6.4.3 Конструкции теплообменных аппаратов

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена (глухую стенку);

2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Значительно реже применяются в химической промышленности ре­генеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами (насадкой), заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конст­рукции весьма разнообразны. Рассмотрим наиболее распространенные.

Кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. На рисунке 4.15 показан кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции, который состоит из корпуса, или кожуха 1, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 8. К трубным решеткам крепятся (на прокладках и болтах) крышки 4.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред I движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая II — в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, — в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

Кроме того, при указанных направлениях движения сред достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата. В противном случае, например, при подаче более холодной (нагреваемой) среды сверху теплообменника, более нагретая часть жидкости как более легкая, может скапливаться в верхней части аппарата, образуя «застойные» зоны.

Трубы в решетках обычно равномерно размещают по периметрам правильных шестиугольников, т. е. по вершинам равносторонних треугольников (рисунок 4.16,а), реже применяют размещение труб по кон­центрическим окружностям (рисунок 4.16,6). В отдельных случаях, когда необходимо обеспечить удобную очистку наружной поверхности труб, их размещают по периметрам прямоугольников (рисунок 4.16,в). Все указанные способы размещения труб преследуют одну цель — обеспечить возможно более компактное размещение необходимой поверхности теплообмена внутри аппарата. В большинстве случаев наибольшая компактность достигается при размещении трубок по периметрам правильных шестиугольников.

Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой, причем особенно прочное соединение (необходимое в случае работы аппарата при повышенных давлениях) достигается при устройстве в трубных решетках отверстий с кольцевыми канавками, которые заполняются металлом трубы в процессе ее развальцовки. Кроме того, используют закрепление труб сваркой, если материал трубы не поддается вытяжке и допустимо жесткое соединение труб с трубной решеткой, а также пайкой, применяемой для соединения главным образом медных и латунных труб. Изредка используют соединение труб с решеткой посредством сальников, допускающих свобод­ное продольное перемещение труб и возможность их быстрой замены. Такое соединение позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб, но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.

Рисунок 4. 15 - Кожухотрубчатые одноходовой (а) и многоходовой (б) теплообменники:

/—корпус (обечайка); 2 — трубные решетки; 3—трубы; 4 — крышки; 5 — перегородки

в крышках; 6 — перегородки в межтрубном пространстве

Рисунок 4. 16- Способы размещения труб в теплообменниках'.

а—по периметрам правильных шестиугольников; б—по концентрическим окружностям;

в—по периметрам прямоугольников (коридорное расположение)

Пример расчета теплообменника представлен в приложении В.

Приложение А

ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ГАЗА I. Общие положения 1.1. Эти Правила разработаны в соответствии с Законами Украины “Об охране окружающей природной среды” и “Об охране атмосферного воздуха”, постановлений Кабинета Министров Украины от 02.11.2006 № 1524 “Об утверждении Положения о Министерстве охраны окружающей природной среды Украины” и от 17.11.2001 № 1520 “Об утверждении Положения о Государственной экологической инспекции”. 1.2. В этих Правилах термины употребляются в таком значении: многоступенчатая установка очистки газа - установка, которая состоит из двух или более аппаратов очистки газа, что работают последовательно; газопиловий поток - газ, содержащий загрязняющее вещество или загрязняющие вещества в любом агрегатном состоянии и организованно отводится от источника образования загрязняющих веществ и (или) стационарного источника загрязнения атмосферы; государственный инспектор по охране окружающей природной среды - Главный государственный инспектор Украины по охране окружающей природной среды и его заместители, главные государственные инспекторы по охране окружающей природной среды Автономной Республики Крым, областей, городов Киева и Севастополя и их заместители, главные государственные инспекторы по охране окружающей природной среды Черного, Азовского морей и их заместители, старшие государственные инспекторы по охране окружающей природной среды и государственные инспекторы по охране окружающей природной среды, старшие государственные инспекторы по охране окружающей природной среды соответствующей территории и государственные инспекторы по охране окружающей природной среды соответствующей территории; загрязняющее вещество - вещество химического или биологического происхождения, или поступает в атмосферный воздух и может прямо или косвенно оказывать негативное влияние на здоровье человека и состояние окружающей природной среды; концентрация загрязняющего вещества - количество загрязняющего вещества, которое содержится в единице объема газа, который поступает в атмосферный воздух, мг/м3; массовый расход загрязняющего вещества (мощность выброса) - количество вещества, выбрасываемого в атмосферный воздух за единицу времени, г/с, кг/ч, т/год; массовая концентрация загрязняющего вещества - отношение массы загрязняющего вещества к объему выделенного при отборе пробы газа, мг/м3; объемный расход газопылевого потока - отношение объема газопылевого потока к единице времени, м3/с;

