Модернізація агрегату синтезу аміака з розробкою колони синтезу, котла – утилізатора та виносного теплообміника

Сума

1

6,786

152,001

76,051

1

Кількість аміаку що утворилася на другій полиці 0,314 кмоль/с.

Вхід на третю полицю (вихід з другого змішувача)

Азот

0,202

1,647

36,892

46,138

0,512

Аміак

0,106

0,862

19,312

14,683

0,163

Аргон

0,043

0,348

7,799

13,908

0,154

Водень

0,607

4,941

110,676

9,961

0,111

Метан

0,042

0,339

7,593

5,438

0,06

Сума

1

8,137

182,27

90,127

1

Вихід з третьої полиці

Азот

0,188

1,461

32,717

40,917

0,454

Аміак

0,159

1,235

27,662

21,031

0,233

Аргон

0,045

0,348

7,799

13,908

0,154

Водень

0,564

4,382

98,151

8,834

0,098

Метан

0,044

0,339

7,593

5,438

0,06

Сума

1

7,764

173,921

90,127

1

Кількість аміаку що утворилася на третій полиці 0,373 кмоль/с.

Сумарна кількість аміаку що утворилася на трьох полицях 0,965 кмоль/с.

Визначаємо об'ємну швидкість циркуляційного газу на вході до першої полиці:



Визначаємо об'ємну швидкість циркуляційного газу на виході з першої полиці:

Розраховуємо кількість каталізатору на полицях для утворення необхідної кількості аміаку. Схема розрахунку представлена на рисунку 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема розміщення каталізатору в колоні

Розрахунок першої полиці:

Об'ємна швидкість - це витрати циркуляційного газу віднесеного до 1 м3 каталізатора за годину, визначені за умови досягнення заданої концентрації.

В основу розрахунку об'єму каталізатора на полиці покладені співвідношення:

Vkf1 = U13600/W1=146,223 3600/158600=3,319 м3;

Vkf2 = U2 3600/W2=139,997 3600/33790=14,916 м3;

Vk1 = Vkf2 - Vkf1 =14,15-3,319=11,596 м3.

де U1=146,223м3/с - об'ємна витрата циркуляційного газу на вході до першої полиці, U2=139,997м3/с - об'ємна витрата циркуляційного газу на виході з першої полиці, W1=158600 год-1 - об'ємна швидкість циркуляційного газу на вході в першу полицю, W2=33790год-1- об'ємна швидкість циркуляційного газу на виході з першої полиці.

Дві інші полиці розраховуються за таким же алгоритмом.

Результати розрахунків зведені в таблицю 4.4.

Таблиця 4.4 - Результати розрахунку об'єму каталізатору

Полиця	z11, %. част.	W1, год-1	Vkf1, м3	z12, %. част.	W2, год-1	Vkf2, м3	Vk, м3
1	0,031	158600	3,319	0,077	33790	14,916	11,596
2	0,071	38040	15,052	0,121	16950	32,289	17,237
3	0,106	20610	31,839	0,159	11450	54,66	22,821
сума	-	-	-	-	-	-	51,654

Висновок:з розрахунку видно, що кількість утвореного аміаку на кожній полиці приблизно рівна, але об'єм каталізатору повинен бути більшим(робиться запас по каталізатору).

4.1.3 Розрахунок геометричних розмірів реактора та насадки

Мета: визначити геометричні розміри елементів та швидкості потоків в апараті.

Розрахункова схема представлена на рисунку 4.4.

Визначаємо внутрішні розміри.

Приймаємо коефіцієнт запасу об'єму каталізатора К = 1,3.[1]

Необхідний об'єм каталізатора:

Vкат = К Vк=1,15 51,654=59,402 м3.

Приймаємо співвідношення між внутрішньою висотою та внутрішнім діаметром колони Y = 13 [1].

Тоді для даного типу колони розрахунковий внутрішній діаметр становить:

D8 =

Приймаємо за ГОСТ 11876 - стандартний діаметр колони D1 = 2,6 м.

Визначення геометричних розмірів насадки.

Для подальших розрахунків приймаємо температурний режим роботи колони, ?С:

- середня температура циркуляційного газу в першому каналіTc1 = 186,5;

- середня температура циркуляційного газу в другому каналі Tc2 = 424,5;

- середня температура циркуляційного газу в третьому каналі Tc3=500.

Рисунок 4.4 - Геометричні розміри каналів реактору



Коефіцієнт стисливості (число Амага) для газової суміші заданого складу при середніх температурах у відповідних каналах [2]:

Об'ємна витрата циркуляційного газу в каналах:

- перший:

- другий:

- третій:

Для подальшого розрахунку діаметрів елементів насадки, попередньо приймаємо [2]:

- зовнішній діаметр пускового електронагрівника, d1, м 0,135;

- товщину стінки центральної труби,Sc, м 0,005;

- товщину стінки каталізаторної коробки,Sк, м 0,01;

- швидкість газової суміші в каналах,W, м/с, 10.

Знаходимо площу перерізу відповідного каналу:

- першого fk1 = Uk1/W=1,246/10=0,125 м2;

- другого fk2 = Uk2/W=1,821/10=0,182 м2;

- третьогоfk3 = Uk3/W=1,781/10=0,178 м2.

Розрахунковий внутрішній діаметр центральної трубки:

Зовнішній діаметр центральної трубки:

d3 = D2 + 2 Sc=0,496+2 0,005=0,507 м.

Розрахунковий зовнішній діаметр каталізаторної коробки:

Висновок: в результаті розрахунків було визначено внутрішній діаметр колони.

4.1.4 Розрахунок температурного режиму колони

Метою розрахунку - є визначення параметрів теплообміну в каналах колони. Розрахунок коефіцієнту тепловіддачі від зовнішньої поверхні колони в навколишнє середовище. Приймаємо температура зовнішньої поверхні стінки колони Tcт.6=186,5?С, степінь чорноти ? = 0,95.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням:

Критерій Грасгофа при вільній конвекції (при обдуванні колони вітром):

Розраховуємо значення критерію Прандтля:

Критерій Нусельта при поперечному обтіканні одинокої труби (при Gr Pr ?2 107):

Розрахункова схема представлена на рисунку 4.5.

Рисунок 4.5 - Схема до розрахунку температурного режиму колони

Коефіцієнт теплопровідності конвекцією:

де S0- товщина стінки колони.

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні колони в навколишнє середовище:

Теплопередача та тепловіддача в елементах насадки. Уточнення температурного режиму.

Розраховуємо температуру газу на виході зі щілини між корпусом колони та каталізаторною коробкою.

Еквівалентний діаметр кільцевої щілини:

dек.5 = D1 - D7=2,6-2,557=0,0318 м.

Теплофізичні властивості циркуляційного газу за його середньої температури в першому каналі [14]:

- теплопровідність, ?5, Вт/м?К 0,134;

- динамічна в?язкість,?5, Па?с 2,11?10-5;

- густина,?5, кг/м377,00;

- теплоємність с5,Дж/кг?К3499.

Розраховуємо значення критерію Прандтля:

Розраховуємо значення критерію Рейнольдса:



Розраховуємо значення критерію Нусельта:

Коефіцієнт тепловіддачі від газової суміші до стінки внутрішньої частини стінки колони:

Коефіцієнт теплопередачі через стінку корпусу колони:

Орієнтовна площа бокової поверхні колони:

Fk = D9 Ha=3,142,577 23=186,11 м2.

