20 по формулам 4.13−4.33 теплового расчета подогревателя и пунктам 111 по формулам 4.34−4.42 гидродинамического расчета подогревателя раздела 4.2. Результаты расчета сведены в таблицу 4.2.1.

Таблица 4.2.1 «Расчет подогревателей типа «труба в трубе»

4.2.3 Расчет погружного подогревателя мазута приемной емкости

При сливе мазута из железнодорожных цистерн топливо через отводную трубу попадает в приемную емкость, объем которой при проектировании принимаем равной 400 м³. В приемной емкости устраивается паро-змеевиковый погружной подогреватель.

В качестве теплоносителя применяется насыщенный пар при p=0,6 МПа (t_нас=158,84⁰С). Расчет подогревателя ведем по упрощенной методике.

1. По известной норме на 1 тонну мазута М100 в емкости f=0,45 м²/т определяем поверхность нагрева змеевика:

F_н = f M^расх, м² (4.40)

где M^расх — масса мазута в приемной емкости:

M^расх = _ср V_рез/1000, т (4.41)

где V_рез — емкость приемной емкости, V_рез = 400 м³;

_ср — плотность мазута при средней температуре t_ср^м = (t^'+t^")/2 = (40+60)/2 = 50⁰С:

M^расх = 990,11 400 / 1000 = 396 т

F_н = 0,45 396 = 178,22 м²

Определяем расход пара на подогреватель принимая удельный расход пара g=10 кг/м²ч:

D_п = g F_н/3600, кг/с

D_п = 10 178,22/3600 = 0.49 кг/с.

Задавшись диаметром змеевика (ds=573,5), определяем его длину:

L = F_н/ d, м

L = 10,73/(3,14 0,057) = 59,97 м.

Результаты расчета сведены в таблицу 4.2.2

Таблица 4.2.2 «Расчет погружных парозмеевиковых подогревателей»

5. Гидравлический расчет мазутопроводов

Расчет схемы мазутного хозяйства состоит из определения расходов и диаметров мазутопроводов. Узловыми точками мазутопроводов являются узлы, в которых изменяется расход или его температура. Определения диаметров приводится в пункте 7. «Гидравлический расчет мазутопроводов».

Участок 1. Приемная емкость — основные резервуары (см. пункт 3.3)

G=0.23 м³/с Участок 2. Основные резервуары — горелки на котлы (см. пункт 3.1)

G=1,88 кг/с Участок 3. Основные резервуары — теплообменник на рециркуляцию (см. п. 4.2.1).

G=0.66 кг/с Участок 4. Горелки на котлы — основные резервуары Принимается 15% от расходы на котлы

G=0.282 кг/с В качестве примера гидравлического расчета мазутопровода рассмотрим участок «приемная емкостьосновной резервуар».

1. Задаемся скоростью перемещения мазута в трубопроводе, V_маз=1 м/с.

2. Определяем диаметр при известном объемном расходе мазута по формуле

м (5.1)

3. Округляем диаметр до стандартного d_ф=0,530 мм (53 012) и пересчитываем скорость

м/с.

4. Определяем число Рейнольдса Режим течения ламинарный.

5. Коэффициент гидравлического трения определяем по формуле Пуазейля

(5.2)

6. Потери давления в мазутопроводе

МПа (5.3)

где l₀ — фактическая длина мазутопровода по плану l₀=80 м;

Результаты вычислений сводим в таблицу 5.1. При суммировании потерь на участках мазутопроводов потерями в выносных подогревателях пренебрегаем ввиду их малости (0,2 и 0,3 кПа) Таблица 5.1 «Гидравлический расчет мазутопроводов»

6. Подбор насосного оборудования

По расходу мазута и потерям давления (с учетом разности высот) подбираем насосы.

1. Участок № 1 (приемный — основной резервуары).

Напор Н = 1,2*(Н_пут +Н_под + Н_ф), м, (6.1)

где Н_пут — потери в мазутопроводе (см раздел 5);

Н_под — высота подъема мазута, принимается равным 10 м;

Н_ф — потери давления в фильтре грубой очистки, Н_ф =11 м.

