Исследование кожухотрубчатых теплообменников с эксплуатационными повреждениями и дефектами кожуха

ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 6
1.1. Общая классификация кожухотрубчатых теплообменников 6
1.2. Назначение кожухотрубчатых теплообменников 12
1.3. Устройство и принцип действия кожухотрубчатых теплообменников 16
1.4. Основные технические характеристики кожухотрубчатых теплообменников 19
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ 21
2.1. Литературный обзор 21
2.2. Классификация дефектов и повреждений кожухотрубчатых теплообменников, а также природа и причины их возникновения 27
2.3. Влияние дефектов и повреждений на эксплуатационную надежность оборудования 36
3. ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 38
3.1. Описание аппарата с эксплуатационными повреждениями и дефектами 38
3.2. Напряженно деформируемые состояния теплообменных аппаратов с дефектами 43
3.3. Существующая практика оценки остаточного ресурса 52
3.4. Расчетное обоснование возможности дальнейшей эксплуатации 57
3.5. Повышение точности диагностики теплообменников 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 74

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность рассматриваемой темы исследования «Исследование кожухотрубчатых теплообменников с эксплуатационными повреждениями и дефектами кожуха» заключается в необходимости исследования кожухотрубчатых теплообменников для выявления эксплуатационных повреждений и дефектов кожуха для определения мер, способствующих в дальнейшем уменьшению повреждений и повышению надежности производства сомономеров.
Цель работы заключается в исследование кожухотрубчатых теплообменников с эксплуатационными повреждениями и дефектами кожуха.
Основные задачи, решаемые в процессе исследование кожухотрубчатых теплообменников, заключаются в обработке всего объема информации, относящейся к области эксплуатационных повреждений и дефектов кожуха на данном этапе, а также в решении следующих вопросов:
- возможности уменьшения повреждений и дефектов для продления срока службы оборудования в работоспособном состоянии;
- разработка мер повышению надежности снабжения потребителей тепловой и электрической энергией.

Весь текст будет доступен после покупки

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Общая классификация кожухотрубчатых теплообменников

Классификация кожухотрубчатых теплообменников осуществляется по нескольким признакам.
По расположению:
- вертикальные;
- горизонтальные;
По числу ходов в трубном пространстве:
- одноходовые;
- двухходовые;
- четырёхходовые;
- шестиходовые;
По компоновке:
- одинарные;
- сдвоенные;
По типам конструкции теплообменники бывают:
- с неподвижными трубными решетками (типа Н);
- с плавающей головкой (тип П);
- с температурным компенсатором на кожухе (тип К);
- с U-образными трубами (тип У).
Использование теплообменного оборудования типов П и У оправдано при значимой разнице температур стенок труб и кожуха, также при необходимости механической очистки трубного пучка.
Теплопередающая поверхность аппаратов сможет составлять от нескольких сотен квадратных см до нескольких тысяч кв. м. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 Мвт состоят из 17 тысяч труб с совместной поверхностью теплообмена в пределах 9000 м2.
Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее распространенных типов представлены на рисунке 1.