Теплові втрати в оточуюче середовище через бокову поверхню колони

Qвт1 = K56 FK (Tср.1 - Tн.с.)=22 186,11 (180-20)=660735,7 Вт

Два інші канали розраховуються за таким же алгоритмом.. Результати розрахунків зведені в таблицю (4.5)

Таблиця 4.5 - Результати розрахунків температурного режиму колони

Канал	Qвт, Вт	К, Вт/ м2К	?1, Вт/м2К м2К м2К	?2, Вт/ м2К
1	660735,7	22	24	3630
2	203590,6	6,64	3630	5133
3	85524	1169,6	2787	2565

З результатів розрахунку видно, що втрати в навколишнє середовище досить великі і на реакторі потрібно зробити ізоляцію.

4.2 Розрахунок температурного режиму теплообмінника колони

Мета: визначити площу теплообміну та основні характеристики теплообмінника.

Вихідні дані:

Циркуляційний газ в трубному просторі:

Тиск, Р,МПа 30;

Температура на вході,T21?С 530;

Температура на виході,T22,?С 319;

Масова витрата, m, кг/с 67,287;

Об'ємна витрата,Ugm,м3/с 194,964;

Циркуляційний газ в міжтрубному просторі:

Тиск, Рm,МПа 30;

Температура на вході,T11,?С 187,5;

Температура на виході,T12,?С 470;

Масова витрата, m , кг/с 89,716;

Об'ємна витрата,Ugm,м3/с 173,348.

Розрахункова схема температурного режиму зображена на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6 - Схема температурного режиму



Розрахунок проведений в програмі, методом послідовних ітерацій. Нище нведено останій розрахунок.

Визначаємо середнє арифметичне значення температурициркуляційного газу у між трубному просторі:

При знайдених значеннях температур теплоносіїв кількість теплоти яка потрібна для нагріву холодного теплоносія:

Середня логарифмічна різниця температур теплоносіїв:

Остаточні значення середніх температур теплоносіїв:

Об'ємні витрати теплоносіїв:



Приймаємо для теплообмінника труби із зовнішнім діаметром dz=0,012м та внутрішнім діаметром dv=0,009 м, із довжиноюLt=6 м, а також задаємося орієнтовним значенням коефіцієнту теплопередачі k=1699визначимо орієнтовне значення поверхні теплообміну:

Поверхня теплообміну однієї трубки:

Кількість трубок необхідних для здійснення теплообміну при даному значені коефіцієнту теплопередачі:

Визначаємо кількість трубок по стороні зовнішнього шестикутника:

Приймаємо a=25 шт.

Визначаємо діаметр трубного пучка:

За значенням Dtr приймаємо внутрішній діаметр корпуса Dv=0,86 м.

Густина циркуляційного газу у трубному просторі:

Швидкість течії теплоносія в трубному просторі:

Критерій Рейнольда для трубного простору:

Значення критерію Прандтля для трубного простору:

Значення критерію Нусельта для Re>10000

Коефіцієнт тепловіддачі в трубному просторі:

Прохідний переріз руху теплоносія в міжтрубному просторі:

Визначаємо кількість трубокв перерізі паралельно вісі апарату:

ПриймаємоNn=34 шт.

де Nn- кількість трубок в перерізі паралельному вісі апарату в кінці перегородки,tk=0,017м - крок мыж трубами і h = 0,4 м. - відстань між перегородками визначається конструктивно.

Густина циркуляційного газу у між трубному просторі:

Швидкість руху газу в міжтрубному перерізі:

Критерій Рейнольда для міжтрубного просторі:

Критерій Прандтля для міжтрубного просторі:

Значення критерію Нусельта для Re>10000:

Коефіцієнт тепловіддачі в міжтрубному просторі

Уточнене значення коефіцієнту теплопередачі:

де

де r1=1/11000 м2К/Вт таr2=1/11000 м2К/Вт - тепловапровідність забруднених стінок органічним газом.

Розраховуємо поверхню теплообміну:

Запас поверхні теплообміну:



Висновок: за результатами розрахунку ми отримали геометричні розміри апарату що проектується.

Довжина труб становитьLt=6 м, внутрішній діаметр апарата Dv=0,86 м, кількість теплообмінних трубок nтр=1925 шт., площа теплообміну F1=435,54 м2.

4.3 Розрахунок поверхні теплообміну котла - утилізатора

Мета: визначити площу теплообміну та основні характеристики котла - утилізатора.

Вихідні дані:

Циркуляційний газ в трубному просторі:

Тиск, Р2, МПа 30;

Температура на вході,T21, ?С 319;

Температура на виході,T22, ?С 215;

Масова витрата, m2,кг/с 89,716;

Об'ємна витрата,Ug, м3/с 173,348;

Коцентрація по аміаку на виході з колони, z2 0,16;

Вода в міжтрубному просторі:

Тиск, Р1,МПа 8,6;

Температура на вході,T11, ?С 110;

Температура на виході,T12,?С, 300.

Розрахункова схема представлена на рисунку 4.7



Рисунок 4.7 - Схема температурного режиму

Розрахунок проведений в програмі методом послідовних ітерацій. Нище нведено останій розрахунок.

Визначаємо середнє арифметичне значення температурициркуляційного газу у трубному просторі:

Приймаємо тепломність циркуляційного газу у трубному просторі c2=3532Дж/кг0С при середній арифметичній температурі

При знайдених значеннях температур теплоносіїв кількість теплоти яка потрібна для нагріву холодного теплоносія:

Середня логарифмічна різниця температур теплоносіїв:

Визначаємо середню температуру циркуляційного газу у міжтрубному просторі:

Приймамо тепломність циркуляційного газу у трубному просторі c1=4524 Дж/кг0С при середній арифметичній температурі

Визначаємо масову витрату води, яка потрібна для охолодження:

Об'ємні витрати теплоносіїв м3/с:

де

Прийнявши для теплообміннику трубки із зовнішнім діаметром dz=0,022м і внутрішнім діаметром dv=0,022м із довжиноюLt=11 м, а також задавшись діаметром внутрішньої труби d0=0,426м та внутрішнім діаметром апарата Dv=1,6м.

Визначаєм кількість трубок, яка помістилася б на місці внутрішньої труби:

де

де a=3 - необхідна кількість трубок для повного заповнення об'єму.

Визначамо кількість труб, яка помістилася б на місці внутрішньої труби:

де

Приймаємо a=8 шт[15].

Приймаємо b=14 шт[15].

Де

Визначаємо кількість труб на діагоналі, якщо заповнити повністю простір апарата:

Приймаємо b1=52шт[15].

Кількість труб на стороні:



Приймаємо a1=27 шт[15].

Загальна кількість труб, яка могла б поміститися при внутрішньому діаметрі апарата Dv=1,6м:

Визначаємо дійсну кількість труб, яка може помісттися:

Приймаємо із стандартного ряду N1=2263шт.

Визначаємо дійсну кількість трубок по стороні зовнішнього шестикутника:

Приймаємо a=28 шт[15].

За значенням Dtr приймаємо внутрішній діаметр апаратаDv = 1,7 м.

