Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Расчет глубоковакуумной утилизационной опреснительной установки

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Ротаметр (датчик расхода); 2 — соленомер; 3 — трубопроводы подвода и отвода греющей воды к испарителю; 4 — трубопровод для отвода конденсата; 5 — трубопровод подвода греющего пара; 6 — конденсатор; 7 — жалюзийный сепаратор; 8 — отбойный конус пароводяной смеси; 9 — воздушно — рассольный эжектор; 10 — трубопровод отвода рассола; 11 — насос забортной воды;12 — трубки греющей батареи; 13 — сборник… Читать ещё >

Расчет глубоковакуумной утилизационной опреснительной установки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Введение

Основной целью выполнения курсового проекта по дисциплине «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства» для курсантов третьего курса судомеханического факультета МГУ им. адм. Г. И. Невельского (специальности 658 000) является:

— расширение, закрепление и систематизация теоретических и практических знаний по специальности, полученных при изучении курса, и приобретение опыта самостоятельного выполнения расчетов.

Выполнение курсового проекта по опреснительной установке позволяет расчётным путём получить взаимосвязи параметров рабочего процесса и определить конструкционные данные оборудования в виде площади поверхности теплообмена, компоновочных размеров основных узлов установки (греющей батареи, камеры испарения, конденсатора). Произвести гидравлический расчёт и осуществить подбор оборудования, обслуживающего установку (конденсатный насос, насос забортной воды) и выполнить графическую часть проекта.

В качестве расчетной схемы для курсового проекта принимается схема глубоковакуумной утилизационной опреснительной установки на базе отечественного опреснителя типа «Д».

В целях расширения знаний в области эксплуатационной тематики в проект входят расчёты:

— влияния на производительность спроектированной опреснительной установки изменения температуры забортной воды;

— влияния на производительность спроектированной опреснительной установки наличия накипи в греющих элементах.

1. Краткое описание конструкции опреснительной установки типа «Д» и ее работы Данные водоопреснительные установки относятся к установкам с испарителями кипящего типа, работающие при постоянном давлении и при производительности до 25 т/сутки. Такие водоопреснительные установки в судовой практике в настоящее время находят самое широкое применение.

Схема утилизационной вакуумной установки типа «Д» приведена на рис. 1.

Ее особенности состоят в следующем. Теплообменная часть греющей батареи включает вертикально установленные мельхиоровые трубки, развальцованные в латунных трубных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. Пар из этих трубок поступает в конденсатор, который имеет горизонтальные трубки, развальцованные также в латунных трубных досках. Часть забортной воды, прокачиваемой через конденсатор, отводится на питание испарителя, а оставшаяся используется в качестве рабочей в эжекторе, который предназначен для удаления паро-воздушной смеси из конденсатора и рассола из подогревателя за борт. За счет конденсации пара в конденсаторе и работы эжектора в водоопреснительной установки поддерживается глубокий вакуум. В качестве источника теплоты, поступающего в греющею батарею испарителя, чаще всего используется охлаждающая вода главного двигателя с температурой 60−70 °С, может использоваться пар от утилизационного вспомогательного котла.

Дистиллят из конденсатора поступает в специальный сборник, необходимый уровень в котором поддерживается с помощью поплавкого регулятора. Дистиллят откачивается затем в цистерну, с помощью дистиллятного насоса, при этом его некоторая часть пропускается через соленомер.

В случае засоления дистиллят с помощью электромагнитного клапана возвращается в испаритель.

Водоопреснительные установки данного типа полностью автоматизированы, поставляются в виде агрегата на общей раме со всеми обслуживающими агрегатами и приборами.

Контроль режима работы водоопреснительной установки осуществляется с помощью термометров; измеряются температуры греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него, а также на выходе из конденсатора.

Контроль вакуума в водоопреснительной установке осуществляется по вакуумметру.

