Xác định số ống trong buồng đốt và đường kính trong buồng đốt

IV, TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

1.1,Xác định số ống trong buồng đốt và đường kính trong buồng đốt

1, Buồng đốt

1.1,Xác định số ống trong buồng đốt và đường kính trong buồng đốt

n = (ống) Trong đó:

F: tổng bề mặt truyền nhiệt (F=74,43 m2) Ống truyền nhiệt có kích thước 38x2 mm

dtr: đường kính ống truyền nhiệt, do α1 > α2 nên dtr = 38 – 2.2 = 34 (mm) H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 4 (m)

Thay số ta được: n =

Theo bảng VII [4 - 48], quy chuẩn ta được = 223 ống

Chọn cách bố trí các ống theo quy chuẩn theo bảng V.11 [2 - 48] .

• Số hình sáu cạnh: 8

• Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh: 17

• Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân: 217

• Số ống trên hình viên phân ở dãy thứ nhất: 4

• Số ống trên hình viên phân ở dãy thứ hai, thứ 3: 0

• Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân: 24

• Tổng số ống của thiết bị: 241

Bề mặt truyền nhiệt thực của ống: F = n.H..dtr = 241.4.3,14.0,034 = 102,92 (m2)

1.1 Xác định số ống trong buồng đốt

Tính theo công thức Dt = t. dn.(b-1)+4dn Trong đó:

b: số sống trên đường xuyên tâm của hình lục giác (b=15) dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 38mm

t: bước ống của chùm ống truyền nhiệt, t = 1,2-1,5dn (chọn t = 1,4.dn) Thay số ta có:

Dtr = 1,4.0,038.(15-1) + 4.0,038 = 0,896 (m)

Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [4-359] chọn Dtr =1000 mm

1.2 Xác định chiều dày phòng đốt

Tra bảng XII.4 [4-309]

Giới hạn bền kéo �k =550.106 (N/m2); Giới hạn bền chảy �ch = 220.106 (N/m2)

Ứng suất cho phép của thép bền không gỉ X18H10T theo giới hạn chảy là: [�ch] = [4-356]

Ứng suất cho phép của thép bền không gỉ X18H10T theo giới hạn kéo là: [�k] = [4-356]

Với nch, nk: Tra bảng XIII.2 [3-356] ta có: nch =1,5; nk=2,6 : Hệ số điều chỉnh, tra bảng XIII3 [3-356], , nên = 0,9 Như vậy ta có:

[�k] =(N/m2) [�ch] =(N/m2) Vậy ứng suất cho phép của vật liệu là:

[�] = min {[�k], [�ch]} = [�k](N/m2) Ta có công thức tính chiều dày phòng đốt:

Trong đó:

Dt: đường kính trong phòng đốt, m : ứng suất cho phép của vật liệu, N/m2

: hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với Dtr > 700mm, thép bền không gỉ X18H10T nên (XII.8 [4-362]) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

C: tổng các hệ số - hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày (để chống ăn mòn khi gia công, C = C1 + C2 + C3)

C1: bổ sung do ăn mòn, bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian của thiết bị làm việc. Chọn C1 = 1mm

C2: bổ dung do hao mòn, C2 chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn nhất ở trong thiết bị. Thông thường ta chọn C2 = 0.

C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày vật liệu tấm. Vậy ta có C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + C₃ = 1+C₃ (mm)

Pb: áp suất bên trong thiết bị. Pb = 4,8 at = 470880 (N/m2) Ta có: nên bỏ qua Pb ở mẫu số.

Vậy chiều dày thân buồng đốt là:

Chọn C = 0,4 mm Suy ra S= 3,08mm₃ C=1+0,4= 1,4mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364], lấy S = 4 mm

 Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước):

=< (N/m2) Ta có: (N/m2)

Po: áp suất thử tính toán được theo công thức: Po = Pth + P1

Pth: áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [4-358]. Với thiết bị kiểu hàn, làm việc ở điều kiện áp suất từ 0,07 đến 0,5.106 N/m2 ta có:

Pth = 1,5.Phơi đốt = 1,5. = 706320(N/m2) P1: áp suất thủy tĩnh của nước: P1 = . Trong đó:

: khối lượng riêng của nước. ((kg/m3) g: gia tốc trọng trường (g =9,81 m/s2) H: chiều cao của cột nước (H = 4 m)

P1 = =977,08.9,81.4 =44016,60 (N/m2)

Ta được Po = Pth + P1 =706320+44016,60 = 750336,6 (N/m2) Thay vào công thức ta có:

= = 395. (N/m2) < = (N/m2)

Vậy chiều dày thân buồng đốt là 4 mm là phù hợp.