одноступенчатая установка очистки газа - установка, которая состоит из одного или нескольких аппаратов очистки газа, работающих параллельно; органы Минприроды - Государственная экологическая инспекция, Республиканский комитет Автономной Республики Крым по охране окружающей природной среды, Государственные экологические инспекции в областях, городах Киеве и Севастополе, Государственная экологическая инспекция Азовского моря, Государственная экологическая инспекция по охране окружающей среды Северо-Западного региона Черного моря, Государственная Азово-Черноморская экологическая инспекция; степень очистки газа (эффективность работы установки очистки газа) - отношение массового расхода загрязняющего вещества, что обезврежена установкой очистки газа, к ее массовому расходу, что поступает до установки очистки газа; технологическая установка очистки газа - оборудование, предназначенное для очистки газопылевого потока при проведении определенной стадии технологического процесса и размещено между соответствующими технологическими агрегатами или включено в замкнутый цикл технологического процесса, не осуществляющее непосредственно выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух; точки контроля - точка-отверстие на воображаемом сечении газохода, где выполняются измерение параметров газопылевого потока и концентраций загрязняющих веществ; установка очистки газа (далее - ГОУ) - комплекс сооружений, предназначенный для отвода, транспортировки и улавливания из газопылевого потока, отводимого от технологического оборудования, имеющихся в нем загрязняющих веществ. ГОУ состоит из газоочистных аппаратов, вспомогательного оборудования, контролирующих приборов и коммуникаций. По методам очистки ГОУ делятся на семь групп. Классификация установок очистки газа по группам и методами очистки приведена ниже. 1.3. Требования этих Правил являются обязательными для выполнения субъектами хозяйствования (физическими и юридическими лицами), которые размещают, проектируют, строят, реконструируют, технически модернизируют, эксплуатируют ГОУ. 1.4. Эти Правила не распространяются на установки очистки выбросов передвижных источников, источников биологического и радиоактивного загрязнения, источников выбросов ионизирующих излучений и технологических ГОУ. 2. Требования к субъектам хозяйствования, которые эксплуатируют установки очистки газа 2.1. Ответственными за соблюдение требований этих Правил являются субъекты хозяйствования. 2.2. Субъект хозяйствования обязан: 2.2.1. Обеспечивать бесперебойную эффективную работу и безопасную эксплуатацию ГОУ, поддерживать в исправном состоянии сооружения, оборудование и аппаратуру для очистки выбросов в соответствии с требованиями настоящих Правил. 2.2.2. Назначить лиц, ответственных за: техническое состояние, обслуживание и безопасную эксплуатацию ГОУ; проведение текущих плановых и капитальных ремонтов; содержание в исправном состоянии устройств отбора проб, систем контроля и средств автоматики; надлежащее расположение и оборудование мест отбора проб и измерения параметров газопылевого потока в соответствии с требованиями действующего законодательства; осуществление инструментально-лабораторных измерений параметров выбросов загрязняющих веществ и эффективности работы ГОУ; ведение журнала учета рабочего времени ГОУ. 2.2.3. На основе этих Правил, рекомендаций проектных организаций и соответствующей документации, которая прилагается к ГОУ субъектом хозяйствования, разработать и утвердить инструкцию по эксплуатации ГОУ в соответствии с условиями их работы. 2.2.4. Проводить не менее одного раза в три года техническое обучение и проверку знаний инженерно-технического персонала и не менее одного раза в год обслуживающего персонала, привлеченного к эксплуатации ГОУ. Результаты проверки знаний оформляются протоколом заседания комиссии по проверке знаний правил технической эксплуатации установок очистки газа.

