Пожежна безпека процесів нагрівання водяною парою
Пожежна безпека процесів нагрівання водяною парою
Насичена водяна пара зазвичай застосовують при тисках до 1,0 - 1,2 МПа, що відповідає температурам нагрівання до 190 ° С. Застосування цього способу нагрівання обумовлено багатьма достоїнствами насиченої водяної пари як теплоносія, серед яких необхідно відзначити високий коефіцієнт тепловіддачі; велика кількість теплоти, що виділяється при конденсації пари; рівномірність обігріву; можливість тонкого регулювання температури нагрівання шляхом зміни тиску пари; можливість передачі пара на великі відстані.
Основний недолік водяної пари, що обмежує його практичне застосування, - це значне зростання тиску зі збільшенням температури. Внаслідок цього застосування насиченого пара в випадках, коли необхідне отримання високих температур при низькому тиску, важко.
При нагріванні насиченою водяною парою розрізняють «гострий» і «глухий» пар. При нагріванні «гострим» паром (рисунок 3.1), пар вводять безпосередньо в нагрівається продукт. Цей спосіб нагріву використовують в тих випадках, коли допустимо змішання нагрівається середовища з утворюється при конденсації пари конденсатом. При нагріванні «гострим» парою краще використовується ентальпія пара, тому що парової конденсат змішується з нагрівається рідиною, в результаті чого їх температури вирівнюються. До того ж при введенні «гострого» пара через барботер (трубу, закриту з кінця, розташованого у дна апарату, і забезпечену значним числом дрібних отворів) відбувається не тільки нагрівання рідини, але і інтенсивне її перемішування.
Малюнок 3.1 - Пристрої для обігріву рідких середовищ «гострим» водяною парою:
а - безшумний соплової підігрівач (1 - сопло; 2 - змішує дифузор); б - паровий барботер.
Нагрівання «гострим» парою в технологічних процесах використовують рідко, тому що в більшості випадків змішання рідини, що нагрівається і конденсату пара неприпустимо. На практиці значно частіше нагрівання, насиченою парою здійснюють через розділяє стінку, так званим «глухим» паром (рисунок 3.2). В цьому випадку водяна пара не стикається з нагрівається середовищем, а тепловіддача від пара до середовища йде через розділяє стінку. При цьому способі нагрівання пар, стикаючись з більш холодної стінкою, конденсується на ній, і конденсат у вигляді плівки стікає по поверхні стінки. Пар практично завжди вводять в верхню частину апарату, а що утворюється конденсат відводять з його нижньої частини через конденсатовідвідник.
Малюнок 3.2 - Схема пристрою нагрівання «глухим» водяною парою:
1 - парова сорочка; 2 - конденсатовідвідник; 3 - обводная лінія; 4 - патрубок для зливу продукту.
Для здійснення нагріву «глухим паром» застосовуються теплообмін-ні апарати або теплообмінники. Теплообмінні апарати поділяються залежно від форми поверхні, виду теплоносіїв, способу передачі теплоти. Відповідно до останнього показником їх можна класифікувати на поверхневі (рекуперативні), змішувальні (контактні) і регенеративні.
Найбільш значну і важливу групу теплообмінних апаратів, які використовуються в процесах нагрівання, є поверхневі теплообмінники. У поверхневих теплообмінниках теплоносії розділені стінкою, причому теплота передається через поверхню цієї стінки. З поверхневих теплообмінників найбільш поширені кожухотрубчасті. На малюнку 3.3 показаний вертикальний кожухотрубчасті теплообмінник з нерухомими трубними решітками 2, в яких закріплюються труби 3. До кожуха 1 за допомогою болтів 6 і прокладок 7 кріпляться кришка 4 і днище 5. Теплоносій I протікає по трубах, а теплоносій II - по міжтрубному просторі. Теплота від одного теплоносія іншого передається через поверхню стінок труб. Нагрівається теплоносій подається знизу, а охолоджується теплоносій - зверху вниз противотоком. Такий рух теплоносіїв сприяє більш ефективному перенесенню теплоти, тому що при цьому відбувається збіг напрямку руху кожного теплоносія з напрямком, в якому прагне рухатися даний теплоносій під впливом зміни його щільності при нагріванні або охолодженні.
Якщо різниця температур труб і кожуха досить велика (більше 50 ° С), то труби і кожух подовжуються істотно неоднаково, що призводить до значних напруженням в трубних решітках, порушення щільності з'єднання труб з трубними решітками, а це може привести до змішування теплоносіїв або деформації труб . Тому при різницях температур труб і кожуха більше 50 ° С і значній довжині труб застосовують теплообмінники нежорсткої конструкції, в яких можливе переміщення труб по відношенню до кожуха апарату.