Визначаємо орієнтовне значення поверхні теплообміну:

Густина циркуляційного газу у трубному просторі:

Швидкість течії теплоносія в трубному просторі:

Критерій Рейнольда для трубного простору:

Значення критерію Прандтля для трубного простору:

Значення критерію Нусельта для Re>10000:

Коефіцієнт тепловіддачі в трубному просторі:

Критерій Рейнольдса у міжтрубного просторі:

Де de - еквівалентний діаметр:



де P=1,007м-периметр,F=162,69 м2- площа.

Швидкість руху газу в міжтрубному перерізі:

Критерій Рейнольда для міжтрубного просторі:

Значення критерію Нусельта для перехідного режиму:

Коефіцієнт тепловіддачі в міжтрубному просторі:

Уточнене значення коефіцієнту теплопередачі:

Де

де r1=1/1420 м2град/Вт - для води таr2=1/11000 м2град/Вт - теплова провідність забруднення стінки органічним газом.

Розраховуємо поверхню теплообміну:

Запас поверхні теплообміну:

Висновок: за результатами рахунку геометричні розміри апарату що проектується. Довжина труб становитьLt=11 м, внутрішній діаметр апарата Dv=1,7м, кількість теплообмінних трубокN1=2263шт., площа теплообмінуF1= 1722м2.

4.4 Розрахунок виносного теплообмінника

4.4.1 Розрахунок температурного режиму виносного теплообмінника

Метою розрахунку є визначення площі поверхні теплообміну та основних характеристик виносного теплообмінника.

Вихідні дані:

Продуктивність реактора,G, т/добу 1420;

Тиск газу в трубному та міжтрубному просторі, P, МПа 30;

Початкова температура гарячого газу,T2п, 0С (215);

Кінцева температура гарячого газу,T2к,0С (65);

Початкова температура холодного газу,T1п, 0С (35);

Масова витрата гарячого газу, m2, кг/с 89,176;

Масова витрата холодного газу,m1, кг/с 89,176;

Об'ємні витрати гарячого газу,U22, м3/с 173,348;

Об'ємні витрати холодного газу,U11, м3/с 194,964;

Коцетрація аміаку в трубному просторі,z2 0,031;

Коцетрація аміаку в міжтрубному просторі,z1 0,16.

Схема температурного розрахунку виносного теплообмінника зображена на рисунку 4.8. Схема руху циркуляційного газу зображена на рисунку 4.9.

Рисунок 4.8 - Схема температурного розрахунку виносного теплообмінника

1 - холодний циркуляційний газ; 2- гарячий циркуляційний газ

Рисунок 4.9-Принципова схема руху циркуляційного газу



Скористаємось алгоритмом, запропонованим авторами [4].

Приймаємо противотокову схему руху теплоносіїв. Холодний циркуляційний газ подаємо в міжтрубний простір, а гарячий циркуляційний газ у трубний простір.

Розрахунки проведені мовою програмування Qbasic.

Розрахунок проведено методом послідовних наближень. Нижче приведені результати останнього наближення.

Визначаємо середнє арифметичне значення температуригарячого циркуляційного газу:

Кількість теплоти, яку відає гарячий циркуляційний газ:

де с2 = - теплоємність гарячого теплоносія при середній температурі.

Визначаємо температуру холодного циркуляційного газу на виході:

Визначаємо середнє арифметичне значення температурихолдного циркуляційного газу:

Середній температурний напір ср визначаємо за формулою:



оскільки:

Визначаємо середнє значення температури холодного теплоносія:

Холодний теплоносій:

Визначимо кількість теплоти, яка потрібна для нагріву холодного теплоносія:

де с1 = 3468- теплоємність холодного теплоносія при середній температурі.

Перевіряємо умову теплового балансу:

Умова виконується.

Для проведення наступних розрахунків необхідно обрати теплообмінник, попередньо задавшись орієнтовним значенням коефіцієнту теплопередачі та параметрами труб. Приймаємо коефіцієнт теплопередачі рівним Кор=494 Вт/м2град.

Визначимо орієнтовне значення поверхні теплообміну:

Поверхня теплообміну однієї труби:

Кількість трубок необхідних для здійснення теплообміну при даному значенні коефіцієнта теплопередачі:

Приймамо nt=6115шт.

- кількість труб у шестикутнику[15].

Для визначення внутрішнього діаметра корпусу теплообмінника необхідно спочатку визначити параметри розташування труб у трубному пучку[15].

Кількість труб на стороні зовнішнього шестикутника:

Приймаємоа=42[15].

Діаметр трубного пучка:



Де tk = 1,4• dv = 1,4•0,012 = 0,017 м.

де tk= 0,017м - крок між трубами[15].

Приймаємо внутрішній діаметр корпусу теплообмінника

Визначаємо інтенсивність теплообміну для трубного простору (подача гарячого теплоносія).

Відповідно до концентрації та середньої температури визначаємо теплофізичні властивості теплоносіїв згідно з наступними залежностями:

де z- вміст аміаку в азотоводневій суміші, t- середня температура теплоносія.

Теплоємність гарячого теплоносія при розраховано за залежністю (4.1):

В'язкість гарячого теплоносія розраховано за залежністю (4.2):

Теплопровідність гарячого теплоносія розраховано за залежністю (4.3):

Коефіцієнт Амага визначається за залежністю при середній температурі азотоводневої суміші та тиском:

де .

Об'ємна витрата гарячого теплоносія становить:

Густина гарячого теплоносія становить:

Швидкість течії теплоносія в трубному просторі:

Критерій Рейнольдса трубного простору:

Визначаємо критерій Прандтля для трубного простору:

Критерій Прантдля при температурі стінки труби:

оскіль для газів:

Значення критерію Нуссельта для розвиненого турбулентного режиму Re>10000:

.

Коефіцієнт тепловіддачі в трубному просторі:

Визначаємо інтенсивність теплообміну для міжтрубного простору (подача холодного теплоносія).

Відповідно до коцентрацції та середньої температури визначаємо теплофізичні властивості теплоносіїв згідно з наведеними вище залежностями (4.1), (4.2), (4.3).

Теплоємність холодного теплоносія розрахована за залежністю (4.1):

В'язкість холодного теплоносія при розрахована за залежністю (4.2):

Теплопровідність холодного теплоносія розрахована за залежністю (4.3):

Коефіцієнт Амага визначається за залежністю(4.4):

.

Об'ємна витрата холодного теплоносія становить:

Густина холодного теплоносія становить:

Швидкість течії теплоносія в міжтрубному просторі:

Де Sмтр - площа міжтрубного простору:



де S2 та S1 - відповідні площі.

Критерій Рейнольдса міжтрубного простору:

Де de - еквівалентний діаметр:

де P- периметр;

F - площа.

Визначаємо критерій Прандтля для трубного простору:

Критерій Прантдля при температурі стінки труби:

оскільки для газів:

Значення критерію Нуссельта для розвиненого турбулентного режиму, оскільки Re>10000:



.

Коефіцієнт тепловіддачі в міжтрубному просторі:

Знаючи значення коефіцієнтів тепловіддачі уточнюємо значення коефіцієнту теплопередачі:

де ст= 0,0015 м - товщина стінки трубки, ст = 46 Вт/мК - теплопровідність сталі, - сума теплових опорів забруднених стінок.

r1 = r2 = 1/11000 м2К/ Вт - тепловий опір забруднень стінок від органічного газу.