2.2.5. Разработать паспорт на каждую ГОУ и провести регистрацию в соответствии с главой VI настоящих Правил. 2.2.6. Осуществлять проверку на соответствие фактических параметров работы ГОУ проектным показателям (далее - эффективность работы ГОУ) два раза в год для загрязняющих веществ 1-2 классов опасности, подлежащих очистке, один раз в год - для загрязняющих веществ 3-4 классов опасности, подлежащих очистке.  Если класс опасности загрязняющих веществ не определен, проверка соответствия фактических параметров работы ГОУ проектным показателям осуществляется с периодичностью, установленной для загрязняющих веществ 1-2 классов опасности. 2.2.7. Результаты проверки эффективности работы ГОУ оформлять актом проверки соответствия фактических параметров работы установки очистки газа проектным (эффективность работы ГОУ) на источнике выброса. Проверку эффективности работы ГОУ осуществляют лаборатории, которые аттестованы на право проведения необходимых инструментально - лабораторных измерений. 2.2.8. При эксплуатации многоступенчатых ГОУ осуществлять проверку эффективности их работы отдельно на каждой ступени очистки. В случае конструктивных особенностей газоходов, которые делают невозможным проведение проверки эффективности работы ГОУ на каждой ступени очистки отдельности или в целом на ГОУ путем инструментально-лабораторных измерений, требования относительно определения эффективности работы ГОУ устанавливаются в каждом конкретном случае органами Минприроды. 2.2.9. Проводить обследование ГОУ для оценки их технического состояния не менее двух раз в год комиссией, которая назначается субъектом хозяйствования. 2.2.10. По результатам обследования составлять акт проверки технического состояния установки очистки газа на источнике выброса (образования). В случае выявления недостатков разрабатывать меры по их устранению.

3. Требования к устанокам очистки газа как объектов нового строительства, после реконструкции или капитального ремонта 3.1. Законченные строительством объекты (новое строительство, реконструкция, капитальный ремонт) подлежат принятию в эксплуатацию в установленном законодательством порядке. 3.2. ГОУ должны быть оборудованы: 3.2.1. Дроссельными заслонками, шиберами и т.п.; 3.2.2. Люками, лазами и иллюминаторами для технического осмотра, ремонта и проверки заполнения бункеров; 3.2.3. Штуцерами и отверстиями для установки контрольно-измерительных приборов, пробоотборного зонда и напорных трубок; 3.2.4. Местами отбора проб и измерения параметров газопылевого потока на входе и выходе из аппарата (каждого степени очистки), расположенными и оборудованными в соответствии с действующим законодательством; 3.2.5. Стационарными лестницами и площадками для осмотра, обслуживания и ремонта ГОУ и отдельных их узлов и элементов. 3.3. ГОУ должны быть оснащены: 3.3.1. Приборами для измерения давления в аппаратах и/или их сопротивления; 3.3.2. Автоматическими пробоотборниками, стационарными приборами контроля за количественным и качественным составом загрязняющих веществ и сигнальными устройствами, если это предусмотрено проектной документацией;