Малюнок 3.3 - кожухотрубчасті теплообмінник жорсткої конструкції.
На малюнку 3.4 представлені деякі конструкції кожухотрубчасті теплообмінників з компенсацією неоднаковості температурних подовжень труб і кожуха. На малюнку 3.4, (а) показана схема теплообмінника з лінзовим компенсатором 3 на корпусі. У цьому апараті температурні деформації компенсуються осьовим стисненням або розширенням компенсатора. Теплообмінники з лінзовими компенсаторами застосовують при невеликих температурних деформаціях (не більше 10 - 15 мм) і невисоких тисках в міжтрубномупросторі (не більше 0,5 МПа). Теплообмінник з плаваючою головкою (рисунок 3.4, б) застосовують при значних відносних переміщеннях труб і кожуха, оскільки в ньому одна з трубних грат не з'єднана з кожухом і може вільно переміщатися уздовж осі при температурних подовженнях. В теплообміннику з і-образними трубами (рисунок 3.4, в) обидва кінці труб закріплені в одній трубної решітці, що дозволяє трубах вільно подовжуватися. В апаратах цього типу, так само як і в апараті з плаваючою головкою, зовнішні стінки труб досить легко очищати від накипу і забруднень при виїмці всій трубчатки з кожуха. Однак в цьому апараті ускладнюється монтаж труб, утруднена очищення їхніх внутрішніх стінок.
Малюнок 3.4 - Кожухотрубчасті теплообмінники з компенсацією неоднаковості температурних подовжень труб і кожуха:
I, II - теплоносії; 1 - кожухи; 2 - труби; 3 - лінзовий компенсатор; 4 - плаваюча головка.
Двотрубні теплообмінники часто називають теплообмінниками типу «труба в трубі». Вони являють собою набір послідовно з'єднаних елементів, що складаються з двох концентрично розташованих труб (малюнок 3.5). Теплоносій I рухається по внутрішнім трубам 1, теплоносій II - по кільцевому зазору між внутрішніми і зовнішніми 2 трубами. Внутрішні труби 1 з'єднуються за допомогою калачів 3, а зовнішні - за допомогою сполучних патрубків 4. Оскільки перетину внутрішньої труби і кільцевого зазору невеликі, то в цих теплообмінниках досягаються значні швидкості руху теплоносіїв (до 3 м / с), що призводить до збільшення коефіцієнтів теплопередачі і теплових навантажень, уповільнення відкладення накипу і забруднень на стінках труб.
Малюнок 3.5 - Двотрубний теплообмінник типу «труба в трубі».
Основним теплообмінним елементом в змієвикових теплообмінниках є змійовик-труба. На малюнку 3.6, (а, б) показані заглибні теплообмінники з одним (а) і декількома (б) спіральними змійовиками I, по яких рухається теплоносій. Змійовики занурюються в рідину (теплоносій II), що знаходиться в корпусі апарату. Часто в заглибних теплообменниках встановлюють змійовики з прямих труб 1 (рисунок 3.6, в), з'єднаних калачами.
Малюнок 3.6 - Апарати з зануреними теплообмінниками.
Широке застосування в техніці знаходять теплообмінники з зовнішніми змійовиками (рисунок 3.7), застосування яких дозволяє проводити процес при високому тиску (до 6 МПа).
Малюнок 3.7 - Апарат з зовнішніми змійовиками:
1 - корпуси апаратів; 2 - змійовики; 3 - металева прокладка.
Для обігріву (охолодження) судин для проведення хімічних реакцій використовують апарати з гріючої сорочкою (рисунок 3.8). Вони працюють під надлишковим. Для забезпечення більш інтенсивної тепловіддачі від стінки до вмісту апарату всередині нього розташовують механічну мішалку. Корпус 1 апарату забезпечений з зовнішнього боку сорочкою 2, в яку подають гріє агент або охолоджуючий теплоносій. Тиск теплоносія в сорочці може становити 0,6 - 1,0 МПа.
Малюнок 3.8 - Апарат з гріючої сорочкою.
При нормальному режимі роботи внутрішній обсяг всіх типів теплообмінників повністю заповнений теплоносієм і нагрівається продуктом, що виключає утворення горючого середовища всередині таких апаратів. Горюча середовище може утворитися тільки в приміщеннях або на відкритих майданчиках при пошкодженні теплообмінників, через утворення підвищених тисків, температурних впливів і корозії.