Н = 1,2*(Н_пут +Н_под + Н_ф)=1,2*(1, 4 + 10 + 11) = 27 м Подача

G = 1,1*G_ф*3600, м³/ч, (6.2)

где G_ф — фактический расход мазута на данном участке

G = 1,1*G_ф*3600 = 1,1*0,051*3600 = 202, м³/ч.

К установке принимаем 2 установки погружных дренажных насоса Иртыш ПД 150/315.322 — 37/4.

2. Участок № 2 (основные резервуары — подогреватель — горелки — резервуар) Напор Н = 1,2*(Н_пут +Н_п + Н_ф + Н_гор), м, (6.3)

где Н_пут — потери в мазутопроводе 127 (см раздел 5);

Н_ф — потери давления в фильтре тонкой очистки, Н_ф =9 м;

Н_п — потери давления в подогревателе перед форсунками 0,06 (см раздел 4.2)

Н_гор — сопротивление горелки по паспортным данным, Н_гор = 2 МПа = 200 м Н = 1,2*(Н_пут +Н_п + Н_ф + Н_гор) = 1,2*(127 + 0,06 + 9 +200)=403,3 м Подача

G = 1,1*G_ф*3600, м³/ч, где G_ф — фактический расход мазута на данном участке;

G = 1,1*G_ф*3600 = 1,1*0,46*3600 = 1,82 м³/ч.

К установке принимаем 2 установки А1 3 В 1/100 с размерами 1198×300×443

Участок № 3 (основные резервуары — циркуляционный подогреватель — основные резервуары) Напор Н = 1,2*(Н_пут +Н_п), м =1,2(0,3476+92,5)=111,4 м

G = 1,1*G_ф*3600 = 1,1*0,25*3600 = 1 м³/ч.

К установке принимаем 2 насоса А1 3 В 0,6/63.

7. Подбор запорно-регулирующей арматуры, фильтров, узлов

На мазутопроводах применяется стальная арматура первого класса герметичности типа 30с941нж1. На всасывающих и нагнетающих мазутопроводах, выходящих из мазутонасосной установлена запорная арматура для отключения в аварийных ситуациях.

Для поддержания необходимого давления в магистральных мазутопроводах в начале линии циркуляции установлен клапан «до себя» Ду32.

Все мазутопроводы при установке на них электрозадвижек должны быть заземлены.

Для очистки мазута от механических примесей, оседающих в трубопроводах и оборудовании, применены фильтры грубой и тонкой очистки типа ФМ.

8. Расчет расхода пара на мазутное хозяйство и проектирование паропроводов-спутников

слив цистерна резервуар мазутный насосный Для подогрева мазутопроводов используются паровые спутники. Паровой спутник представляет собой паропровод, расположенный параллельно обогреваемому мазутопроводу и приваренный по всей его длине. Сверху мазутопровод и паровой спутник покрываются общим теплоизоляционным слоем. В мазутных хозяйствах электростанций и котельных основной целью паровых спутников является сохранение постоянной температуры мазута при его транспортировании или к резервуарам хранения и раздачи или по территории станции к капельным установкам Число спутников, их диаметр и параметры греющего пара зависят от температуры и диаметра обогреваемого трубопровода. Диаметр паропроводов — спутников обычно выбирается 25−75мм. давление пара — 0.3−1,0МПа температура пара — 158 °C.

Обогреваемый трубопровод размещается совместно со спутниками в одном изоляционном кожухе, который монтируется обычно из гибких металлов, а также минераловатных теплоизоляционных матов, матов из стеклянной ваты, минерального войлока и других материалов.

Для лучшего обтекания парового спутника воздухом между ним и изоляцией устраивается с помощью специальной подкладки зазор, равный примерно 10 мм.

В случае, когда не определены диаметры паропроводов, их можно выбрать из таблицы 8.25. в зависимости от диаметров мазутопроводов.

Разбивка участков мазутопроводов для расчета паровых спутников соответствует гидравлическому расчету. Длины участков определяются по чертежу плана мазутного хозяйства.