3.3.3. Уровнемерами с сигнализирующим устройством, которые срабатывают при переполнении бункеров, дренажных систем, емкости и т.д.; 3.3.4. Манометрами для измерения давления: жидкости на орошение; сжатого воздуха на продувку; 3.3.5. Счетчиками для измерения расхода жидкости на орошение. 3.4. При проведении капитального ремонта ГОУ необходимо: 3.4.1. Составить ведомости дефектов и объем работ, которые уточняются после вскрытия и осмотра установки; 3.4.2. Составить график проведения ремонтных работ; 3.4.3. Проведенные во время ремонта изменения внести в паспорт ГОУ. 3.5. Изменение конструкции или модернизация ГОУ должна обеспечивать их проектную эффективность работы. 3.6. Изменение конструкции или модернизация ГОУ, которые приводят к ухудшению рабочих показателей, снижение степени очистки (эффективности ее работы), ухудшение условий труда обслуживающего персонала или снижения безопасности эксплуатации ГОУ, запрещается. 4. Требования к установок очистки газа на период отладки и эксплуатации 4.1. Наладка ГОУ проводит структурное подразделение субъекта хозяйствования или организация по соглашению (договору) с заказчиком, которая имеет для этого необходимую техническую базу и специалистов. 4.2. ГОУ подлежат налаживанию в таких случаях: 4.2.1. После окончания строительства, реконструкции или капитального ремонта; 4.2.2. При изменении режима работы технологического агрегата или газоочистного аппарата; 4.2.3. При снижении проектной эффективности работы; 4.2.4. По предписаниям государственных инспекторов по охране окружающей природной среды. 4.3. Во время эксплуатации ГОУ должны действовать надежно и непрерывно, фактические показатели должны соответствовать проектным. 4.4. ГОУ должны быть оборудованы местами отбора проб и измерения параметров газопылевого потока на входе и на выходе из аппарата (каждого степени очистки) в соответствии с действующим законодательством. 4.5. После проведения отбора проб и измерения параметров газопылевого потока входные отверстия герметизируются с целью предотвращения утечки газа или подсоса воздуха. 4.6. Эксплуатация технологического оборудования с отключенной ГОУ или отдельными ее аппаратами, подключение к ГОУ технологических агрегатов, не предусмотренные проектной документацией и приведут к изменению параметров газопылевых потоков и количественного и качественного состава в них загрязняющих веществ, выключение ГОУ из экономических соображений запрещается. 4.7. При эксплуатации ГОУ, предназначенных для очистки газопылевого потока с содержанием загрязняющих веществ 1-4 классов опасности, следует обеспечивать герметичность сооружений и придерживаться других требований действующего законодательства. 4.8. При эксплуатации ГОУ, предназначенных для очистки газопылевого потока от агрессивных или абразивных компонентов, необходимо следить за сохранением защитного покрытия тепловой изоляции, если она предусмотрена проектной документацией, и отсутствием повреждений металла и оборудования, предупреждая преждевременный выход их из строя. 4.9. На период эксплуатации ГОУ должны быть обеспечены запасными частями в количестве, достаточном для обеспечения их нормальной эксплуатации.

4.10. В каждом случае аварийной остановки работы ГОУ более одного часа при работающем технологическом оборудовании субъекты хозяйствования обязаны сообщить об этом органам Минприроды. 4.11. При выходе из строя одного или нескольких аппаратов, работающих параллельно, последовательно или комбинированно, предусмотреть меры по постепенному уменьшению загрузки технологического оборудования до полной его остановки. График остановки согласовывается с органами Минприроды. 4.12. Каждый случай технической неисправности или нарушения режимов работы ГОУ, что приводит к снижению эффективности работы, остановки или аварии, расследуется субъектом хозяйствования. По результатам расследования разрабатываются меры по доведению ГОУ до исправного технического состояния и предупреждения подобных случаев в дальнейшем. Состав комиссии назначается распорядительным документом субъекта хозяйствования, в ее состав должно входить должностное лицо, ответственное за охрану окружающей среды. В отдельных случаях (при аварийном выбросе загрязняющих веществ1-2 классов опасности) в состав комиссии должен входить государственный инспектор по охране окружающей природной среды (по согласию). 5. Требования к планового ремонта (текущего) установок очистки газа 5.1. Ремонт ГОУ проводят структурные подразделения субъекта хозяйствования или организация по соглашению (договору) с заказчиком, которая имеет для этого необходимую техническую базу и специалистов. 5.2. Периодичность ремонтов ГОУ определяется субъектом хозяйствования в соответствии с требованиями действующего законодательства. Ремонты проводятся согласно утвержденному субъектом хозяйствования графику. 5.3. ГОУ после ремонта должна обеспечивать проектную эффективность работы. 6. Регистрация установок очистки газа 6.1. Регистрация (перерегистрация) ГОУ осуществляется в органах Минприроды. 6.1.1. Для регистрации ГОУ как объектов нового строительства подаются: письменное обращение (письмо) от субъекта хозяйствования и паспорт ГОУ; копия акта готовности к эксплуатации завершенного строительством объекта; акты проверки соответствия фактических параметров работы установки очистки газа проектным (эффективность работы ГОУ) на источнике выброса и технического состояния установки очистки газа на источнике выброса (образование); сведения относительно осуществления мероприятий по устранению выявленных недостатков в работе ГОУ (при необходимости). 6.2. После реконструкции (модернизации) или капитального ремонта осуществляется перерегистрация ГОУ с сохранением регистрационного номера.