Технические характеристики утилизационных дистилляционных водоопреснительных установок приведены в таблице 1

Таблица № 1 — Характеристики опреснительных установок типа «Д»

Тип установки

Производительность, т/сут

Расход греющей воды при 60 °C, м3

Расход охлажд. воды при 30° С, м3

Солесо-держание дистиллята, мг/л

Габаритные размеры

Д2у

3,2

15−16

18−20

1590*1130*1000

Д3у

6,3

33−45

35−40

1780*1215*1120

Д4у

12,5

65−70

55−60

2000*1676*1390

Д5у

110−135

90−100

2400*1950*1600

Рис. 1 Схема утилизационной вакуумной водоопреснительной установки типа Д:

1 — ротаметр (датчик расхода); 2 — соленомер; 3 — трубопроводы подвода и отвода греющей воды к испарителю; 4 — трубопровод для отвода конденсата; 5 — трубопровод подвода греющего пара; 6 — конденсатор; 7 — жалюзийный сепаратор; 8 — отбойный конус пароводяной смеси; 9 — воздушно — рассольный эжектор; 10 — трубопровод отвода рассола; 11 — насос забортной воды;12 — трубки греющей батареи; 13 — сборник дистиллята; 14 — насос откачки дистиллята; 15 — электромагнитный клапан.

2. Тепловой расчет утилизационной вакуумной опреснительной установки с обогревом греющей водой от ГД Таблица 2 — Определение параметров вторичного пара

Наименование величины

Обоз-наче;

ние ние

Способ определения

Способ вычис-ления

Значе-ние

1.

Производительность, кг/с

G2

Задано

0,0926

2.

Температура греющей воды,0 С

Задано

3.

Температура забортной воды, °С

tз.в.

Задано

280C

4.

Температура греющей воды на выходе из греющей батареи, ° С

tг. в.

tг. в. — снижение температуры в греющей батарее (8−10) ° С

5.

Средняя температура греющей воды, ° С

t

(+)/2

6.

Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе, °С

tз.в.

см. 1] табл.3

(4−10)° С

7.

Температура забортной воды, выходящей из конденсатора, °С

t'з.в

tз.в.+tз.в.

8.

Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе, ° С

tохл

(tз.в.+tз.в /2

9.

Температурный напор в конденсаторе, ° С

tк

(t-tохл)/(1+),

где Ккн=2

10.

Температура вторичного пара, ° С

t2

tохл+tк

43,2

11.

Давление вторичного пара, кПа

P2

из таблицы 1, или приложения

8,7

12.

Энтальпия вторичного пара, кДж/кг

i2

из таблицы 1, или приложения. приложения

2579,7

13.

Теплота парообразования.

кДж/кг

r2

из таблицы 1, или приложения.

2398,9

14.

Удельный объем, м3/кг

из табл. 1,[4]

16,7

Таблица 3 — Тепловой расчет греющей батареи и определение конструктивных элементов

Наименование величины

Обоз-начение

Способ определения

Способ

вычис-ления

Значе-ние величины

1.

Расход питательной воды, кг/с

G

(1+)G2,

где =3 коэффициент продувания

0,37

2.

Количество продуваемого рассола, кг/с

Gпр

G2

0,278

3.

Температура питательной

воды, ° С

tп.в.=t'з.в

tз.в.+tз.в.

4.

Тепловая мощность для подогрева и испарения, кВт

Q

Gcп.в.(t2-tп.в.)+G2r2,

где сп.в теплоёмкость питательной воды

5.

Массовый расход пресной греющей воды, кг/с

Gгр

Q/[cгр(-)],

где =0,85 — коэффициент сохранения теплоты, сгр— теплоёмкость греющей воды, см [1]

8,19

6.

Объёмный расход греющей воды, м3

Wгр

Gгр/,

где — плотность греющей воды, см. табл.5 или приложение

0,834

теплоемкость и плотность греющей воды брать при температуре

7.

Диаметр труб греющей батареи: наружный, м внутренний, м

dн

dв

0,016

0,014

0,016

0,014

8.