Расчет спутников паропроводов Исходные данные:

— температура мазута на входе в мазутопровод t_мн, ^оС;

— массовый расход мазута на данном участке G_м, кг/с;

— наружный d_мн и внутренний d_мв диаметр мазутопровода, м;

— теплопроводность материала стенок мазутопровода л_м.ст, Вт/м*К;

— температура пара на входе в паровую спутники t_ПН, ^оС;

— то же давление Р_ПН, Па;

— теплопроводность материала стенок паропровода л_п.ст, Вт/м*К;

— длина трубопровода L, м;

— температура окружающего воздуха t_В, ^оС;

— материал изоляции;

— толщина изоляции д, м.

Исходные данные сведены в таблицу (8.1)

Таблица 8.1 «Исходные данные для расчета паровых спутников»

Толщину изоляции принимаем 50 мм.

Расчет:

1. Задаемся температурой воздуха под кожухом t _в.к, °С, принимая ее в первом приближении в виде

t_в.к = 0,5*(t_п+t_н) (8.1)

2. Определяем удельное количество теплоты q, отдаваемое паровыми спутниками в воздух под кожухом по следующей методике.

Задаемся значением температуры стенки парового спутника:

t_ст.п = 0,5*(t_п+ t_в.к) (8.2)

Используемый пар является сухим насыщенным, значит он будет конденсироваться на стенках трубопроводов и коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам будет определяться по формуле Г. Н. Кружилина:

(8.3)

где, (8.4)

— , — плотности насыщенной воды и пара при заданных t_ПН, ^оС и Р_ПН, МПа, кДж/кг;

— х — степень сухости пара на входе, равен 1;

— Э — коэффициент влияния материала труб, для стали 1,14.

Критериальные числа:

(8.5)

где — скорость пара, для сухого насыщенного принимаем равным 40 м/с;

— - внутренний диаметр паропровода, м;

— - кинематическая вязкость пара при заданных параметрах, м²/с;

(8.6)

где — изобарная теплоемкость пара, кДж/кг*К ;

— - теплопроводность пара, Вт/м*К;

Определяем коэффициент теплоотдачи б_{п.ст.в.к} Вт/м²*К от стенок паровых спутников в воздух под кожухом с помощью таблицы 8.26.

Вычисляем коэффициент теплопередачи к_п.в, Вт/м°С, от пара в паровых спутниках в воздух под кожухом:

(8.7)

уточняем значение t_ст.в:

(8.8)

Находим погрешность расчета, которая должна быть в пределах 10%:

*100% (8.9)

Если? больше 10%, то t_ст.в задаем снова и повторяем расчет.

Определяем удельное количество теплоты q Вт/м, отдаваемое паровыми спутниками в воздух под кожухом:

(8.10)

3. Определяем удельное количество теплоты q₁, отдаваемое от воздуха под кожухом мазуту в мазутопроводах.

Задаемся температурой стенки мазутопровода в области, обогреваемой паровыми спутниками:

t_ст.в = 0,5*(t_м+ t_в.к), (8.11)

Определяем коэффициент теплоотдачи б_{в.к.ст.м} Вт/м²*К от стенок паровых спутников в воздух под кожухом с помощью таблицы 8,27.

Рассчитываем коэффициент тепло отдачи б_ст.м, от стенок трубопровода к мазуту (для ламинарного режима, т.к. Re<2200 был найден в разделе 5):

Вт/м²*К, (8.12)

где (8.13)

м — температурный коэффициент объёмного расширения теплоносителя, К^?1 ;

— g — ускорение свободного падения, 10 м/с².

Вычисляем коэффициент теплопередачи к_м.в, Вт/м°С, от воздушного пространства под кожухом к мазуту в трубопроводе:

(8.14)

Уточняем значение t_ст.в:

(8.15)

Находим погрешность расчета, которая должна быть в пределах 10%:

*100% (8.16)

Если? больше 10%, то t_ст.в задаем снова и повторяем расчет.

Определяем удельное количество теплоты q₁ Вт/м, отдаваемое паровыми спутниками в воздух под кожухом:

(8.17)

где в — угол, соответствующий поверхности мазутопроводов, соприкасающейся с воздухом в кожухе. Находиться по формуле из таблицы 8.28.

(8.18)

4. Вычисляем удельное количество теплоты q₂ Вт/м передаваемое от воздуха под кожухом в окружающую среду.