6.3. ГОУ считается зарегистрированным после присвоения регистрационного номера в органах Минприроды с внесением соответствующей записи в книге регистрации, при наличии подписи представителя органа Минприроды и печати в паспорте ГОУ. 6.4. Снятие с регистрации ГОУ проводится в случае ликвидации источника образования загрязняющих веществ (технологического оборудования), источника выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух (ГОУ и отдельных ее аппаратов) на основании акта о ликвидации основных средств. 6.5. Регистрационный номер наносят на корпус установки. Допускается нанесение регистрационного номера на табличке (размер 20х10 см).

Классификация установок очистки газа по группам и методами очистки I - сухие механические пылеуловители (гравитационные), сухие инерционные и ротационные; II - мокрые пылеуловители (инерционные, пенные, конденсационные), скрубберы (механические, ударно-инерционные пустые, насадкові, центробежные), скрубберы центру; III - промышленные фильтры (рукавные, волокнистые, зернистые) с импульсной регенерацией, обратной продувкой, ультразвуком, механическим и віброструшуванням; IV - электрические пылеуловители (сухие и мокрые электрофильтры); V - установки сорбционной химической очистки газа от газообразных примесей (адсорберы, абсорберы); VI - установки термической и термокаталітичної очистки газа от газообразных примесей; VII - установки других методов очистки (комбинированные).

Приложение Б

Таблица Б1- Примеры расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях. Котельная (ровная открытая местность)

Характеристики, обозначения, расчет	Единица измере­ния	Значение
Число дымовых труб, N	шт.	1
Высота дымовых труб, Н	м	35
Диаметр устья трубы, D	м	1,4
Скорость выхода газо-воздушной смеси, w0	м/с	7
Температура газо-воздушной смеси, ТГ	°С	125
Температура окружающего воздуха, ТВ	°С	25
Выброс двуокиси серы, MSO 2	г/с	12
Выброс золы, M3	г/с	2,6
Выброс окислов азота ( в пересчете на двуокись азота), MNO 2	г/с	0,2
Коэффициенты в формуле (1.15) А	- -	200 1
Максимальные разовые предельно допустимые концентрации (ПДК) двуокиси серы золы окислов азота	мг/м3 мг/м3 мг/м3	0,5 0,5 0,085
Объем газо-воздушной смеси	м3/с	10,8
Перегрев газо-воздушной смеси, ∆Т ∆Т =Тг - Тв.= 125-25	°С	100
Параметр f(по формуле (1.21))	-	0,56

Продолжение таблицы А. 1

Характеристики, обозначения, расчет	Единица измерения	Значение
Параметр vM (по формуле (1.25))	м/с	2,04
Параметр (по формуле (1.26))	-	0,36
Параметр fе = 800 (0,36)3	-	37,32
Параметр т (по формуле (1.20))	-	0,98
Параметр п (по формулам (1.22-1.24))	-	1
Опасная скорость ветра им (по формулам 1.39-1.41)	м/с	2,2
Параметр d (по формулам (1.31-1.33))	-	12,3