Скорость греющей воды в межтрубном пространстве, м/с

Принимается (0,8…1,2)

1,2

9.

Критерии Рейнольдса для потока пресной греющей воды

Re1

dн/,

гдекоэффициент кинематической вязкости для греющей воды при ,

см. табл. 5 или приложение

10.

Критерий Нуссельта для потока пресной греющей воды

Nu

0,0263,

где Prкритерий Прандтля для греющей воды при t1,

см. [1], табл. 5 или приложение

11.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам греющей батареи, Вт/(м2K)

Nu/dн,

где — коэффициент теплопроводности для греющей воды при, см. [1], табл. 5 или приложение

12.

Средняя температура стенки труб греющей батареи, ° С

tст

(+)/4+(t2+tп.в.)/4

49,3

13.

Средняя разность температур труб и испаряемой воды, °С

t

tст -(t2+tп.в.)/2

9,7

14.

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к испаряемой воде, Вт/(м2К)

25,52,

где Р2 -кПа

15.

Температурный напор в греющей батарее, К

tн

16.

Коэффициент теплопередачи в греющей батарее, Вт/(м2МК)

Ки

где — толщина стенки трубы, м

коэффициент теплопроводности мельхиора

17.

Тепловая

плотность, Вт

Ф

1000Q

18.

Поверхность нагрева греющей батареи для чистой стенки, м2

Fн

Ф/киtн

6.99

19.

Число труб греющей

батареи, шт.

nн

Fн,

где lн=>Д

lн — длина греющей батареи в первом приближении 0,8 м

20.

Эквивалентный диаметр трубного пучка греющей батареи, м

ДЭ

0,513

Sн=1,3dн — шаг труб; zн=1 — число ходов греющей воды;

=(0,7… 0,8) коэффициент заполнения трубной доски.

21.

Отношение

lнЭ

1…1,6

1,8

В случае несовпадения делают перерасчет с п. 19, приняв другую величину lн

22.

Диаметр камеры испарения, м

Д

0,906

= (1,35…2,5) м3/(м2с) — напряжение зеркала испарения стр. 133;

— удельный объем пара м3/кг (из расчета)

23.

Высота парового пространства камеры

испарения, м

Н

0,41

= (147,8…369,5) м3/(м3с) — напряжение парового объема, стр. 133;

Дв — эквивалентный диаметр трубного пучка конденсатора, м.

Таблица 4 — Тепловой расчет конденсатора и определение конструктивных элементов

Наименование величины

Обозна-чение

Способ определения

Способ вычисления

Значение величины

1.

Тепловая мощность отводимая от конденсатора вторичного пара, кВт

Qп

G2(i2-iд)

222,4

iд — энтальпия дистиллята из таблиц водяного пара, как функция =Р2 — Р; Р =(0,1…0,4) кПа — паровое сопротивление конденсатора, см. стр. 47

2.

Кратность охлаждения

m

(i2-iд)/(cз.в.tз.в.)

сз.в. — теплоемкость забортной воды, см. [1], табл. 4 или приложение

3.

Расход охлаждающей воды:

массовый, кг/с; объёмный, м3

Gз.в.

Wз.в.

mG2

Gз.в./з.в.

7,1

0,698

з.в. — плотность забортной воды, см. табл. 4 или приложение

4.

Среднелогарифмическая разность температур в конденсаторе, °С

tк

10,4

tд — температура дистиллята, определяемая по значению из таблиц водяного пара

5.

Диаметр трубок конденсатора

dн

dв

0,016

0,014

0,016

0,014

6.

Критерий Рейнольдса для потока охлаждающей воды

Reов

dв/

= 1…2,5 м/с — скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора,

см. [1], стр. 30. Коэффициент кинематической вязкости для охлаждающей воды при tзв, см приложение

7.