1.3 Tính chiều dày lưới đỡ ống

Lưới đỡ ống được làm bằng thép bền không gỉ X18H10T. Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

(1) Giữ chặt lưới ống sau khi nung, bền (2) Chịu ăn mòn tốt

(3) Giữ nguyên hình dạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống

(4) Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để đáp ứng yêu cầu (1): chiều dày tối thiểu của mạng ống là:

S’ = . Chọn S’ = 10 mm

Để đáp ứng yêu cầu (1) và (2): chiều dày của mạng ống là: S = S’ + C = 10 + 1,4 = 11,4 mm. Chọn S = 15 mm

Để đáp ứng yêu cầu (3): cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống f fmin Tiết diện dọc giới hạn bởi ống là: f = S.(t-dn) fmin = 4,4.dn + 12

Trong đó:

S: chiều dày mạng ống, S = 15 mm

dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 38 mm t: bước ống, t = 1,32.dn = 1,32.38 = 50 mm Thay số vào ta có: f = 15.(50 - 38) = 180 fmin = 4,4.38+12 = 179,2 Vậy f fmin Để đáp ứng yêu cầu (4):

Tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn: Theo điều kiện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

(N.m2) Trong đó:

P: áp suất làm việc, P = 4,8 at = 470880 (N/m2)

dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 38 mm = 0,038 m Theo hình bên ta có:

AB = t.cos(30o) = 50.cos(30o)  AB = 43,3 mm

AD = t + ED = t + t.sin(30o)  AD = 50 + 50.0,5 = 75 mm

Thay số vào công thức ta được: (N/m2)

3,69.106 (N/m2)

Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn chiều dày lưới đỡ ống là 15 mm

1.4 Tính chiều dày đáy lồi phòng đốt

Nắp và đáy thiết bị là những bộ phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị. Đáy và nắp thiết bị có thể nối với thân bằng cách hàn, ghép bích hay hàn liền với thân. Chọn đáy là elip có gờ, làm bằng vật liệu thép bền không gỉ X18H10T

Chiều dày đáy phòng đốt được tính theo công thức: (m) [4-385]

Trong đó:

Dtr: đường kính trong của buồng đốt, Dtr = 1 m hb: chiều cao phần lồi của đáy

theo XIII.10 [4-382]: Dtr = 1 m hb = 250 mm

hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, chọn vật liệu và cách hàn bằng tay ( )

k: hệ số bền của đáy, k = [3-385]

d: đường kính lớn nhất (hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn)

Ta có: V là lưu lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 (m3/s)

= 0,06016 m

(là vận tốc dung dịch tự chảy ra khỏi nồi cô đặc chọn = 0,5 m/s) Chọn d = 0,07 m = 70 mm.

P: áp suất làm việc của thiết bị ( )

áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong buồng đốt Hdd = Hống + hb+h+h1 = 4 + 0,25+0,025+0,4 = 4,675 m áp suất của hơi thứ trong nồi, = 1,78 at = 174183 (N/m2)  (N/m2)

Xét > 50 nên bỏ qua P ở mẫu số, vậy biểu thức được viết dưới dạng là: (m)

Đại lượng bổ sung C, khi S-C < 10mm nên ta thêm 2mm so với C do đó:

 S =

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = 5 mm.  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực:

(N/m2) [4-486] Với Po =1,5.Phơi+ 1,5.1,78.9,81.104 + = 247797,5 (N/m2)

 (N/m2)

Độ bền đảm bảo an toàn, vậy chiều dày đáy elip của buồng đốt là S = 5 mm.

1.5 Tra bích lắp đáy và thân, số bulong cần thiết để lắp ghép. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Tra bảng XIII.27 [4-420], bích liền ghép bằng thép để nối thiết bị. Ta có bảng:

Kích thước nối Kiểu bích

Pb.10-6 Dt D Db D1 Do Bu lông 1 (N/m2) (mm) db z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,6 1000 1140 1090 1060 1013 M20 28 30

2 Buồng bốc hơi

Nhiệm vụ của buồng bốc là tạo không gian hơi và khả năng thu hồi bọt.