Рисунок 1 - Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее
распространенных типов
а -жёсткая конструкция, одноходовой теплообменник с прямыми трубками; б-полужесткая конструкция, теплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве и полужесткой мембранной компенсацией термических удлинений вследствие некой свободы движения верхней трубной доски; в- полужесткая конструкция с линзовым компенсатором; г-нежёсткая конструкция; д - нежёсткая конструкция; е - нежёсткая конструкция с "плавающей головкой"; ж - полужесткая конструкция с сильфоннымкомпенсатором; з - нежёсткая конструкция с сальниковым компенсатором; и- нежёсткая система с сальниковым компенсатором; к - жёсткая конструкция с поперечным током
Эти аппараты просты по устройству, хотя могут применяться исключительно при сравнительно маленьких разностях температур меж корпусом и пучком труб (до 50С).
Для устранения напряжений в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, производят и еще однокамерные теплообменники с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при высоких давлениях теплоносителей, потому что изготовка водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах высокого давления - операции сложные и дорогостоящие. Но аппараты с гнутыми трубами не в состоянии обрести широкого распространения в связи трудности производства труб с различными радиусами гиба, трудности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.
Материалы, используемые для производства теплообменников, могут варьироваться и комбинироваться согласно с конкретными производственными нуждами и технологическими требованиями:
- углеродистой сталь - СтЗ;
- низколегированная сталь - 16ГС;
- нержавеющая сталь - 12Х18Н10Т, 10X17Н13М2Т;
- титан - ВТ-1-0;
- возможно использование других материалов на основе технического задания.
Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет из себя трубу, сваренную из 1-го либо нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но воспринимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками либо днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.
Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.
В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного места в 2-3 раза более проходного сечения внутри труб. Потому при одинаковых затратах теплоносителей с схожим фазовым состоянием коэффициенты теплопотери на плоскости межтрубного места низки, собственно понижает единый коэффициент теплопередачи в агрегате. Прибор загородок в межтрубном месте кожухотрубчатого теплообменника содействует повышению скорости носителя тепла и увеличению производительности теплообмена.
Трубные доски (решетки) работают для укрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки либо сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. 1 а, в), зажимают болтами меж фланцами кожуха и крышки (рис. 1 б, г) либо объединяют болтами исключительно с фланцем вольной камеры (рис. 1 д, е). мат-лом дощечек работает традиционно листовая высококачественная сталь шириной более 20 мм.
Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой (рис. 1 а, к), нежесткой (рис. 1 г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. 1 б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.
На рисунке 1 а) изображен одноходовой теплообменник с прямыми трубками жесткой конструкции. Кожух и трубки связаны трубными решетками и поэтому нет возможности компенсации тепловых удлинений. Такие аппараты просты по устройству, но могут применяться только при сравнительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50оС). Они имеют низкие коэффициенты теплопередачи вследствие незначительной скорости теплоносителя в межтрубном пространстве.
В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения трубок. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению коэффициента теплопередачи. На рисунке 1, б изображен теплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве и полужесткой мембранной компенсацией тепловых удлинений вследствие некоторой свободы перемещения верхней трубной доски.
В парожидкостных теплообменниках пар проходит обычно в межтрубном пространстве, а жидкость - по трубам. Разницу температур стенки корпуса и труб обычно значительна. Для компенсации разности тепловых удлинений между кожухом и трубами устанавливают линзовые (рис. 1 в), сальниковые (рис. 1 з, и) либо сильфонные (рис. 1 ж) компенсаторы.
Для устранения напряжений в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, изготавливают также однокамерные теплообменники с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при высоких давлениях теплоносителей, так как изготовление водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах высокого давления - операции сложные и дорогие. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут получить широкого распространения из-за трудности изготовления труб с разными радиусами гиба, сложности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Condencer tube examination using acoustic pulse Reflectometry/ N. Amir, O. Barzelay, A. Yefet, T. Pechter// Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. — 2010. — Vol. 132. — P. 014501:1–014501:5.
2. Inshakov D.V., Bykov S.P., Kuznetsov K.A. PAKT-04: Device and Non-Destructive Testing of Heat-Exchange Equipment// Scientific Israel — Technological Advantages. — 2016. — Vol. 18 (1). — P. 19–27.
3. Борминский С.А. Портативные электронно-акустические устройства измерения уровня жидких сред: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Самара: СГАУ, 2006.
4. Sharp D.B. Acoustic pulse reflectometry for the measurement of musical wind instruments. — University of Edinburgh, 1996. — 192 p.
5. Gray C.D. Acoustic Pulse Reflectometry for Measurement of the Vocal Tract with Application in Voice Synthesis: a thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy to the University of Edinburgh. — University of Edinburgh, 2005. — 252 p.
6. Пат. 2175526 Рос. Федерация, МПК A61B 8/12, G01B17/00, G01N 29/00. Устройство и способ для рефлектометрических обследований и измерений полостей/ С.Б. Расмуссен; заявл. 14.11.1995; опубл. 10.11.2001, Бюл. № 31.
7. Pat. 2003/0034035 USA, A61M 16/00. Determining Endotracheal Tube Placement Using Acoustic Reflectometry/ D.T. Raphael; applied: 14.08.2002; published: 20.02.2003.
8. Pat. 03/015610 WIPO (International), A61B. Determining Endotracheal Tube Placement Using Acoustic Reflectometry/ D.T. Raphael; applied: 14.08.2002; published: 27.02.2003.
9. Pat. 5902252 USA, A61B 5/12. Device and Process for Measuring Acoustic Reflectance/ R.G. Hohlfeld, G. Jenkins; applied: 23.01.1998; published: 11.05.1999.
10. Pat. 2010/0087751 USA, A61B 5/00. Acoustic Reflectometry Instrument and Method/ D.P. Warner; applied: 03.10.2008; published: 08.04.2010.

Весь текст будет доступен после покупки