Расчет схем МИУ, обеспечивающих заданную производительность по дистилляту

Проектный расчет МИУ с использованием САПР МИУ

 

Выполнил:

студент гр.4-1х

Баикин С.С.

 

Проверил:

Барочкин Е.В.

 

Иваново 2013

С использованием САПР МИУ выполняются расчеты по проверке возможности обеспечения требуемой производительности при заданных условиях для всех возможных двадцати девяти схем МИУ, а именно:

– четырех схем МИУ при наличии регенерации, параллельном питании установки, каскадном сливе конденсата с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 1);

– четырех схем МИУ при наличии регенерации, последовательном питании установки, каскадном сливе конденсата с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 2);

– четырех схем МИУ при наличии регенерации, параллельном питании установки, сливе конденсата в расширительный бак с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 3);

– четырех схем МИУ без регенерации, при параллельном питании установки, каскадном сливе конденсата в расширительный бак с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 4);

– четырех схем МИУ без регенерации, при параллельном питании установки, сливе конденсата в два расширительных бака с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 5);

– одной схемы МИУ без регенерации, при параллельном питании установки, сливе конденсата в два расширительных бака с подогревом с числом испарителей 6 (группа схем № 6);

– четырех схем МИУ без регенерации, при последовательном питании установки, каскадном сливе конденсата с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 7);

– четырех схем МИУ без регенерации, при последовательном питании установки, сливе конденсата в расширительный бак с числом испарителей 4, 5, 6 и 7 (группа схем № 8).

Расчет производится при заданных значениях влияющих параметров. В ходе расчета необходимо определить для каждой схемы, при каких типах испарителей (поверхности теплообмена испарителей) и температуре греющего пара фактическая производительность МИУ получается не меньшей, чем заданная производительность. Для проведения дальнейшего анализа выбираются схемы, удовлетворяющие указанному условию.

Необходимо отметить, что для определения расхода греющего пара на установку необходимо знать энтальпию этого пара, которая определяется по заданным значениям давления и температуры греющего пара по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара [10]. Для рассматриваемого примера при давлении р = 1,5 МПа и температуре t = 328 ^оС энтальпия греющего пара составит h = 2970кДж/кг.

Однако для расчета температурного напора испарителя имеет значение не собственно температура греющего пара, а температура насыщения при заданном давлении греющего пара, поскольку при обычной пленочной конденсации пара в греющей секции испарителя исходный перегрев пара не может быть использован для увеличения температуры насыщения во вторичном контуре. Температура насыщения греющего пара в рассматриваемом примере составит (при давлении р = 1,5 МПа) [10] t_нас = 198,3 ^оС. Это значение и следовало бы использовать в качестве заданной температуры греющего пара при расчете испарительной установки. Однако следует учесть, что температурный режим греющей секции первой ступени испарительной установки, с точки зрения обеспечения надежности её работы, следует выбирать таким, чтобы в расчетном режиме (при номинальной нагрузке установки) температура греющего пара не превосходила 180 ^оС. В противном случае необходимо использовать более дорогостоящие материалы для изготовления греющей секции, что приведет к удорожанию всей установки.

Таким образом, для дальнейших расчетов в рассматриваемом примере будем использовать следующие значения параметров греющего пара:

– энтальпия h = 3100 кДж/кг;

– температура (полагая её равной температуре насыщения при заданном давлении, но не больше 180 ^оС) t = 180 ^оС.

Рассмотрим подробнее пример выполнения расчета одной из схем – схемы с четырьмя ступенями из группы схем № 1, то есть МИУ при наличии регенерации, с параллельным питанием установки и каскадным сливом конденсата с числом испарителей 4.

В начале каждого расчета необходимо задать структуру (тип) испарительной установки путем выбора соответствующих характеристик в диалоговом окне (рис. 1).

 

Рис. 1. Выбор структуры (типа) испарительной установки

 

Далее необходимо задать исходные данные на вкладках диалогового окна «Исходные данные для расчета МИУ»:

– на вкладке «Тип установки» выбрать тип расчета (рис. 2). В нашем случае, в соответствии с заданием, расчет необходимо произвести на производительность дистиллята;

– на вкладке «Тип установки» выбрать типоразмер ступеней установки, то есть площадь эффективной поверхности теплообмена в м². Логично начать расчет с наименьшего из возможных значений – 120 м² (рис. 2);

– на вкладке «Параметры» указать, согласно заданию, долю продувки испарителей (0,02), производительность по дистилляту (100 т/ч = 100 000 кг/ч), концентрацию солей в исходной воде (0,1 %), а также недогрев воды в подогревателях (5 ^оС) (рис. 3);

– на вкладке «Вода и пар» указать, согласно заданию, энтальпию греющего пара (3100 кДж/кг), температуру греющего пара (в соответствии с приведенными выше пояснениями, 180 ^оС), температуру питательной воды (104,2 ^оС), температуру пара на выходе из последней ступени (110 ^оС), а также потерю температурного напора в паропроводах вторичного пара (0,5 ^оС) (рис. 4).

 

Рис. 2. Выбор режима расчета и типоразмера испарителей

 

Рис. 3. Ввод исходных данных. Часть 1

Рис. 4. Ввод исходных данных. Часть 2

 

Расчет выполняется по кнопке «Расчет», расположенной в правой верхней части диалогового окна «Исходные данные для расчета МИУ». При этом в большинстве случаев при заданной температуре греющего пара не удастся получить требуемую производительность МИУ, о чем пользователю будет сообщено в информационном окне (рис. 5).

 

Рис. 5. Информационное сообщение о ходе расчета

 

На данном этапе расчета задача состоит в поиске схем, обеспечивающих заданную производительность установки по дистилляту, поэтому необходимо выполнить перерасчет температуры греющего пара на заданную производительность. Если при этом температура греющего пара, необходимая для обеспечения заданной производительности, окажется больше 208 ^оС (максимально возможное значение для испарителей кипящего типа), то пользователю будет выведено соответствующее информационное сообщение (рис. 6) с предложением изменить либо заданную производительность по дистилляту, либо типоразмер испарителей.

 

Рис. 6. Информационное сообщение о ходе расчета

Ясно, что в нашем случае требуется изменить типоразмер испарителей, выбрав следующее большее значение из стандартного ряда (до 2000 м²). Нетрудно убедиться, что описанная выше ситуация будет повторяться (в данном примере) до тех пор, пока площадь поверхности испарителей ни будет выбрана равной 1000 м². Если расчет будет выполнен, пользователю выводится системное сообщение (рис. 7).

Рис. 7. Информационное сообщение об успешном завершении расчета

 

На данном этапе работы нас будут интересовать только два результата расчета, отображаемые в диалоговом окне «Основные характеристики МИУ»: фактическая производительность установки (отображается на вкладке «Проектные показатели» – в данном примере составила 100 223 кг/ч = 100,223 т/ч) (рис. 8) и фактическая температура греющего пара (отображается на вкладке «Исходные данные» – в данном случае получена на уровне 163,7 ^оС) (рис. 9).

Следует обратить внимание, что фактическая производительность всегда будет несколько отличаться от заданной. Это связано с тем, что реализованный в САПР МИУ расчет установки итерационный, причем разница менее 1 % по производительности установки считается неразличимой с нулем.

Рис. 8. Отображение результатов расчета фактической производительности по дистилляту

Рис. 9. Отображение результатов расчета фактической температуры греющего пара

 

Результаты проведенного таким образом анализа всех схем сведены в обобщающую таблицу (см. табл. 1). Прочерки в первых столбцах результатов расчета каждой схемы означают, что рассматриваемая схема с рассматриваемым типоразмером испарителей не позволяет получить заданную производительность при температуре греющего пара менее 208 ^оС, то есть для таких случаев ситуация аналогична показанной на рис. 6.

Необходимо отметить также следующее: если при некотором значении площади поверхности испарителей получена заданная производительность по дистилляту при температуре греющего пара существенно меньше заданной (а эта температура, как показано выше, равна температуре насыщения при заданном давлении греющего пара, но не больше 180 ^оС), то нет смысла выполнять расчет для бόльших типоразмеров испарителей, поскольку в этом случае запас по производительности только увеличится. В таких случаях в табл. 1 также указаны прочерки.

 

Таблица 1. Сводные данные по схемам МИУ, обеспечивающим заданную производительность

Номер группы
Регенерация	Присутствует	Присутствует	Присутствует
Питание установок	Параллельное	Последовательное	Последовательное
Слив конденсата	Каскадный	Каскадный	В расширительный бак
Число ступеней
Площадь поверхности испарителя, м2
Температура греющего пара, оС	161,2		139,9	162,1	150,4	141,2	-	163,3	151,7	142,5	-	164,6		-	-	170,4	149,4	140,2	-	162,6	150,6	-	-	163,7	151,9	-	164,8	153,4	-		149,4	140,3	-	162,6		141,6	-	163,9	152,1	-	-	165,1	153,6	-
Фактическая производительность, т/ч

 

Продолжение таблицы 1

Номер группы
Регенерация	Отсутствует	Отсутствует
Питание установок	Параллельное	Параллельное
Слив конденсата	Каскадный в расширительный бак	В два расширительных бака	В два расширительных бака и подогрев
Число ступеней
Площадь поверхности испарителя, м2
Температура греющего пара, оС	178,6	149,8	140,2	163,8	151,2	141,5	-	164,9	152,4	-	-	166,1	153,9	-	188,7	151,6	141,1	172,8		142,5	167,8	154,3	-	169,2	155,6	-	-		154,5	-
Фактическая производительность, т/ч

Продолжение таблицы 1

 

Номер группы
Регенерация	Отсутствует	Отсутствует
Питание установок	Последовательное	Последовательное
Слив конденсата	Каскадный	В расширительный бак
Число ступеней
Площадь поверхности испарителя, м2
Температура греющего пара, оС		152,8	142,9	177,5	-	-	-		-	-	-	171,1	157,7	-	186,7	153,3	143,5	178,5	154,8	-	-	174,3	156,4	-	-		156,5	-
Фактическая производительность, т/ч

 

Сделаем предварительный вывод. В режиме нормальной эксплуатации температура греющего пара должна быть, по возможности, ближе к заданной температуре греющего пара (в нашем случае 180 ^оС), не превышая её, в целях более полного использования потенциала греющего пара.

Исходя из этого, из табл. 1 выберем возможные схемы, характеристика которых представлена в табл. 2. На этом этапе для удобства дальнейшего анализа целесообразно дать схемам новые обозначения, например, буквенные: «А», «Б» и т.п.