Находим среднюю температуру окружающей среды, °С, в области паровых спутников, для мазутопроводов, прокладываемых над землей t_о.п = t_в = -34 °С.

Задаемся начальным приближением температуры стенки изоляции со стороны паровых спутников t_и.п1 и температуры стенки изоляции со стороны пространства, окружающего изоляцию:

t_и.п1 = t_в.к-3, °С (8.19)

t_и.п2 = t_о.п+3, °С (8.20)

Определяем среднюю температуру изоляции в области паровых спутников:

t_и.п=0,5*(t_и.п1 + t_и.п2), °С (8.21)

Находим теплопроводность изоляционного материала, пользуясь таблицей 8.30 :

Вт/м· °C (8.22)

Определяем коэффициент теплоотдачи б_в.к.и от воздуха под кожухом к изоляции, который в большинстве случаев можно принять равным 14 Вт/м²*°С.

Коэффициент теплоотдачи от изоляции в области паровых спутников в окружающую среду определяется по таблице 8.31.

Принимаем б_и.о.п = 10,47 Вт/м²· °С.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи, Вт/м*К, от воздушного пространства под кожухом в окружающую среду в области спутников:

(8.23)

Где, м (8.24)

(8.25)

вычисляется при =0.

В зависимости от о= по таблице 8.32.

(8.26)

Определяем удельное количество теплоты, переданное от воздуха под кожухом в окружающее пространство в области паровых спутников:

Вт/м² (8.27)

5. Уточнение t_в.к производится по следующей методике:

⁰С (8.28)

Находим погрешность расчета, которая должна быть в пределах 10%:

*100% (8.29)

Если? больше 10%, то t_вк, q₁, q₂ считаем снова и повторяем расчет.

6. Определяем количество теплоты q₀, отданное мазутом в окружающую среду через стенки мазутопровода и изоляцию:

Находим среднюю температуру окружающей среды, °С, в области паровых спутников, для мазутопроводов, прокладываемых над землей t_о.п=t_в=-34 °С.

Задаемся начальным приближением температуры стенки изоляции со стороны паровых спутников t_и.т1 и температуры стенки t_и.т2 изоляции со стороны пространства, окружающего изоляцию:

t_и.т1 = t_в.к — 3 °C (8.30)

t_и.т2 = t_о.п + 3 °C (8.31)

определяем среднюю температуру изоляции в области паровых спутников:

t_и.п = 0,5*(t_и.п1 + t_и.п2) °С (8.32)

Находим теплопроводность изоляционного материала по формуле (8.20).

Коэффициент теплоотдачи от изоляции в области мазута в окружающую среду определяется по таблице 8.31.

Принимаем б_и.о.п = 10,47 Вт/м²· °С.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи от мазута в окружающую через стенку трубопровода и изоляцию по формуле:

(8.33)

Уточняем значение t_и.т1 и t_и.т2 :

(8.34)

(8.35)

Находим погрешность расчета аналогично формулам (8.14) и (8.27).

Рассчитываем удельное количество теплоты, Вт/м, отданное мазутом в окружающую среду через изоляцию:

(8.36)

по таблице 8.28.

Суммарные потери от 1 метра трубы:

Вт/м (8.37)

По заданной скорости пара в формуле (8.5) и диаметрам поровых спутников, определяем расход пара для спутников:

(8.38)

где — плотность пара, кг/м³.

Результаты расчета сводим в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 «Расчет паровых спутников»

Расход пара на подогреватели состоит из расходов на подогреватель перед форсунками, циркуляционный подогрев и подогрев в приемном резервуаре: Gп = 0,026 + 0,056 + 0,49 = 0,572 кг/с = 2,1 т/ч Суммарный расход пара на спутники:

Gп = 0,099 + 0,016 + 0,016 + 0,016 + 0,016 + 0,016 = 0,179 кг/с = 0,644 т/ч.

9. Компенсация тепловых удлинений

9.1 Самокомпенсация за счет угловых поворотов

Температурные деформации при самокомпенсации компенсируются естественными поворотами трубопроводов. Естественные повороты возникают как на основных участках трассы (горизонтальные), так и в местах ввода в здания (вертикальные). Трасса разбивается неподвижными опорами на участки самокомпенсации в соответствие с принятыми схемами. Наибольшие напряжения возникают в местах защемления трубопровода в неподвижных опорах и на углах поворота трубопровода.