Критерий Галилея для дистиллята

Gaд

Gdн3/vд2

100· 106

vд — коэффициент кинематической вязкости для дистиллята при tд, см прилож.

8.

Критерий Кутателадзе для дистиллята

Kuд

r2/cд(t2-tд)

cд — теплоемкость для дистиллята при tд, см приложение

9.

Критерий Нуссельта для дистиллята

Nuд

0,87

Prд — критерий Прандтля для дистиллята при tд, см приложение

10.

Коэффициент теплоотдачи от пара к трубкам конденсатора, Вт/(м2K)

б

Nuд/dн

— коэффициент теплопроводности для дистиллята при tд, см приложение

11.

Критерий Нуссельта для потока охлаждающей воды

Nuов

0,0263Re0,8Pr

Prов — критерий Прандтля для потока охлаждающей воды при tзв, см приложение

12.

Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к охлаждающей воде, Вт/(м2K)

б

ловNuов/dв

— коэффициент теплопроводности для потока охлаждающей воды при tзв,

см приложение

13.

Коэффициент теплопередачи в конденсаторе, Вт/м2К

Кк

где — толщина стенки трубы, м

коэффициент теплопроводности мельхиора

14.

Поверхность охлаждения конденсатора, м2

Fк

1000Qп/KкДtк

2,33

15.

Число трубок в конденсаторе, шт.

nк

zк — 2…4 число ходов охлаждающей воды;

d в= 0,014 м — внутренний диаметр трубок конденсатора.

16.

Эквивалентный диаметр трубного пучка конденсатора, м

Дк

0,239(0,6)

Sк = 1,3dн — шаг труб; dн = 0,016 м — наружный диаметр труб конденсатора;

= 0,6… 0,7 — коэффициент заполнения трубной доски.

17.

Длина труб конденсатора, м

Lк

Fк/dнnк

1,29

3. Гидравлический расчет Цель гидравлического расчета опреснительной установки — определение потерь давления забортной воды в трубках конденсатора и воды в греющей батарее.

Величина гидравлического сопротивления определяет мощность насосов для перемещения охлаждающей забортной воды и греющей воды в батарее, что характеризует совершенство опреснителя.

Гидравлическое сопротивление складывается из двух составляющих: потери напора на преодоления трения и потери напора на преодоление местных сопротивлений:

P=Pтр.+Pм.

Потери давления на трение, Pтр, в прямом канале определяют по формуле

Pтр=, кПа, где — коэффициент сопротивления трению;

l — длина канала, м;

dэ — эквивалентный диаметр канала, м;

— скорость движения рабочей среды в канале, м/с;

— плотность рабочей среды.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Рм, рассчитывается по формуле:

Рм=, кПа, где — коэффициент местного сопротивления.

Коэффициент сопротивления трения зависит от режима движения жидкости (критерий Re) и от степени шероховатости стенок трубок. При режиме течения (Rе<2300) шероховатость практически не имеет влияния и коэффициент сопротивления трения подсчитывается по формуле

=64/ Rе.

При турбулентном движении и невысоких значениях критерия Рейнольдса (Re до 105), шероховатость трубок также не имеет большого значения и коэффициент трения может быть определен по формуле:

=1,8lg Rе — 1,5.

Методика расчета гидравлического сопротивления опреснителя при движении забортной воды в трубках конденсатора и греющей воды в межтрубном пространстве представлена в таблицах 5 и 6.

Таблица № 5 — Определение гидравлических сопротивлений полости охлаждающей воды конденсатора

Наименование величины

Обозна-чение

Способ определения

Способ вычисления

Значение величины

1.

Толщина трубной доски, м

Sтр

Принимается

0,04

2.

Полная длина греющих трубок, м

Ln

lk+2Sтр+0,01

1,38

3.

Число Рейнольдса для потока забортной воды

Re2

где см. 1], табл.3

4.

Коэффициент сопротивления трения

0,022

5.

Потери напора при движении воды по трубкам, кПа

Pв1

13,79

6.

