Тепловой расчет битумохранилища

Оборудование для хранения битумов, виды нагревательных устройств. Физико-химические основы процесса горения. Принципиальная схема битумохранилища. Расчет потерь тепла через стенки и днище в почву, площади поверхности жаровой трубы, расхода теплоносителя.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 19.09.2013
Размер файла 2,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

СМ = 1,9кДж/кг 0С, tм.в - температура масла на входе в змеевики битумохранилища,

tм.в =250 - 270 0С, примем tм.в =260 0С; tм.н - температура масла на выходе из змеевиков битумохранилища, tм.н =60 - 80 0С, примем tм.н = 70 0С, [2].

.

По рассчитанным величинам видно, что расход пара меньше в 6 раз расхода масла, что является еще одним преимуществом данного теплоносителя перед другими.

3.2 Расчет процесса горения топлива

В качестве топлива выбран малозольный топочной мазут марки М-100 вид V.

Таблица 3 - Данные по массовому составу мазута

Ср,%

Hр,%

O2р+N2р, %

Sр,%

Aр,%

Wр,%

У,%

84,61

11,55

0,79

2,4

0,04

0,61

100,00

где Ср - содержание углерода, %; Hр - содержание водорода, %; O2р+N2р - содержание кислорода и азота, %; Aр - зольность, %; Wр - влагосодержание мазута, % в рабочем составе топлива.

Поскольку топливо содержит некоторое количество воды, это необходимо учитывать при расчете его удельной теплоты сгорания. Используем формулу Д.И.Менделеева для определения удельного низшего количества теплоты сгорания рабочего состава жидкого топлива, которая включает количество теплоты, затраченной на подогрев и испарение влаги топлива.

(40)

(41)

[кДж/кг]

Сгорание веществ.

Реакция сгорания углерода в общем виде определяется уравнением С + О2 = СО2.

В составе воздуха азот занимает 79 % объема, а кислород 21 %. Поскольку объемы молекул газов равны, то отношения N2: О2 = 77: 23 == 3,35, следовательно, с одной молекулой кислорода в зону горения вно-сится 3,35 молекул азота с молекулярной массой 28.

С учетом принесенного азота уравнение горения углерода будет иметь вид

С + О2 + 3,35N2 = СО2 + 3,35 N2.

При переходе к массе в килограмм-молях уравнение примет вид

12 С + 32 О2 + 3,35?28 N2 = 44СО2 + 93,8N2

Разделив все слагаемые уравнения на 12, найдем массу кислорода, необходимую для горения 1 кг углерода, и массу азота и углекислого газа (кг), получаемых в результате реакции горения:

С + 2,67О2+ 7,82N2 = 3,67СО2 + 7,82N2

Поскольку доля углерода в составе 1 кг топлива равна Ср/100, уравнение (9.2) окончательно примет вид

Реакция сгорания водорода и серы протекает аналогично:

2Н2 + О2 = 2Н2О

S + О2 = SО2.

После преобразований получим: при сгорании Нр/100 кг водорода

при сгорании Sp/100 кг серы

Из уравнений горения компонентов топлива (9.3), (9.4) и (9.5) определяем теоретический расход (кг) кислорода и воздуха для сгорания 1 кг топлива:

(42)

(43)

Действительный расход воздуха mд.возд (кг) для сжигания 1 кг топлива выше теоретического расхода воздуха и определяется по формуле:

mд.возд = б• mт.возд (44)

где б - коэффициент избытка воздуха для полного сжигания топлива; а= 1,1 для мазута.

mд.возд = 1,1• 13,715=15,087кг

Состав и масса продуктов сгорания топлива:

для углекислого газа

(45)

для водяного пара при воздушном распыле топлива

(46)

для азота

(47)

для кислорода (избыточного)

(48)

;

для сернистого газа (SО2)

(49)

Общая масса продуктов сгорания (кг):

Уm = т1 + т2+ т3 + т4 + т5. (50)

Уm = 3,11 + 1,04+ 11,61 + 0,32+ 0,05=16,11 кг

Необходимо помнить, что Уm =mд.возд. + 1 допустимое отклонение должно быть не более 0,030 кг.