Розрахуємо поверхню теплообміну:

Висновок: враховуючи отримані результати приймаємо вертикальний кожухотрубний теплообмінник з такими параметрами: площа поверхні теплообміну 3204 м?, внутрішній діаметр 1,6 м, довжина труб 14 м.

4.4.2 Конструктивний розрахунок виносного теплообмінника

Метою конструктивного розрахунку виносного теплообмінника є визначення основних геометричних розмірів апарата і його складових частин, а також вибір конструкційних матеріалів з яких він буде виготовлений.

Розрахункова схема зображена на рисунку 4.10.

Вихідні дані:

Зовнішній діаметр труб,dv, м 0,012;

Внутрішній діаметр труб,dz, м 0,009;

Кількість труб,nt, шт. 6115.

Приймаємо схему розташування теплообмінних труб у трубній решітці по вершинах правильних трикутників, оскільки забезпечується більш компактне розташування труб у трубній решітці.

Визначаємо крок труб:

t = 1,5• dz = 1,5•0,012 = 0,017 м.

Рисунок 4.10 - Схема розташування теплообмінних труб в корпусі апарата

Розрахунок проведено за методикою наведеною в [4]:

Розміщення труб в шестикутнику зображено на рисунку 4.11.



Рисунок 4.11 - Розрахункове розміщення труб в шестикутнику в трубній решітці

Для шахового розташування труб, яке широко приймають як саму компактну схему, зв'язок між загальною кількістю труб - n, числом отворів на діагоналі - b і на стороні -а, найбільшого шестикутника виражається наступною залежністю:

Кількість труб на стороні шестикутника:

де nw=5167шт. - кількість труб в шестикутнику.

Приймаємоа=42шт.

Кількість труб на діагоналі шестикутника:

В результаті розрахунку труби було розміщено по вершинах трикутника, з кроком t=18 мм. Кількість труб на діагоналі шестикутника приймаємо b=83 шт.

Визначаємо діаметр трубного пучка:



Приймаємо внутрішній діаметр апарата Dv=1,6м.

Висновок: в результаті розрахунку було прийнято кількість труб в круглих плоских трубних решітках, кількість труб в шестикутнику та для повного заповнення трубної решітки, остальні труби розміщуємо сегментах шестикутника.

4.4.3 Визначення діаметрів штуцерів

Метою розрахунку є визначення оптимальних діаметрів технологічних штуцерів за тиском і нормативним діаметром.

Схема розрахунку наведена на рисунку 4.12.

Вихідні дані:

Рекомендована швидкість рухуциркуляційного газу в трубах, м/с15;

Рекомендована швидкість руху циркуляційного газуміжтрубному просторі, м/с 17;

Масова витрата циркуляційного газу, кг/c 89,716;

Густина гарячого циркуляційного газу,кг/м3 89,009;

Густина холодного циркуляційного газу,кг/м3 74,871.

Рисунок 4.12 - Принципова схема розміщення штуцерів



Розрахунок проводимо за методикою викладеною в [17].

Діаметр штуцера, близький до оптимального, визначається при виборі швидкостей для рідин, парів та газів, встановлених практикою. Рекомендована швидкість для газів, які знаходяться під тиском вище МПа заходиться в межах10…25 [5].

Враховуючи дані рекомендації розраховуємо відповідні діаметри штуцерів.

Розраховуємо діаметр штуцера для холодного циркуляційного газу:

Розраховуємо діаметр штуцера для гарячого циркуляційного газу:

З конструктивних міркувань приймаємо штуцер для гарячого газу з умовним діаметром 300 мм і штуцер для холодного газу з нормативним діаметром 500 мм.

Розрахуємо дійсну швидкість теплоносіїв в штуцерах:

Для холодного циркуляційного газу:

Для гарячого циркуляційного газу:

Висновок: в результаті приймаємо штуцер для входу і виходу в міжтрубний простір холодного циркуляційного газуз нормативним діаметром 300 мм, для входу і виходу в трубний простір гарячого циркуляційного газуз нормативним діаметром 500 мм. Марку сталі для штуцерів приймаємо 09Г2С. Система працює під високим тиском 30 МПа.

4.4.4 Розрахунок товщини стінки еліптичного днища

Метою розрахунку є визначення товщини стінки товстостінного еліптичного днища виносного теплообмінника, яка задовольняє умовам міцності апарата, що працює під високим тиском.

Розрахункова схема товстостінного еліптичного днища приведена на рисунку 4.13.

Вихідні дані:

Внутрішній діаметр апарата,Dv,м 1,6;

Розрахунковий тиск в середині апарата,Р,МПа 30;

Середня температура циркуляційного газу в

міжтрубному просторі,Tc1,0С 110,25;

Розрахунок проводимо за методикою викладеною в [15].

Приймаємо:

Коефіцієнт міцності зварного шва,? 1;

Допустиме напруження матеріалу стінки при середній

температурі стінки МПа 176,2;

Матеріал Сталь09Г2С.



Рисунок 4.13 - Схема до розрахунку товстостінного еліптичного днища

Днище необхідно перевірити за умовою міцності, у випадку невиконання збільшити товщину стінки.

Висота еліптичної частини:

Розрахунковий радіус кривизни днища:

Розрахункова товщина стінки еліптичного днища, навантаженого внутрішнім надлишковим тиском:

Із врахуванням прибавок товщина стінки днища буде рівна:



де с=0,002 - додаток на корозію матеріала.

Товщина еліптичного днища не може бути меншою за товщину циліндричної обичайки. Отже приймаємо товщину стінки S =158 мм.

Допустимий внутрішній надлишковий тиск:

Перевіримо умову міцності днища:

Перевірка умов застосування розрахункових формул:

Умови застосування формул виконуються.

Висновок: допустимий тиск більше фактичного, умова міцності виконується. Отже, маємо стандартне еліптичне днище з внутрішнім базовим діаметром 1,6 м та товщиною стінки 158 мм.

4.4.5 Розрахунок затвору з двоконусним кільцем

Метою даного розрахунку є визначення основних розмірів затвору з двоконусним кільцем, а також знаходження зусиль, які виникають у з'єднанні.

Розрахункова схема показана нарисунку 4.14.

Вхідні дані:

Середня температура циркуляційного газу в

міжтрубному просторі, Tср1,0С 110,25;

Внутрішній діаметр , Dv,м 1,6.

Визначаємо розрахункову температуру затвору з двоконусним кільцем:

Приймаємо [15].

Висота кільця,h1, м 0,135;

Висота кільця,h2,м 0,068;

Ширина кільця,b, м 0,061;

Товщина кільця, d0, м 0,018;

Матеріал двоконусного кільця Сталь 20Х2М.

Кут нахилу ущільнювальної поверхні до вертикалі,?, град 30;

Допустиме напруження матеріалу шпильки при

середній температурі стінки,МПа, [?] 140,6.

Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [15].

Розрахунковий тиск з урахуванням впливу попереднього затягання при визначенні розрахункового зусилля вибирается з умови:



Рисунок 4.14 - Схема до розрахунку двоконусного затвору

Приймаємо за розрахунковий тиск 40МПа.

