Разработка теплообменной аппаратуры для подогрева сырой нефти

Томский политехнический университет
Инженерная школа новых производственных технологий ( Машины и аппараты химических производств)
Дипломная работа на тему: " Разработка теплообменной аппаратуры для подогрева сырой нефти)
Томск 2019

Исходные данные: Теплообменник кожухотрубчатый: расход холодного теплоносителя (сырая нефть) 100 м3/ч давление в межтрубном пространстве 0,2 МПа (насыщенный водяной пар), в трубном 0,6 МПа (нефть).
Температура горячего теплоносителя: 120 °С; Начальная температура холодного теплоносителя:10°С;
Конечная температура холодного теплоносителя:85°С;

В данной работе разрабатывается кожухотрубчатый теплообменник для подогрева сырой нефти с 10 до 85 градусов.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………. 16
1 Описание технологической схемы……………………………………………………… 17
2 Расчет кожухотрубчатого теплообменника…………………………………………….. 18
2.1 Технологический расчет……………………………………………………………….18
2.1.1 Тепловой расчет……………………………………………………………………...18
2.1.1.1 Определение движущей силы процесса теплопередачи……………………….. 18
2.1.1.2 Ориентировочный расчет теплообменника……………………………………... 20
2.1.1.3 Уточненный расчет теплообменника……………………………………………. 21
2.2 Конструктивный расчет……………………………………………………………….. 25
2.3 Механический расчет………………………………………………………………….. 28
2.3.1 Выбор конструкционного материала……………………………………………… 29
2.3.2 Расчет толщины стенки кожуха……………………………………………………. 30
2.3.3 Расчет температурных деформаций……………………………………………….. 33
2.3.4 Расчет толщины стенки стандартной эллиптической крышки…………………... 35
2.3.4.1 Проверка условия прочности…………………………………………………….. 37
2.3.5 Расчет толщины стенки распределительной камеры……………………………… 38
2.3.5.1 Проверка условия прочности…………………………………………………….. 39
2.3.6 Проверка необходимости укрепления отверстий в обечайке…………………….. 39
2.3.6.1 Расчет параметров цилиндрической оболочки и штуцера……………………... 41
2.3.6.2 Укрепление отверстия штуцером………………………………………………... 41
2.3.6.3 Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления
при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда и при наличии штуцера ………...42
2.3.6.4 Проверка условий расчета укреплений отверстий……………………………… 42
2.3.7 Расчет фланцевого соединения……………………………………………………... 42
2.3.7.1 Основные расчетные значения…………………………………………………… 45
2.3.7.2 Усилия, необходимые для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения……………………………………………………………………. 47
2.3.7.3 Усилия в шпильках фланцевого соединения при затяжкеи в рабочих условиях………………………………………………………………………. 48
2.3.7.4 Податливость прокладки и шпилек……………………………………………… 48
2.3.7.5 Расчетные параметры и угловая податливость фланцев……………………….. 49
2.3.7.6 Плечи действия сил и коэффициенты жесткости………………………………. 50

2.3.7.7 Проверка прочности шпилек и прокладки………………………………………. 51
2.3.7.8 Расчет фланцев на статическую прочность……………………………………... 52
2.3.7.9 Расчетные напряжения во фланце при затяжке………………………………… 52
2.3.7.10 Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях……………………….. 53
2.3.7.11 Проверка условий статической прочности фланцев…………………………... 54
2.3.7.12 Проверка углов поворота фланцев……………………………………………... 56
2.3.7.13 Расчет элементов фланцевого соединения на малоцикловую
усталость…………………………………………………………………………………… 56
2.3.8 Поверочный расчет кожухотрубчатого теплообменника…………………………. 57
2.3.8.1 Расчет вспомогательных величин………………………………………………... 59
2.3.8.2 Определение усилий в элементах теплообменного аппарата………………….. 63
2.3.8.3 Расчетные напряжения в элементах конструкции……………………………… 66
2.3.8.4 Проверка прочности и устойчивости кожуха…………………………………… 69
2.3.8.5 Проверка прочности и жесткости трубных решеток …………………………... 70
2.3.8.6 Расчет труб на прочность и расчет крепления труб в решетке ………………... 70
2.3.8.7 Проверка кожуха, обечайки и труб на малоцикловую прочность……………... 72
2.3.9 Расчет массы аппарата………………………………………………………………. 73
2.3.10 Расчет обечайки, нагруженной опорными нагрузками от
воздействия седловых опор……………………………………………………………….. 75
2.3.10.1 Проверка несущей способности обечайки, неукреплённой
кольцами жесткости в области опорного узла…………………………………………… 78
2.4 Гидравлический расчет………………………………………………………………... 84
2.5 Расчет тепловой изоляции…………………………………………………………….. 86
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение…………….87
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования…………………………… 87
3.2 SWOT-анализ…………………………………………………………………………... 88
3.3 Планирование научно-исследовательских работ……………………………………. 89
3.3.1 Структура работ в рамках научного исследования……………………………….. 89
3.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ…………………………………… 90
3.3.3 Разработка графика проведения научного исследования………………………… 91
3.3.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………... 93
3.4 Расчёт производственной мощности ………………………………………………… 98
3.5 Расчет себестоимости готовой продукции по действующему производству …….. 100
3.6 Расчет затрат на производство продукции…………………………………………... 102
3.6.1 Расчет годовой потребности в сырье и материалах………………………………. 102
3.6.2 Расчет амортизационных отчислений……………………………………………... 102
3.7 Калькуляция себестоимости на производство и реализацию продукции при
заданном объеме производства……………………………………………………………. 103
3.8 Определение цены готовой продукции………………………………………………. 104
3.8.1 Анализ безубыточности по действующему производству……………………….. 104
3.9 Определение технико-экономических показателей…………………………………. 106
4 Социальная ответственность…………………………………………………………….. 107
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……………….. 107
4.2 Производственная безопасность……………………………………………………… 109
4.3 Экологическая безопасность………………………………………………………….. 112
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 114
Заключение…………………………………………………………………………………. 117
Список литературы………………………………………………………………………… 118
Приложение А……………………………………………………………………………….121