16,11кг=15,09кг+1кг

Средняя удельная теплоемкость (кДж/(кг·oC)) продуктов сгорания определяется по формуле:

где c1, с2, с3, с4 и с5 - удельная теплоемкость соответствующих газов [кДж/(кг-°С)], значения которых приводятся ниже. Теплоемкость газов при постоянном давлении изменяется с изменением температуры по следующим зависимостям:

для углекислого газа СО2

с1 = 0,87253 + 0,000240615t=A1+B1t

для водяного пара Н2О

c2= 1,8334 + 0,00031108 t=A2+B2t

для азота N2

с3 = 1,0241 + 0,00008855 t=A3+B3t

для кислорода О2

с4 = 0,9182 + 0,00010651 t=A4+B4t;

для сернистого газа SО2

с5 = 0,6314 + 0,00015541 t=A5+B5t

Все тепло, внесенное в топку, разогревает продукты сгорания до теоретической температуры горения топлива tТ.Т:

где, QТ - потери тепла топкой в окружающее пространство, кДж/кг топлива, QТ=0.03 QВ;

QХ - потери от химической неполноты сгорания топлива кДж/ кг топлива, QХ=0.02 QВ;

QМ - потери от механической неполноты сгорания, кДж/ кг топлива, QМ=0.03QВ; св - теплоемкость сухого воздуха, св=1.01 кДж/(кг·К);

tв - температура воздуха, tв=293 К;

сТ - теплоемкость дизельного топлива при tТ, сТ = 1.97 кДж/ (кг·К);

tТ - температура вспышки мазута, tТ = 313 К [4];

сср - средняя теплоемкость продуктов сгорания (35 - 39);

tТ.Т. - теоретическая температура горения топлива.

Левая часть уравнения определяет количество теплоты, вносимое в топку с каждым килограммом топлива и обозначается Qвн:

Подставив в правую часть уравнения (42) значение сср из формулы (35) и вместо теплоемкостей газов их значения, получим уравнение теплового баланса процесса горения в функции теоретической температуры горения:

Раскрываем скобки и группируем члены обозначив:

(52)

(53)

16,84162

Решаем полученное квадратное уравнение:

(54)

(54)

Теоретическая температура горения топлива составляет 19170С:

где, у - коэффициент прямой отдачи тепла от факела лучеиспусканием; у=0.15 [1].

Тогда

3.3 Тепловой расчет битумонагревателя

Битумонагреватели используют на третьей стадии нагрева битума. В битумонагревателе производится обезвоживание битума и нагрев его до рабочей температуры t4=170 0C. Количество полезно расходуемого тепла (кДж/ч работы) в битумонагревателе, работающем при атмосферном давлении,

(56)

где П - производительность битумонагревательной системы, кг/ч; - относительное содержание воды в битуме, = 0,02%; r - теплота фазового перехода (парообразования); r = 2269 кДж/кг; - удельная теплоемкость битума, кДж/(кг•0С); - начальная температура перекачивания битума, = 95 0С.

Таблица 4 - Теплоемкость битума в зависимости от температуры

, 0С

1,0…20

30…60

60…100

100…150

150…180

, кДж/(кг•0С)

1,1…1,25

1,25…1,45

1,45…1,65

1,65…1,85

1,85…2,2

Тогда количество полезно расходуемой теплоты:

3.1.8 Расчет площади поверхности жаровой трубы

(57)

где tг.г- температура горения топлива, tг.г = 1629 0С (при р =0,8МПа);

tд.г - температура дымовых газов, tК = 300-4000С, примем tд.г. = 350 0С [2]; hж.т. - коэффициент теплопередачи жаровой трубы, кВт/м2 0С.

(58)

где lcm - толщина стенки, lcm = 0,005 м; - коэффициент теплопроводности стенки, = 0,046 кВт/м·0С; и - коэффициенты теплоотдачи от битума к материалу жаровой трубы и обратно = 0,067 кВт/ м2 ·0С; = 0,097 кВт/ м2 ·0С [2].

.

.

ГЛАВА 3. ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Для трубчатых регистров [7], [13], [16] .

С учетом того, что в трубчатые регистры поступает горячий водяной пар(t = 1600C), лучше всего применять для их изготовления коррозионно-стойкие стали следующих марок:

Сталь 12Х18Н12Т;

Сталь 15Х25Т;

Сталь 12Х18Н9.

Где Х - хром, Н - никель, Т - титан. (Пр. 12Х18Н9Т - углерода 0,12%, хрома 18%, никеля 9%).

Сталь 12Х18Н12Т.

Заменитель - стали:12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х1810Т.

Вид поставки: Трубы ГОСТ 9940-81, ГОСТ 9941-81, ГОСТ 14162-79.