Коэффициент, учитывающий потери напора при входе воды в трубки и выходе из них

Принимается

1,5

7.

Потери напора при входе в трубки и выходе из них, кПа

Pв2

19,08

8.

Коэффициент, учитывающий потери напора при поворотах воды в крышках конденсатора

Принимается

1,5

9.

Потери напора при поворотах воды в крышках, кПа

Pв3

4,77

10.

Скорость охлаждающей воды в патрубках, м/с

Принимается

11.

Коэффициент местного сопротивления входной и выходной камер

Принимается

2,5

12.

Потери напора в

патрубках, кПа

Pв4

4,07

13.

Коэффициент загрязнения

Принимается

1,25

14.

Общее гидравлическое сопротивление, кПа

Pвк

(Pв1+Pв2+Pв3+Pв4)

52,1

4. Исследование и расчет влияния температуры забортной воды на производительность спроектированной опреснительной установки Во время эксплуатации опреснительной установки в значительной степени может колебаться температура забортной воды, подаваемой на охлаждение конденсата и питание опреснителя.

В этих условиях температура забортной воды изменяется от 2 до 30 °C, вместе с этим меняется вакуум в конденсаторе и температурный напор. По опытным данным производительность опреснителя падает на 1…2% при увеличении температуры забортной воды на 1 °C.

Влияния колебания температуры забортной воды на производительность опреснительной установки можно определить, выполнив вариантные расчеты эксплуатационных параметров опреснительной установки при различных значениях температуры забортной воды при +5; 10;15; 20; 25; 30 oС с последующим построением графика (см. табл.6).

Таблица № 6

Наименование величины

Обозна;

чение

Способ определения

Значение величины

tз.в., oC

1.

Задаваемые температуры забортной воды

2.

Температура питательной воды, °С

tп.в.

tз.в.+tз.в.

tз.в.=(410oC)

3.

Средняя температура забортной воды, °С

t

tз.в.+tз.в./2

4.

Температурный напор конденсатора, °С

tк

20,7

18,6

16,6

14,5

12,4

11,2

10,4

5.

Температура вторичного пара, °С

t2

t+tк

29,7

32,6

35,6

38,5

41,4

43,2

44,4

6.

Критерий Рейнольдса для потока греющей воды

Re1

где =0,8…1,2 м/с

7.

Критерий Нуссельта для потока греющей воды

Nu

0,0263Re10.8Pr0.35, где Рr — критерий Прандтля

8.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам греющей батареи, Вт/(м2 К)

9.

Давление вторичного пара, Па

P2

f (t2)

4,2

4,9

5,8

6,8

7,9

8,7

9,3

10.

Средняя температура стенки труб греющей батареи, °С

40,2

42,1

44,1

46,1

48,1

49,3

50,1

11.

Средняя разность температур стенки труб и испаряемой воды, ° С

t

18,9

16,8

14,8

12,9

10,9

9,7

8,9

12.

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к испаряемой воде, Вт/(м2 К)

25,52(P2· 10-2)0.58дt2.33, где Р2— кПа

13.

Коэффициент теплопередачи в греющей батарее, Вт/(м2 К)

Ки

14.

Среднелогарифмическая разность температур, °С

t

12,9

12,9

13,2

13,1

12,8

12,7

12,6

15.

Тепловая мощность для подогрева и испарения воды, Вт

Q

КиFиt

16.