Розрахунковий діаметр ущільнювальної поверхні:

Середня висота кільця:

Осьове навантаження від дії тиску середовища:

Осьова реакція ущільнювального кільця:

Розрахункове зусилля, що діє на шпильки:

4.4.6 Розрахунок шпильок на міцність

Метою даного розрахунку є визначення основних розмірів шпильки для фіксації кришки з двоконусним кільцем. Розрахункова схема показана на рисунку 4.15.

Вихідні дані:

Середня температура циркуляційного газу в

міжтрубному просторі, Tср1,0С, 110,25;

Внутрішній діаметр корпуса, Dv,м, 1,6;

Розрахунковий внутрішній тиск, P, МПа 30;

Розрахункове зусилля, що діє на шпильки, F,МН 88,34.

Приймамо[15]:

Кількість шпильок, n, шт 24;

Ущільнення двоконусне кільце;

Матеріал шпильки сталь 35Х;

Діаметр центрального отвору у шпильці, ,d0,м 0,012;

Коефіцієнт що враховує тангенціальні

напруження при затягуванні шпильки, 1,0;

Коефіцієнт що враховує нерівномірність

розподілу навантаження поміж шпильками, 1,5.

Визначаємо розрахункову температуру шпильки для визначення допустимого напруження:



Рисунок 4.15 - Схема до розрахунку шпильки на міцність

Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [1].

Приймаємо допустиме напруження шпильки[15]:

Розрахунковий діаметр стержня шпильки:

Приймаємо шпильку М186х6[15].

Розрахункова довжина згвинчування різьби:

Крок різьби

Отже, умова застосування розрахункових формул виконується.

Висновок: визначені основні розміри шпильки для фіксації плоскої кришки.

4.4.7 Перевірочний розрахунок закріплення труб в трубній решітці

Метою розрахунку є перевірка міцності кріплення труб у трубній решітці. В попередніх розрахунках було обрано розміщення труб в трубній решітці - по вершинах правильних трикутників(шахматне розташування).

Труби закріплюються в трубних решітках за допомогою розвальцьовування з відбортовкою, яке забезпечить надійне закріплення труб, що працюють під високим тиском. Схема закріплення труб в решітці наведена на рисунку 4.11.

Вихідні дані:

Зовнішній діаметр труб, dz, м 0,012;

Внутрішній діаметр труб , dv,м 0,009;

Тиск системи, Р, МПа 30;

Допустиме навантаження на поверхню q, МН/м2. 40.

Рисунок 4.16 - Схема закріплення труб в решітці

Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [14].

Необхідно провести розрахунок сили, яка діє в місці закріплення труби в решітці. Розрахункова осьова сила залежить від конструктивної схеми апарата, отже для даного теплообмінника:

Перевірка міцності закріплення труб в трубній решітці:



де l- глибина вальцювання:

l = 1,5•dz=1,5•0,012=0,018 м.

Висновок: умова міцності виконується, можна зробити висновок, що прийнятий спосіб закріплення труб в трубній решітці є технічно правильним рішенням.

4.4.8 Розрахунок товщини циліндричної рулонованої обичайки виносного теплообмінника

Метою розрахунку є визначення товщини стінки обичайки, що знаходиться під дією внутрішнього тиску, із урахуванням додатків на корозію і зручність транспортування та монтажу.

Вихідні дані:

Розрахунковий тиск в апараті Р,МПа 30;

Внутрішній діаметр апарата Dv, м 1,6.

Приймаємо[15]:

Допустиме напруження матеріалу обичайки при розрахунковій температурі для матеріалу шарів обичайки к, МПа 176,2;

Допустиме напруження матеріалу обичайки при розрахунковій температурі для центральної обичайки, Мпа 173,2;

Коефіцієнт міцності зварного шва 1;

Товщина центральної обичайки Sц,мм 0,02;

Товщина шару багатошарової обичайки S1c, мм 0,006

Полотнища рулонів виготовлені з низьколегованої сталі 09Г2С;

Центральна обичайка виготовлена з високолегованої сталі 12X18H10T.

Розрахункова схема наведена на рисунку 4.15.



Рисунок 4.17 - Розрахункова схема циліндричної обичайки

Для розрахунку рулонованої обичайки необхідно мати середню температуру стінки центральної обичайки. Розрахункова схема показана на рисунку 4.16.

Рисунок 4.18 - Схема до розрахунку середньої температури стінки

Розрахунок ведеться за методикою, викладеною в[1].

Вихідні дані:

Коефіцієнт тепловіддачі повітря.

Температура повітря навколишнього середовища.

Коефіцієнт теплопровідності матеріалу

центральної обичайки

Коефіцієнт теплопередачі від апарату до зовнішнього середовища:



Теплопровідність стінки циліндричної обичайки:

Різниця температур:

Температура стінки зі сторони холодного газу:

Температура стінки зі сторони повітря:

Середня температура стінки центральної обичайки:

Середнє значення допустимого напруження багатошарової обичайки:

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності у першому наближені:

Товщина циліндричної багатошарової обичайки стінки у першому обичайки:

де С=0,002 - додаток на корозію метеріалу.

Приймаєщо що товщина стінки становить

Загальна виконавча товщина шарів:

Зовнішній діаметр кожуха апарата:

Допустимий тиск:

Кількість шарів рулонованої частини:

Умова міцністі:



Висновки: визначена та прийнята товщина стінки обичайкиs/ = 0,158 м. Умова міцності та по тискам за вказаних умов вконується.

4.4.9 Розрахунок приварних фланців багатошарової обичайки

Метою даного розрахунку є визначення основних розмірів кованих фланців, що з'єднуються з багатошаровою циліндричною обичайкою за допомогою зварювання. Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [16]. Розрахункова схема показана на рисунку 4.19.

Вихідні дані до розрахунку:

Виконання фланця Ковка;

Матеріал фланців Сталь 09Г2С;

Ущільнення в з'єднанні Двоконусне кільце;

Внутрішній діаметр обичайки корпусу Dv, м 1,6;

Розрахунковий внутрішній тиск , МПа 30;

Кількість шпильок , шт. 24;

Зовнішній діаметр шпильки м 0,186;

Допустиме напруження матеріалу[?], МПа 176,2;

Додаток до компенсації корозії , м 0,002;

Виконавча товщина обичайки, що стикується зфланцем , м0,158.

Глибина отвору під шпильки у фланці:

Приймаємо

Зовнішній діаметр фланця:

Приймаємо

Рисунок 4.19- Схема до конструктивного розрахунку фланця

Кут нахилу твірної частини фланця:

Приймаємо значення

Коефіцієнт міцності зварного шва . Стовідсотковий контроль.

Допустиме напруження матеріалу при розрахунковій температурі:

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності:

Розрахункова товщина стінки циліндричної частини фланця, що стикується з обичайкою корпуса:

Сума додатків до розрахункової товщини:

Виконавча товщина стінки циліндричної частини фланця, що стикується з обичайкою корпусу:

де - додаток на корозію матеріала.

Приймамо що товщина стінки дорівнює товщині стінці циліндричної обичайки .

Радіус переходу від конічної частини фланця до циліндричного корпусу:

Приймаємо

Висота циліндричної частини фланця корпусу:

Приймаємо

Висота циліндричної частини фланця, що стикується зциліндричною обичайкою:

Приймаємо

Допустимий тиск:



Умова міцністі:

Висновок: визначено основні розміри кованого фланця що з'єднується з багатошаровою циліндричною обичайкою.