Назначение: различные детали, работающие при температуре от -196 до 600 °С в агрессивных средах. Сталь коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная аустенитного класса.

Химический состав, %: Углерод (С) 0.12; Кремний (Si), не более 0.8; Медь (Cu), не более 0.30; Марганец (Mn), не более 2.0; Никель (Ni) 11.0-13.0; Титан (Ti) 0.6-0.7; Фосфор (P), не более 0.035; Хром (Cr) 17.0-19.0; Сера (S), не более 0.020.

В тепловой энергетике и нефтехимической промышленности широко используют трубы из коррозионностойкой стали 12Х18Н12Т. Трубы поставляют с наружным диаметром 5-250 мм и толщиной стенки 0,2-22 мм. По требованию потреби-теля трубы испытывают на сплющивание и межкристаллитную коррозию.

Трубы из стали 12Х18Н12Т два паровых кот-лов и трубопроводов высокого и сверхкритического давления должны проходить 100% ультразвуковой дефектоскопический контроль. Гарантируемый предел длительной прочности труб не менее 150 МПа при 550 °С, 110 МПа при 600 °С, 70 МПа при 650 °С и 30 МПа при 700 °С. При гидравлическом испытании трубы должны выдерживать пробное давление.

Прочность трубы в сварном соединении ниже, чем в основном металле трубы, поэтому при высоких давлениях и температурах сварные трубы не применяют. Для таких условий применяют бесшовные трубы.

Трубы для трубопроводов горячей воды и пара должны поставляться по ГОСТ 10706-76, т.е. с гарантированными химическим составом, механическими свойствами и они должны выдерживать гидравлические испытания (давлением, рассчитанным исходя из условия достижения допустимого напряжения, равного 90 % от гарантированного для данной марки стали предела текучести).

Таблица 5 - Механические свойства стали 12Х18Н12Т

Состояние поставки

Сечение, мм

, МПа

, МПа

, %

, %

Трубы бесшовные горячедеформированные без термообработки

3,5-32

-

529

40

-

Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные термообработаные

0,2-32

-

549

35

-

Сталь 15Х25Т.

Заменитель - сталь 12Х18Н10Т.

Вид поставки: Трубы ГОСТ 9941-81, ГОСТ 9940-81.

Назначение: рекомендуется для сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже -20 °С. Трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах. Аппаратура, детали, чехлы термопар, теплообменники. Сталь жаростойкая до 1100 °С, коррозионно-стойкая ферритного класса.

Химический состав, %: Углерод (С), 0,15; Кремний (Si), не более 1.0; Медь (Cu), не более 0.30; Марганец (Mn), не более 0.8; Никель (Ni), не более 0.6; Титан (Ti) 0.5-0.9; Фосфор (P), не более 0.035; Хром (Cr) 24.0-27.0; Сера (S), не более 0.025.

Сталь 12Х18Н9Т

Заменитель - стали: 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4, 12Х18Н10Т.

Вид поставки: Трубы ГОСТ 9940-81, ГОСТ 9941-81

Назначение: сварная аппаратура, трубы, детали печной арматуры, теплообменники, муфели, детали выхлопных систем, листовые и сортовые детали. Аппараты и сосуды, работающие при температуре от -196 до 600 °С под давлением, а при наличии агрессивных сред до 350 °С. Сталь коррозионно-стойкая, жаростойкая аустенитного класса.

Химический состав, %: Углерод (С), не более 0,12; Кремний (Si), не более 0.8; Медь (Cu), не более 0.30; Марганец (Mn), не более 2.0; Никель (Ni) 8.0-9.5; Титан (Ti) 0.6-0.8; Фосфор (P), не более 0.035; Хром (Cr) 17.0-19.0; Сера (S), не более 0.020.

Механические свойства стали 15Х25Т и 12Х18Н9Т представлены в Приложении 2.

Для битумного шестеренного насоса [7], [13], [16].

С учетом того, что через насос пропускается нагретый до 90 0С битум и вокруг него создается паровая рубашка, лучше всего применять для изготовления насоса никелевые легированные чугуны следующих марок:

ЧН15Д3Ш;

ЧН15Д7;

ЧН20Д2Ш.

Где Ч - чугун, Н - никель, Ш - шаровой графит, Д - медь.