2.1 Thể tích phòng bốc hơi

(m3) [4-71]

Trong đó:

W: lượng hơi bốc lên trong thiết bị (W=W1 = 3360,24 (kg/h) : khối lượng riêng của hơi thứ, �h= 0,857 (kg/m3)

cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi bốc trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian), m3/m3.h.

Cường độ bốc hơi thứ phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và áp suất hơi thứ. Ở điều kiện áp suất P = 1 at thì Utt(1at) = 1600 → 1700 m3/m3.h.

Chọn Utt(1at) = 1618,54 là cường độ bốc hơi ở P = 1 at. Khi P 1at thì Utt = f.Utt(1at)

f: hệ số hiệu chỉnh tra ở đồ thị VI.3 [4-72]

Pht = 1,78 at => f = 0,9 => Utt = 0,85.1618,54 = 1375,76 m3/m3.h.  (m3)

2.2 Chiều cao và đường kính trong phòng đốt hơi

Chọn H = 3 m, suy ra Dtrbb =

2.3 Chiều dày phòng bốc hơi

Vật liệu chế tạo là thép X18H10T, tương tự thân buồng đốt. Chiều dày được tính theo công thức:

(m) (*)

Trong đó:

Dtr: đường kính trong, Dtr = 1,1 m

: ứng suất cho phép của vật liệu, = 132.106 (N/m2)

: hệ số hàn bền của thanh trụ theo phương dọc, hàn bằng tay C: hệ số bổ sung, (C = 1,4 mm)

P: áp suất hơi thứ P = Pht = 1,65 at =161865 (N/m2) Ta thấy hệ số nên bỏ qua hệ số P ở mẫu

Thay số ta có:

Quy chuẩn chọn S = 4 mm

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực:

=< (N/m2)

Po = 1,5.Pht + as cột nước =1,5. 161865= 261927 (N/m2) 

 (N/m2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Vậy chiều dày buồng bốc S = 4 mm là hợp lí.

2.4 Chiều dày nắp buồng bốc

Nắp buồng bốc dạng elip có giờ, vật liệu chế tạo bằng thép X18H10T. Chiều dày nắp buồng bốc được tính theo công thức sau:

(m) (*)

Trong đó:

P: áp suất trong buồng bốc, P = Pht = 1,65 at = 161865 (N/m2) Dtr: đường kính trong phòng bốc hơi, Dtr = 1,1 (m)

: ứng suất cho phép của vật liệu

: hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm: = 0,95

: chiều cao phần lồi của nắp (dựa vào bảng XIII.10 [4-382], với Dtr = 1,1 m thì hb = 0,275 m)

k: hệ số bền của nắp,

d: đường kính của lỗ thoát hơi thứ, (m) V: lưu lượng hơi ra khỏi nồi: V = (m3/h)

w: vận tốc hơi nước bão hòa ra khỏi buồng bốc (w = 20 - 40 m/s), chọn w = 30 m/s



Quy chuẩn theo bảng XII.26 [4-415] ta được d = 250 mm Tính lại: nằm trong vận tốc khuyến cáo.



Xét > 30 nên bỏ qua hệ số P ở mẫu số biểu thức (*)  (m)

Do S – C = 1 mm < 10 mm nên phải tăng giá trị C lên thêm 2mm, C = 1 + 2 = 3 mm  S = (m)

Quy chuẩn S = 5 m .Lấy C = 5(mm)

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: (N/m2)  (N/m2)

 (N/m2)

Vậy độ bền được đảm bảo, chọn chiều dày nắp buồng bốc S = 5 mm

2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc

Tra bảng XIII.27 bích liền bằng thép để nối thiết bị [4-42], ta có bảng

Kích thước nối Kiểu bích

Pb.106 Dt D Db D1 Do Bu lông 1

(mm) (mm) (mm) (mm)

Db z H

(mm) (cái) (mm)

0,3 1100 1240 1190 1160 1113 M20 28 22

3 Tính toán các chi tiết khác (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

3.1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào ra và tra bích để nối các ống dẫn

Đường kính ống dẫn dung dịch vào được tính theo công thức: [4-74]