4.4.10 Розрахунок плоскої кришки апарату на міцність

Метою даного розрахунку є конструктивний розрахунок плоскої кришки апарату. Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [14]. Розрахункова схема показана на рисунку 4.20.

Вихідні дані до розрахунку:

Виконання кришки Ковка;

Матеріал кришки Сталь 09Г2С;

Ущільнення в з'єднанні Двоконусне кільце;

Розрахунковий діаметр ущільнюваної поверхні , м 1,619;

Розрахунковий внутрішній тиск , МПа 30;

Діаметр кола центрів шпильок , м 2,993;

Діаметр отвору під кріпильну шпильку , м 0,188;

Допустиме напруження матеріалу [], МПа 176,4;

Осьове навантаження від дії тиску середовища на кришку , МН 82,381;

Розрахункове зусилля, що діє на шпильки , МН 88,34;

Сума додатків до розрахункової товщини, м 0,002.



Рисунок 4.20 - Схема до конструктивного розрахунку плоскої кришки

За ГОСТ 9065-75 приймаємо шайбу для шпильки М186 з наступними розмірами:

Внутрішній діаметр м.

Зовнішній діаметр м.

Товщина шайби м.

Зовнішній діаметр кришки:

Так як зовнішній діаметр приварного фланця корпусу , приймаємо зовнішній діаметр кришки

.

Діаметр отвору для труби приймаємо:

Сума хорд отворів для найбільш ослабленого діаметрального перерізу:



Попередня розрахункова товщина периферійної частини плоскої кришки:

Виконавча товщина периферійної частини плоскої кришки у першому наближенні:

Конструктивно приймаємо:

Найменший діаметр виточки під ущільнення, .

Найбільший діаметр виточки під ущільнення, .

Товщина центральної частини кришки, .

Мінімальна товщина кришки у місці розташування виточки під ущільнення, м:

=

Виконавча товщина кришки у місці розташування виточки під ущільнення, м:

Уточнена після конструктивного оформлення товщина периферійної частини кришки:

Виконавча товщина (висота) периферійної частини плоскої кришки:

Приймаємо .

Висновок: визначено основні розміри плоскої кришки виносного теплообмінника.

4.4.11 Розрахунок гідравлічного опору в міжтрубному і в трубномупросторі теплообмінника

Метою розрахунку є визначення гідравлічного опору в міжтрубному і в трубному просторі теплообмінника, а також визначення затрат потужності на переміщення теплоносіїв.

Вхідні дані:

Внутрішній тиск,Р ,МПа,30;

Густина холодногоциркуляційного газу ,?1, кг/м3 74,871;

Густина гарячогоциркуляційного газу,?2, кг/м3 89,009;

Довжина труб, L, м 14;

Швидкість холодного циркуляційного газу ,W1,м/с, 0,902;

Швидкість гарячого циркуляційного газу ,W2, м/с, 2,625;

Коефіцієнт місцевого опору на вхід і вихід в теплообмінник,?1 1,5;

Коефіцієнт місцевого опору на вхід і вихід з труб, ?2 1;

Критерій Рейнольдса для холодного циркуляційного газу, Re1 79540;

Критерій Рейнольдса для гарячого циркуляційного газу Re2 100900;

Розрахункова схема визначення гідравлічних опорів зображена нарисунку 4.21.

Рисунок 4.21 - Розрахункова схема визначення гідравлічних опорів

Трубний простір.

Розрахунок тиску який втрачається на створення швидкості потоку:



Розрахунок втрат тискук на подолання опору тертя в трубах:

Розрахунок сумарного коефіцієнту місцевого опору:

Розрахунок втрат які виникають через місцеві опори:

Розрахунок сумарних втрат тиску:

Потужність:

Уміжтрубному просторі.

Відносна нерівність труб:

Коефіцієнт тертя:

Розрахунок тиску який втрачається на створення швидкості потоку:

Гідравлічний опір у між трубному просторі:

Потужність:

Сумарна потужність:

Висновок: із результатів розрахунку сумарної потужності в теплообмінику, яка становить 10,06 кВт потрібно її враховувати при виборі і розрахунку компресорного обладнання.

4.2.12 Розрахунок товщини трубної решітки

Мета розрахунку: за даними геометричними розмірами корпуса і трубок жорстко з'єднаних з трубною решіткою перевірити їх на міцність та стійкість, а також розрахувати товщину трубної плити.

Схема трубної решітки вказана на рисунку 4.22.

Вихідні дані:

внутрішній діаметр апарата, Dv , м 1,6;

Різниця тисків трубного і міжтрубного просторур,МПа 2,5;

Матеріал кришки Сталь 09Г2С;

Діаметр отворів під труби dz, м 0,012

Розрахункова температураТc1 ,МПа110,25

Допустиме напруження матеріалу трубної решітки при розрахунковій температурі[], МПа 176,2.

Методика розрахунку наведена в [15]:

Номінальна розрахункова висота ґратки зовні:

Кі=0,28 коефіцієнт.[15]

h1= Кі= = 0,053 м.

Hомінальна розрахункова висота ґратки посередині:

К2=0,47 коефіцієнт[15].

h2= К2= 0,471,6 = 0,128 м,

- коефіцієнт послабення кришки отворами;

де- сума инутришніх діаметрів труби:



де - коефіцієнт послаблення ґратки отворами.

Рисунок 4.22 - Схема трубної решітки

Трубні решітки вибрані по ГОСТу 13203-67.

Висновки: в результаті проведеного розрахунку прийнято товщину трубної решітки, яка становить.

4.4.13 Вибір опори колони

Метою розрахунку є визначення навантаження, що діє на опору колонного апарата, та вибір опори, що витримує це навантаження.

Розрахункова схема представлена нарисунку 4.23.

Вихідні дані до розрахунку:

Внутрішній діаметр колони Dv, м 1,6;

Густина матеріалу ;

Матеріал корпусу сталь18Н10Т, 09Г2С.

Розрахунок ведемо за методикою.

Опора - циліндрична. Розрахунок проводиться для робочих умов.

Визначимо навантаження пустого апарата на опору:

де- масапустогоапарата, щодорівнюєсумімаскорпусататруб.

Днище, кришка,фланці, виносний стаканатаарматура становитить 0,1% від загальної маси труб та кожуха:

Рисунок 4.23 - Розрахункова схема навантаження на опору

Маса циліндричної частини кожуха апарата:

Масас труб апарата:



Загальна маса апаратастановитить:

Навантаження:

Рисунок 4.24 - Циліндрична опорна обичайка

Висновок: згідно ОСТ 26-467-78 вибираємо циліндричну опору 2 з нтрішнімдіаметром опори 2000мм.



4.4.14 Вибір компенсатора

Метою розрахунку є визначення температурноговидовження трубного пучка і вибір компенсатора, який компенсував би це видовження.

Вихідні дані:

Внутрішній діаметр циліндричної обичайки Dv,м 1,6;

Внутрішній тиск,Р,МПа,30;

Довжина труби L,м 14;

Коефіцієнт термічного розширення сталі ;

Матеріал виготовлення труб Сталь 12X18H10T.