Таблица 6 - Химический состав (масс. %) легированных чугунов (ГОСТ 7769-82)

Марка чугуна

С

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Al

Другие элементы

Не более

ЧН15Д3Ш

2,5-3,5

1,4-3,0

1,3-1,8

0,08

0,03

0,6-1,0

14-16

-

3,0-3,5 Сu

ЧН15Д7

2,2-3,0

2,0-2,7

0,5-1,6

0,30

0,10

1,5-3,0

14,0-16,0

-

5,0-8,0 Cu

ЧН20Д2Ш

1,8-2,5

3,0-3,5

1,5-2,0

0,03

0,01

0,5-1,0

19,0-21,0

0,0-0,3

1,5-2,0 Cu

Основные эксплутационные свойства и область применения легированных чугунов (ГОСТ 7769-82):

Для ЧН15ДЗШ и ЧН15Д7:

Эксплуатационные свойства: Высокая коррозионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых растворах кислот, серной кислоте любой концентрации при температуре более 323 К, в морской воде, в среде перегретого водяного пара. Чугун имеет высокий ко-эффициент термического расширения, может быть парамагнитным при низком содержании хрома

Применение: для изготовления насосов, вентиляторов и других деталей нефтедо-бывающей, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Немагнитные литые детали электротехнической промышленности. Вставки гильз цилиндров, головки поршней, седла и направляющие втулки клапанов и выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания.

Для ЧН20Д2Ш:

Эксплуатационные свойства: Высокие механические свойства при температуре до 173К. Чугун имеет высокую ударную вязкость KCV > 3,0 Дж/см3 и может быть пластически деформирован в холодном состоянии (KCV - ударная вязкость, определенная на образце с концентратором V, Дж/см2).

Применение: для изготовления насосов и других деталей нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и детали топливной арматуры.

Таблица 7 - Характеристики механических свойств легированных чугунов (ГОСТ 7769-82)

Марка чугуна

Временное сопротивление, МПа, не менее

Относительное удлинение , %

Твердость НВ

(по Бринелю)

растяжению

изгибу

ЧН15Д3Ш

340

-

4

120-255

ЧН15Д7

150

350

-

12-297

ЧН20Д2Ш

500

-

25

120-220

ГЛАВА 4. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Принципиальная схема битумохранилища.

2. Схема битумонагревателя.

3. Схема горелки.

ВЫВОДЫ

Выполнен расчет битумохранилища. В ходе данной работы все поставленные задачи были выполнены:

1) Тепловой расчет битумохранилища, где общее количество полезно расходуемого тепла составляет .

Тепловой расчет битумонагревателя, где общее количество полезно расходуемого тепла составляет 6475820 кДж/ч.

2) Выбран подходящий теплоноситель в змеевике - водяной пар и рассчитан его расход GП = 315,8 кг/ч.

3) Рассчитана площадь поверхности жаровой трубы SН = 40,56 м2, поверхности змеевиков SН = 65,61 [м2].

4) Выбран материал для элементов агрегата:

Для трубчатых регистров - коррозионно-стойкие стали следующих марок: 12Х18Н12Т, 15Х25Т, 12Х18Н9.

Для битумного шестеренного насоса - никелевые легированные чугуны следующих марок: ЧН15Д3Ш, ЧН15Д7, ЧН20Д2Ш.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пермякова В.Б. и др. Технологические машины и комплексы в дорожном строительстве (производственная и техническая экспруатация). Учебное пособие / под общей ред. Пермякова. В.Б. - Омск: издательство СибАДИ, 2007. - 437 с.

2. Артемьев К.А. и др. Дорожные машины: в 2-ух ч. Часть 2. Машины для устройства дорожных покрытий Учебник для вузов по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование» / Артемьев К. А., Алексеева Т.В., Белокрылов В.Г. - М.: Машиностроение, 1982. - 396 с.

3. Балонцев В.И. и др. Дорожно-строительные машины и комплексы: учебник для вузов / под общей ред. Балонцева В.И.- Москва-Омск: СибАДИ, 2001. - 528 с.

4. Г.Я. Хаимов. Применение и транспортирование нефтяных битумов. - М.: Химия, 1968. - 181 с.

5. Васильев А.А. Дорожные машины: учебник для техникумов по специальности «Эксплуатация и ремонт дорожных машин и оборудования» и «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог ». - 2-е изд., перераб., - М.: Машиностроение, 1979.- 416 с.

6. Хархута Н.Я. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчет / под общей ред. Хархуты Н.Я. - 2-е изд. - Л.: Машиностроение, 1976. - 472 с.

7. Гольдштейн Г.И и др. Специальные стали. / Гольдштейн Г.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Т. - М.: Металлургия. 1985. - 408 с.