Производительность опреснительной установки, кг/с

G2

0,2048

0,1841

0,1666

0,1419

0,1108

0,0926

0,0807

Рис. 1 График зависимости производительности водоопреснительной установки от температуры забортной воды

5. Исследование и расчет влияния накипи в греющей батарее на производительность, спроектированной опреснительной установки утилизационный вакуумный опреснительный установка В эксплуатации производительность опреснительной установки (номинальная) должна сохраняться длительное время. Однако, за счет образования накипи производительность установки падает. По данным испытаний установки на т/х «Карл Линней» за период 90 суток толщина накипи на трубках греющий батареи составляла 0,6 мм. Анализ накипи показывает, что в общем случае она образована тремя основными компонентами:

карбонатом кальция СаСОз;

гидроокисью магния Мg (ОН)2;

сульфатом кальция СаSО4;

Образование накипи сложный процесс, зависящий от многих факторов, протекающий при испарении морской воды. При температуре кипения морской воды ниже 50 °C накипь формируется в основном из карбоната кальция; при температуре кипения более 80 °C накипь состоит в основном из гидроокиси магния. Поскольку теплопроводность накипи зависит от её состава, то меняется коэффициент теплопроводности накипи в широких пределах от 0,11 до 5,8 Вт/(м К), что существенно меняет теплопередачу. Для расчетов и исследования рекомендуется принять коэффициент теплопроводности накипи = 0,98 Вт/(м К), что рекомендовано технической литературой. Цель данного расчета определить изменение производительности опреснительной установки в зависимости от толщины накипи. Методика расчета приведена в таблице 7.

Таблица № 7 — Расчёт влияния накипи в греющей батарее на производительность опреснительной установки

Наименование величины

Обозначение

Способ определения

Значение величины

1.

Коэффициент теплопроводности накипи, Вт/(м К)

принимается

1,08

2.

Коэффициент теплопередачи для чистой стенки, Вт/(м2 К)

Kи

из расчета п. 16 в греющей батарее

3.

Поверхность нагрева греющей батареи, м2

Fи

Fи

из расчета п. 18

17,85

4.

Среднелогарифми-ческая разность температур, °С

tи

tи

из расчета п. 15

12,7

Таблица 8

Наименование величины, ее размерность

Толщина накипи 3, мм

0,0

0,2

0,6

1,2

1,6

2,0

2,4

1.

, где, м

0,19

0,56

0,111

0,148

0,185

0,222

2.

0,97

3.

0,97

0,116

0,153

0,208

0,245

0,282

0,319

4.

Коэффициент теплопередачи в функции от толщины накипи, Кз=1/(1/Ки+/), Вт/(м2 К)

5.

Тепловой поток Q=К3Fиtи, Вт

6.

Изменение производительности установки, кг/с.

0,0926

0,0778

0,059

0,0434

0,0368

0,032

0,0282

tп.в. — температура питательной воды из расчета;

t2 — температура вторичного пара из расчета;

cп.в. — теплоемкость питательной воды;

r2 — теплота парообразования;

— коэффициент продувания.

Рис. 2 График зависимости производительности опреснительной установки от толщины слоя накипи.

Заключение

Курсовой проект выполнен согласно методическим указаний, разработанных кафедрой СВЭОС.

Произведен расчет вакуумной опреснительной установки производительностью 0,0926 кг/с при температуре греющей пресной воды 63 °C, и температуре забортной воды 28 °C. В результате расчета получены следующие данные: поверхность греющей батареи 17,85 м2 (чистая стенка), конденсатора 2,33 м2, и выполнена графическая часть проекта.

Произведен гидравлический расчет установки.

Произведен расчет производительности установки при изменении температуры забортной воды от +5 °С до 30 °C. Построена графическая зависимость G2=f (tз.в.).

Произведен расчет производительности установки в зависимости от толщины накипи на трубках греющей батареи, и построена графическая зависимость G2=f (.).

1. Ермилов В. Г. Теплообменные аппараты и конденсационные установки — Л.: Судостроение, 1974. -223 с.

2. Коваленко В. Ф., Лукин Г. Я. Судовые водоопреснительные установки — Л.: Судостроение, 1970. -303 с.

3. Башуров Б. П. Судовые водоопреснительные установки. учебное пособие. — М.: Мортехинформреклама, 1988. — 85 с.

4. Ривкин С Л, Александров А. А. Таблицы воды и водяного пара. Справочник. -М.: Энергоиздат, 1984.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой