Расчет битумохранилища

Q_М – потери от механической неполноты сгорания, кДж/ кг топлива, Q_М=0.03Q_В;              с_в – теплоемкость сухого воздуха, с_в=1.01 кДж/(кг·К);

t_в – температура воздуха, t_в=293 К;

с_Т – теплоемкость дизельного топлива при t_Т, с_Т = 1.97 кДж/ (кг·К);

t_Т – температура вспышки мазута, t_Т = 313 К [4];

с_ср – средняя теплоемкость продуктов сгорания (35 – 39);

t_Т.Т. – теоретическая температура горения топлива.

 

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

 

 

      Подставив в правую часть уравнения (42) значение с_ср 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, σ – коэффициент прямой отдачи тепла от факела лучеиспусканием; σ=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 t_г.г– температура горения топлива, t_г.г = 1629 ⁰С  (при р =0,8МПа);

t_д.г – температура дымовых газов, t_К = 300-400⁰С, примем t_д.г. = 350 ⁰С [2]; h_ж.т. – коэффициент теплопередачи жаровой трубы, кВт/м^{2 0}С.

 

                                                       (58)

 

 

где l_cm – толщина стенки, l_cm = 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 потребителя трубы испытывают на сплющивание и межкристаллитную коррозию.

Трубы из стали 12Х18Н12Т два паровых  котлов 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 коэффициент термического расширения, может быть парамагнитным при низком содержании хрома

Применение: для изготовления насосов, вентиляторов и других деталей нефтедобывающей, 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

 

 

Основные  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  G_П = 315,8 кг/ч

2)Рассчитана площадь поверхности жаровой трубы S_Н = 40,56 м², поверхности змеевиков S_Н = 65,61 [м²]

3)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. - 437с.
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. - 181с.
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. - 408с.
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. - 232с.
11. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.  – 2-е изд. – М.: Химия, 1980. – 254с.
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. – 596с.
13. Солнцева Ю. П. Металлы и сплавы. Справочник / под ред. Солнцева Ю. П. – С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», АНО НПО «Мир и Семья», 2003. – 1090с.
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.