8. Павлов К.Ф. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.; под ред. Романкова П.Г. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

9. Глаголевой О. Ф. и Капустина В. М. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / под ред. Глаголевой О.Ф. и. Капустина. В.М - М.: Химия, КолосС, 2007.- 400 с.

10. Равдель А.А. и Пономарева А.М. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232 с.

11. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. - 2-е изд. - М.: Химия, 1980. - 254 с.

12. Анисимов И.Г. и др. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник / Анисимов И.Г., Бадыштова К.М., Бнатов С.А. и др.; под ред. Школьникова В.М. - 2-е изд. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.

13. Солнцева Ю.П. Металлы и сплавы. Справочник / под ред. Солнцева Ю.П. - С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», АНО НПО «Мир и Семья», 2003. - 1090 с.

14. Гуреев А.А. Состояние и перспектива развития производства дорожных вязких материалов в России. - Мир нефтепродуктов, 2008. - Вып. 1. - С. 12-16.

15. Сорокин. В.Г. и др. Марочник сталей и сплавов / Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С. А. и др.; под общ. ред. Сорокина В.Г. - М.: Машиностроение, 1989. - 640с.

16. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. - Уфа: Гилем, 2002. - 672с.

17. Богомолов А.И. и др. Химия нефти и газа: Учебное пособие для вузов / Богомолов А.И., Гайле А.А., Громова В.В. и др.; под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. - 2-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1989. - 424с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Параметры насыщенного водяного пара

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Состав, механические свойства и коррозионная стойкость мартенсиных, феррито-мартенсиных, ферритных и аустенитеых коррозионностойких сталей

Где - временное сопротивление, МПа; - условный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2 %, МПа; - относительное сужение, %; - относительное удлинение, %.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Индекс для горячего теплоносителя и средняя движущая сила процесса нагревания. Расход теплоты с учетом потерь, объемные расходы этанола и пара. Определение максимального значения площади поверхности. Проверочный расчет теплообменника, запас поверхности.

    контрольная работа [43,0 K], добавлен 04.07.2010

  • Назначение и основные характеристики огневых нагревателей. Расчет процесса горения топлива, расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива, тепловой баланс и выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы.

    курсовая работа [439,0 K], добавлен 21.06.2010

  • Методы использования тепловых вторичных ресурсов, установки для внешнего теплоиспользования. Принципиальные схемы использования теплоты производственной воды, тепловые аккумуляторы. Расчет процесса горения в топке, тепловой нагрузки и расхода топлива.

    курсовая работа [727,1 K], добавлен 21.06.2010

  • Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. Расчет процесса горения в печи. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки, эксергетического КПД процесса горения.

    курсовая работа [1017,0 K], добавлен 18.02.2009

  • Определение полезной тепловой нагрузки на выходе из печи. Расчет процесса горения: теплотворной способности топлива, теоретического расхода воздуха, состава продуктов горения. Коэффициент полезного действия печи и топки. Вычисление конвекционной секции.

    курсовая работа [155,1 K], добавлен 10.12.2014

  • Проект теплоснабжения промышленного здания в г. Мурманск. Определение тепловых потоков; расчет отпуска тепла и расхода сетевой воды. Гидравлический расчёт тепловых сетей, подбор насосов. Тепловой расчет трубопроводов; техническое оборудование котельной.

    курсовая работа [657,7 K], добавлен 06.11.2012

  • Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Уравнение теплового и материального баланса ПГ АЭС. Расчет среднего угла навивки труб поверхности нагрева. Режимные и конструктивные характеристики ступеней сепарации пара.

    курсовая работа [252,6 K], добавлен 13.11.2012

  • Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. Расчет процесса горения в печи. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. Гидравлический расчет змеевика печи. Тепловой баланс котла-утилизатора (процесс парообразования).

    курсовая работа [200,1 K], добавлен 15.11.2008

  • Виды, конструкционные элементы распылительной сушилки. Теплотехнический расчет распылительной сушилки: расчет горения топлива и определение параметров теплоносителя, конструктивных размеров сушилки и режима сушки. Расход тепла на процесс сушки.

    курсовая работа [453,6 K], добавлен 14.11.2010

  • Структурная и принципиальная схема системы кондиционирования воздуха. Основные агрегаты и элементы гидравлического циркуляционного контура чиллера. Расчет расхода теплоносителя через испаритель. Выявление источников опасности системы холодоснабжения.

    курсовая работа [869,4 K], добавлен 10.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.