Принципова схема вибору компенсатора зображена на рисунку 4.24.

Рисунок 4.24- Принципова схема вибору компенсатора

Приймаємо:

Визначаємо видовження трубного пучка труб:

Вибираємо компенсатор з такими геометричними розмірами:

dn=0,325 м;

D=0,475м;

l=0,148м;

S=0,004 м.

- компенсація температурного розширення (однією лінзою).

Висновок: зробивши розрахунок на термічне видовження трубного пучка, ми вибрали компенсатор із технічними характеристика, які вказані вище(компенсатор має дві лінзи).

4.4.15 Розрахунок теплової ізоляції

Метою розрахунку теплової ізоляції циліндричної обичайки виносного теплообмінника є визначення товщини теплоізоляційного матеріалу.

Вихідні дані:Коефіцієнт теплопровідності матеріалу

центральної обичайки

Коефіцієнт теплопровідності полотна обичайки 17;

Середня температура циркуляційного газу в між

трубному просторі, Тc1, 0C110,25;

Теплоізоляційний матеріал: базальтовий прошивний, вогнегасний, рулонний.

Приймаємо:

Пранкль повітря приТ=20 становить,Prп 0,7;

Пранкль стінки обичайки (повітря) при 20 становить ,Prст 0,7;

Коефіцієнт теплопровідності повітря

Середня швидкість повітря, яке обдуває обичайку,Wp,м/с 7;

Температура повітря навколишнього середовища,;

Температура ізоляційного матеріалу зовні;

Теплопровідністьізоляційного матеріалу;

Зовнішній діаметр апарата,Dі,м1,916;

Товщина стінки циліндричної обичайки,S , м0,158;

Кінематична в'язкість повітря.

Визначаємо критерій Рейнольдса повітря:

Значення критерія Нуссельта для розвиненого турбулентного режимуRe>10000:

Коефіцієнт тепловідачі повітря:

Тепловенавантаження:

Різниця температур:

Необхідна товщина ізоляційного шару:



Висновок: провівши розрахунки, ми отримали що необхідна товщина ізоляційного матеріалу становить 8мм. Оскільки найменша товщина рулона матеріалу становить 5мм, тоді приймаємо товщину ізоліції 10 мм.



5. Охорона праці та безпека у надзвичайних ситуаціях

Умови та безпека праці, їх стан та покращення - самостійна і важлива задача соціальної політики будь-якого сучасного промислово розвинутого підприємства. Рівень безпеки будь-яких робіт у суспільному виробництві значною мірою залежить від рівня правового забезпечення цих питань, тобто від якості та повноти викладання відповідних вимог в законах та інших нормативно-правових актах. У відповідності до Закону України «Про охорону праці» виробничі будови, приміщення, обладнання та технологічні процеси повинні відповідати вимогам, що задовольняють безпечним умовам праці. Машини та механізми, що проектуються, повинні відповідати вимогам виробничої безпеки та санітарії. Жодний зразок нової машини не може бути переданий у серійне виробництво доки не буде відповідати вимогам охорони праці.

Охорона праці й навколишнього середовища включає в себе питання безпеки праці, усунення причин травматизму і попередження професійних захворювань, аварійних ситуацій на виробництві; питання правової охорони праці.

Відповідно до теми дипломного проекту «Модернізація блоку синтезу аміаку з розробкою колони синтезу, котла - утилізатора та виносного теплообмінника» на стадії виробництва при роботі лінії розроблені заходи щодо забезпечення безпечних умов праці. Виходячи з принципів гігієнічної класифікації, умови праці на даному виробництві відносять до 2-го класу-допустимі. Під час роботи від працівника вимагається підвищена увага, певна швидкість виконання окремих технологічних операцій, швидка переробка одержаної інформації, точна координація рухів.

Дана лінія виробництва аміаку розташована на відкритому майданчику.

Робоче місце оператора згідно ДСанПіН 3.3-2-007-98 «Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин», площею S = 24 м2 і об'ємом V = 60 м3 розташовано безпосередньо біля робочої лінії, а отже існують такі шкідливі і небезпечні виробничі фактори:

- враження електричним струмом (електромережа живлення установки);

- шкідливість газових сумішей робочої зони;

- можливість травмування рухомими та обертовими деталями машин;

- вибухопожежна небезпека.

5.1 Електробезпека

Аналіз нещасних випадків в промисловості, свідчить про те, що кількість травм, викликаних дією електрики, порівняно невелика і складає 0,5-1% від загальної кількості нещасних випадків. Проте з загальної кількості нещасних випадків зі смертельним наслідком на виробництві 20-40% трапляється внаслідок ураженням електрострумом, що більше, ніж в наслідок дії інших причин, причому близько 80% смертельних уражень електричним струмом відбувається в електроустановках напругою до 1000 В [20].

Через те, що установка розташована на відкритому повітрі, згідно Правил устрою електроустановок (ПУЕ) вона відноситься до особливо небезпечних.

Для живлення елементів установки використовується трифазна напруга 220/380 В з частотою 50 Гц. Нейтраль ізольована.

Причини враження обслуговуючого персоналу можуть бути такими:

- помилкове включення установки;

- пробій на корпус;

-випадки дотику персоналу до відкритих струмопровідних частин електроустаткування;

- втрата ізоляцією її властивостей;

-дотик до частин установки, що можуть опинитися під напругою у випадку короткого замикання.

Трифазні ланцюги відповідно Правил устрою електроустановок (ПУЕ) при напрузі до 1000 В застосовуються як трьохпровідні мережі з ізольованою нейтраллю.

Небезпека враження для людини визначається опором ізоляції і людини. Зі збільшенням цих опорів небезпека зменшується.

Безпека експлуатації обладнання забезпечується рядом організаційних і технічних заходів захисту: використання малих напруг, захисним розділенням мереж, контролем і профілактикою пошкодження ізоляції, подвійною ізоляцією, забезпеченням недоступності до струмоведучих частин, застосуванням засобів індивідуального захисту і т. ін.

З метою запобігання травм визначені такі заходи безпеки:

- рубильники вмикання, установки знаходяться у спеціальній шафі;

- передбачається спеціальне захисне вимикання електродвигунів у випадку враження людини струмом;

- дроти проводяться в захисних рукавах;

- на панель керування виводяться сигнальні лампи індикації вмикання електроустаткування;

- вузли установки, що можуть виявитися під напругою, мають зажими для приєднання заземлення.

Принцип захисту захисного заземлення у випадку мережі з ізольованою нейтраллю на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Принципи захисту захисного заземлення

Призначення захисного заземлення: захист від напруги дотику, тобто від напруги на корпусі електроустановки (при пошкодженні робочої ізоляції і переході напруги металевому корпусі) відносно землі. В аварійному режимі захисне заземлення = 3,8 Ом за ГОСТ 12.1.030-82.

Заземлення установки виконано відповідно ГОСТ 12.1.030-81.

Біля затисків заземлення нанесені незмивні червоні знаки “Земля” за ГОСТ 21.1.030-75.

Електрична міцність ізоляції перевіряється на випробувальну напругу 200 В частотою 50 Гц протягом 1 хвилини.

Опір ізоляції має бути не менше 0,5 МОм.

Електрична апаратура, яка встановлена всередині приміщень, має ступінь захисту IP-54 ГОСТ 14254-80.