Напряжения изгиба у и реакции в опорах Р_х и Р_у для участков самокомпенсации могут быть вычислены по формулам [4]:

Па

i = a, b, c

Для «Г» — образной схемы:

— С (разность температур теплоносителя и окружающей среды);

— Е=2*10⁵МПа (модуль упругости стали).

Расчет будет сделан для мазутопровода и паропровода-спутника, т.к. они имеют разные диаметры и разности температур.

Результаты вносим в таблицу 9.1 и 9.2.

Таблица 9.1 «Самокомпенсация мазутопроводов»

Расчеты показывают, что естественная компенсация удовлетворяет необходимым требованиям предельных значений возникающих напряжений.

Таблица 9.2 «Самокомпенсация паропроводов»

Расчеты показывают, что естественная компенсация удовлетворяет необходимым требованиям предельных значений возникающих напряжений.

9.2 Расчет компенсаторов

Проверим необходимость установки Побразного компенсатора в пролете мазутопроводов от Н1 до Н2.

Тепловое удлинение составляет:

(9.1)

где б_t=0,12 ;

l — длина участка трубопровода, 18,8 м;

t₀= - температура наиболее холодной пятидневки, -34⁰С;

t_м — температура мазута в трубопроводе, 80⁰С.

Схема П-образного компенсатора.

Гнутые П — образные компенсаторы характеризуются следующими параметрами: вылетом плеча L_K, створом (шириной плеча) b, радиусом гнутья R_r, длиной прямой вставки вылета L_K' и длиной прямой вставки плеча компенсатора b'.

Выпускаемые промышленностью колена имеют радиус кривизны R = (2−8)D_H, Примем R = 4* D_H.

R = 4*273 = 1092 мм.

Прямые вставки на полке и вылете компенсатора должны быть не меньше 5* D_H :

b' = 5* D_H = 5*273 = 1365 мм. L_K'=5* D_H = 5*273 = 1365 мм Ширина полки

b = b'+2R = 1365 + 2*1092 = 3549 мм Вылет компенсатора

L_K = L_K' +2R = 1365 + 2*1092 = 3549 мм Откуда находим:

(9.2)

Компенсирующая способность вычисляется:

мм (9.3)

где — компенсирующая способность, мм;

— - модуль упругости стали, равен 2*10⁵ МПа;

— - допустимое напряжение на изгиб, принимаем 120 МПа.

отсюда находим, Д =129мм Сравнивая значения Д, полученные в п. 9.1 и п. 9.2, видим, что на данном участке достаточно установить один П — образный компенсатор, он будет компенсировать требуемые температурные удлинения. Но донный участок имеет эстакаду через дорогу, при этом вылет L_K эстакады, превышает вылет компенсатора, поэтому установка отдельного компенсатора не обязательна, т. е. естественные изгибы мазутопровода будут полностью компенсировать температурное удлинение.

Данный участок (между первой и второй неподвижной опорой) имеет наибольший диаметр, поэтому требует наибольшего вылета П-образного компенсатора, значит, эстакада через дорогу для других трубопровод также скомпенсирует тепловые удлинения.

По аналогичной схеме рассчитаем компенсаторы для участка между мазутонасосоной и неподвижной опорой Н1 (см. план мазутного хозяйства).

R = 4*273 = 1092 мм.

Прямые вставки на полке и вылете компенсатора должны быть не меньше 5*D_H :

b' = 5* D_H = 5*273 = 1365 мм. L_K'=5* D_H = 5*273 = 1365 мм Ширина полки

b = b'+2R = 1365 + 2*1092 = 3549 мм Вылет компенсатора

L_K = L_K' +2R = 1365 + 2*1092 = 3549 мм Откуда находим:

(9.4)

Компенсирующая способность вычисляется:

мм (9.5)

где — компенсирующая способность, мм;

— - модуль упругости стали, равен 2*10⁵ МПа;

— - допустимое напряжение на изгиб, принимаем 120 МПа.

отсюда находим, Д =129мм