Trong đó:

vận tốc thích hợp của hơi hay chất lỏng đi trong ống, m/s V: lưu lượng chảy trong ống (m3/s)

khối lượng riêng của dung dịch hay hơi trong ống (kg/m3)

a) Ống dẫn hơi đốt vào:

D: lượng hơi đốt đi vào nồi 1, D = 3692,03(kg/h)

: khối lượng riêng của hơi đốt đi vào ống, tra bảng I.251 [3-315], với Phđ = 4,8 at thì (kg/m3)

 V = (m3/h)

Do đó,

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-413] ta được d = 150 mm Tính lại

Vận tốc thực tế nằm trong khuyến cáo nên d = 150 mm thỏa mãn. Tra bích của buồng bốc, bảng XIII.26 [4-413]:

Kích thước nối Kiểu bích

Pb.10-6 Dy Dn D D1 Bu lông 1 (mm) Db z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,25 150 159 260 225 202 M16 8 16

Tra bảng XIII.32 [4-434] kích thước chiều dài đoạn ống nối : l=130mm

b) Ống dẫn dung dịch vào:

Gđ: lưu lượng dung dịch đầu, Gđ = 8500 kg/h

: khối lượng riêng của dung dịch đầu, dung dịch vào có nồng độ đầu 5%, tra bảng I.29 [3-37] và nội suy, ta được (kg/m3)

�: là vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, với dung dịch NH4NO3 là chất lỏng có độ nhớt vừa phải, � = (0,5 ÷ 1) m/s chọn � = 0,7 (m/s)

V: lưu lượng lỏng chảy trong ống, V=(m3/h) Do đó, dtr =

Quy chuẩn theo bảng XII.26 [4-412], dtr = 70 mm

Tính lại

nằm trong khuyến cáo nên chọn d = 100 mm Tra bích của buồng bốc, bảng XIII.26 [4-413]

Pb.10-6 Dy Dn D D1 Bu lông 1 (N/m2) (mm) Db z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,25 70 76 160 130 110 M12 4 14 c) Ống dẫn hơi thứ ra

Như đã tính ở phần chiều dày nắp buồng bốc, đường kính ống dẫn hơi thứ ra là d = 250 mm

Tra bích ống nối dẫn hơi thứ với hệ thống bên ngoài, bảng XIII.26 [4-414]:

Kích thước nối Kiểu bích

Pb.10-6 Dy Dn D D1 Bu lông 1 (N/m2) (mm) db z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,25 250 273 370 335 312 M16 12 22 d) Ống dẫn dung dịch ra

Đã tính ở phần chiều dày đáy lồi buồng đốt, đường kính ống dẫn dung dịch ra d = 0,07 m = 70 mm

Tra bích nối ống dẫn dung dịch với hệ thống bên ngoài, bảng XIII.26 [4-412]: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Kích thước nối Kiểu bích

Pb.10-6 Dy Dn D D1 Bu lông 1 (N/m2) (mm) db z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,25 70 76 160 130 110 M12 4 14

e) Ống tháo nước ngưng:

Vì nước ngưng là chất lỏng ít nhất nên � = 1 ÷ 2 (m/s), chọn � = 1,5 (m/s). Coi lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt vào,

V = (m3/h)

Nhiệt độ nước ngưng coi bằng nhiệt độ hơi đốt, Tng = 149,46oC, tra bảng I.5 [3-11], được (kg/m3)

Do đó:

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-411], ta được d= 0,04 m = 40 mm Tra bích của buồng bốc bảng XIII.26 [4-412]

Tính lại

nằm trong khuyến cáo nên chọn d = 40 mm a) Ống tuần hoàn ngoài

Tiết diện của ống tuần hoàn ngoài lấy 20% tiết diện của tất cả các ống trong buồng đốt Tổng tiết diện của ống là:

Sống = n..dống2 = 241. .0,0342 = 0,22 m2 Tiết diện của ống tuần hoàn ngoài là:

S = Sống.20% = 0,044 m2

Đường kính của ống tuần hoàn ngoài là: S = .d2 ⇒ d = 0,236 m

Chọn đường kính ống tuần hoàn ngoài d = 250 mm

4 Tính và chọn tai treo, chân đỡ

Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thủy lực:

Gtl = Gnk + Gnd (N)

Trong đó:

Gnk: khối lượng nồi không

Gnd: khối lượng nước được đổ đầy trong nồi

4.1 Tính khối lượng nồi không Gnk

a) Khối lượng đáy buồng đốt và nắp buồng bốc (m1 và m2)

Tra bảng XIII.11 chiều dày và khối lượng đáy và elip có gờ với đáy buồng đốt: Dtr = 1000 mm, S = 5 mm, h = 25 mm ta được m1 = 38 (kg)

Dtr = 1100 mm, S = 5 mm, h = 25 mm ta được m2 = 54,4 (kg)

b) Khối lượng thân buồng đốt (m3):

m3= .V3 (kg) Trong đó:

: khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3 tra từ bảng XII.7 [4-313]

Pb.10-6 (N/m2)

Dy (mm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Kích thước nối Kiểubích

Dn (mm) (mm)D (mm) D1 (mm) Bu lông 1 db (mm) z (cái) h (mm) 0,25 40 45 130 1000 80 M12 4 12

V3: thể tích thân buồng đốt.

V3 = H. . (Dn2 – Dtr2) (m3) H: chiều cao buồng đốt: 4 m

Dtr: đường kính trong buồng đốt, Dtr= 1 m

Dn: đường kính ngoài buồng đốt, Dn= Dtr+ 2.S =1 + 2.4.10-3 = 1,008 m m3 = 7900.4..(1,0082 – 12) = 398,68 (kg)

c) Khối lượng thân buồng bốc (m4)

m4 =.V4 (kg)

Trong đó:

: khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3 V4: thể tích thân buồng bốc, V4=H. . (Dn 2 – Dtr2) H: chiều cao buồng bốc: 3 m

Dtr: đường kính trong buồng bốc, Dtr= 1,1 m

Dn: đường kính ngoài buồng bốc, Dn= Dtr + 2.S =1,1+2.4.10-3 = 1,108 m m4 = 7900.3.. (1,1082 – 1,12) = 328,64 (kg)

d) Khối lượng 4 bích ghép lắp vào thân buồng đốt (m5)

m5 = 4. .V5 (kg)

V4 = h. .(D2 – D02 – z.db2) (m3) V4 = 0,03. .(1,352 – 1,2132 – 28.0,0242) = 0,005 (m3) m5 = 4.7900. 0,005 = 39,5 (kg)

e) Khối lượng 2 bích ghép thân buồng bốc với nắp buồng bốc (m6)

m6 = 2. .V6 (kg) V6 = h. .(D2 – D02 – z.db2) (m3)

V6 = 0,022. . (1,752 – 1,6132 – 28.0,0242) = 0,0038 (m3) m6 = 2.7900.0,0038= 30,02 (kg)

f) Khối lượng hai lưới đỡ ống (m7):

m7 = 2. .V7 (kg) Trong đó:

: khối lượng riêng của thép X18H10T, = 7900kg/m3 V7: thể tích lưới đỡ ống

V7 = S. . (Dtr2 – n.dn2) (m3) S: chiều dày lưới đỡ ống, S =15 mm

Dtr: đường kính trong buồng đốt, Dtr = 1 m n: số ống truyền nhiệt, n = 223 ống

dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 38mm V7 = 0,015..(12 - 223.0,0382) = 0,079(m3)

m7 = 2.7900.0,079 = 1248,2 (kg)

g) Khối lượng các ống truyền nhiệt (m8)

m8 = n. .V8 (kg)

Trong đó:

: khối lượng riêng của thép X18H10T, = 7900 (kg/m3) n: số ống truyền nhiệt, n=223 ống

V8= h. .(dn2 – dtr2) = 5. .(0,0382 – 0,0342) = 1,13.10 -3 (m3) m8= n. .V8 = 223.7900. 1,13.10 -3 = 1990,72 (kg) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

h) Khối lượng phần nối ống tuần hoàn và thân buồng bốc (m9):

m9= .V9 (kg)

: khối lượng riêng của thép X18H10T, = 7900 kg/m3 V9: thể tích phần nón cụt

V= h. . [ (Dn2 + dn2 +Dn.dn) – (Dtr2 + dtr2+Dtr.dtr) ] Dtr: đường kính to trong phần nón cụt, Dtr = 1,1 m