Ізоляція провідників вимірюється мегаомметром 11044 ТУ 25-04-798-18.

Напруга вимірюється вольтметром 351512 ТУ 25-04-1970-80.

Ступінь захисту електричної апаратури всередині приміщень контролюється за ГОСТ 14254-80.

Інструмент має неструмопровідний корпус і ізольовані ручки. При роботі використовуються гумові рукавички, чоботи, індикатори напруги, що розташовують поблизу щита.

5.2 Повітря робочої зони

Санітарно-гігієнічне нормування умов мікроклімату здійснюється за ДСН 3.3.6.042-99, які встановлюють оптимальні і допустимі параметри мікроклімату залежно від загальних енерговитрат організму при виконанні робіт і періоду року.

Робота операторів на лінії виробництва аміаку відноситься до легкої роботи категорії 1б через те, що установка розташована ні відкритому майданчику, а виробництво повністю автоматизоване, тому основна робота виконується сидячи, деколи виникає необхідність наочної перевірки обладнання, а отже супроводжується деяким фізичним напруженням.

Робота проводиться в 3 зміни, цілодобово, у будь-який час року. Енерговитрати за таких умов праці складають більш 173 Дж/с.

Параметри температури, відносної вологості і швидкості руху повітря в робочій зоні для даної категорії робіт наведено у таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Параметри температури, відносної вологості і швидкості руху повітря в робочій зоні

Сезон року	Категорія робіт - 1б
	Температура, 0 С	Відносна вологість, %	Швидкість руху повітря, м/с
	Оптим	Фактич	Оптим	Фактич	Оптим	Фактич
Холодний	21-23	20-22	60-40	40-60	Не більше 0,1	0,1
Теплий	22-24	23- 25	60-40	40-60	Не більше 0,2	0,2

Параметри повітря робочої зони відповідають ГОСТ 12.1.005-88. Забезпечення параметрів здійснюється в зимовий час за допомогою водяного опалення з температурою теплоносія 70-900С, а в теплий час року - конденціонером ДСН 3.3.6.042-99.

У виробництві задіяні токсичні речовини, необхідно встановлювати датчики контролю граничної концентрації токсичноактивних речовин: нижня концентраційна межа аміаку складає 16%, нижня концентраційна межа метану складає 4,6%, тому загальна нижня концентраційна межа вибуху не повинна перевищувати 20%, у іншому випадку вмикається аварійна вентиляція.

Відповідно до СН 245-71 і ГОСТ 12.1.007-76 всі шкідливі речовини за ступенем впливу на організм людини підрозділяють на чотири класи небезпеки:перший - надзвичайно небезпечні - ГДК менше 0,1 мг/м3 (свинець, ртуть - 0,001 мг/м3);другий - високонебезпечні - ГДК від 0,1 до 1 мг/м3 (хлор - 0,1 мг/м3;сірчана кислота - 1 мг/м3);третій - помірно небезпечні - ГДК від 1,1 до 10 мг/м3 (спирт метиловий - 5 мг/м3; дихлоретан - 10 мг/м3);четвертий - малонебезпечні - ГДК більше 10 мг/м3 (аміак - 20 мг/м3; ацетон - 200 мг/м3; бензин, керосин - 300 мг/м3; спирт етиловий - 1000 мг/м3).

За характером на організм людини шкідливі речовини можна розділити: на подразнюючі (хлор, аміак, хлористий водень та ін.); задушливі (оксид вуглецю, сірководень та ін.); наркотичні (азот під тиском, ацетилен, ацетон, чотирихлористий вуглець та ін.); соматичні, викликають порушення діяльності організму (свинець, бензол, метиловий спирт, миш'як).

Таблиця 5.2- ГДК азотних токсичнихречовин

Речовина	Токсичнадія	Гранично допустимі концентрації	Група виробничих процесів	Ширина санітарно-захисної зони, м
		в повітрі роб.зони, мг/м3	в атмосферному повітрі населених пунктів, мг/м3
			max	Доб.
ААзот	отруйна, викликає опіки	1,0	0,4	0,4	ІІІ-а 2	1000
N NO2	нудота, оніміння ніг, при сильних отруєннях можливасмерть	2,0	00,6	0,06	ІІІ-а 2	1000

Отже, з вище вказаного можна охарактеризувати процес синтезу аміаку, тоді за класом небезпеки процес належить до малонебезпечних гранично допустимою концентрацією аміаку 20 мг/м3, за характером впливу робочої речовини до подразнюючих.

Оскільки, установка працює з шкідливими для здоров'я персоналу речовинами, а робоче місце оператора знаходиться на території робочої зони устаткування, існує небезпека викиду цих речовин у повітря робочої зони, тому необхідно вжити таких заходів безпеки:

- наявність повітряних апаратів та марлевих пов'язок;

- встановлення спеціальної вентиляційної системи приміщення;

- встановлення спеціальних фільтрів на апаратах конденціювання повітря.

Застосовуються сучасні повітряні апарати МПА (3 шт.), призначені для захисту органів дихання від впливу високотоксичного газового середовища на об'єктах хімічних виробництв. Цей апарат забезпечує візуальний і звуковий контроль залишку повітря в балоні, а також надлишковий тиск під маскою підвищують безпеку використання апарата в аварійних умовах.

Вентиляція за способом переміщення повітря штучна (механічна), за направленням повітряного потоку комбінована (проточно-витяжна), за методом дії - загальна. При механічній вентиляції повітрообмін досягається за рахунок різниці тисків, які створює вентилятор.

Розрахунок механічної вентиляції складається з таких пунктів:

Визначення повітрообміну

Розрахунок необхідної кількості повітря для провітрювання приміщення.

Знайдемо кількість тепла, яке виділяється від персоналу:

де q- кількість тепла, що виділяється від одного працівника, ; n- кількість працівників.

Розрахуємо кількість тепла, яке виділяється від нагрітої техніки (комп'ютери, перехідники, стабілізатори, сервери):

де F- загальна площа поверхні, що виділяє теплоту, м2; g- кількість теплоти, що виділяється з одного м2.

Знайдемо кількість тепла, яке виділяється від джерел освітлення:

де - потужність освітлювальної установки, кВт.

Тепер необхідно знайти сумарне значення надлишкового тепла, яке потрапляє в приміщення від різноманітних приладів та процесів:

Розрахуємо питомі тепловтрати зовнішніх огороджень:

де - тепловтрата від покриттів, стін, підлоги ; - розрахункова температура повітря зовні, град; - середня температура в приміщенні, град; - температура повітря, яке виходить з приміщення, град; - температура повітря, що надходить до приміщення, град.

Тепер можемо розрахувати кількість повітря, що необхідне для видалення надлишків тепла при використанні механічної вентиляції:

де - масова теплоємність сухого повітря,ккал/кг•град; - питома маса повітря, кг/м3.

Розрахунок повітредувів

Розрахуємо втрати тиску:



де - питомі витрати тиску на тертя, кг/м2; - довжина частини повітрядувів, м; - втрати тиску на місцевий опір, кГ/м2.

Втрати тиску на місцевий опір:

де - коефіцієнт місцевого опору;- динамічний тиск, кГ/м2.

Вибір вентилятора

Знайдемо необхідну потужність на валу електродвигуна: