Разработка и испытание теплообменника, входящего в состав опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд. Разработка и испытание опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд.

Объектом исследования являются мобильные парогенераторные установки и методики их проектирования. Цель работать – разработать , изготовить и испытать опытный образец мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд на основе проведенных перспективных исследований в области теплоэнергетики. В результате первого этапа НИОКР было проведено исследование современных конструктивных решений теплообменников для паровых и водогрейных установок с последующим выбором цилиндрического теплообменника горизонтального исполнения. На основании проведенных расчётов был разработан опытный образец мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд, который состоит из двух трубных спиралевидных цилиндрических змеевиков. Конструкция теплообменника разработана и рассчитана на полуреверсивную топочную камеру, и устроена таким образом, что малый змеевик вставляется в большой и между ними в поперечном сечении остается зазор в 20 – 25 мм для движения и выхода дымовых газов. Размеры теплообменника – диаметр и длина были подобраны из расчета диаметра и длины факела пламени таким образом, чтобы исключить перегрев и разрушение теплообменника. Практическая реализация первого этапа НИОКР была достигнута после сборки опытного образца теплообменника мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд. При изготовлении опытного образца теплообменника были учтены параметры, технические и массово-габаритные характеристики в рамках технического задания НИОКР: - поверхность нагрева теплообменника 〖6,7〗^* м^2 из расчёта на производительность 300 кг пара /час, при общей поверхности нагрева 〖8,55〗^* м^2 ; - материал труба труба 38 x 5 ГОСТ 10704-91 / А-20 ГОСТ 10705-80 ; - габариты , 1060*мм x 606 мм.; После сборки опытного образца теплообменника были проведены его испытания. При проведении визуально-измерительного контроля наружной поверхности теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд и сварных соединений недопустимые дефекты не выявлены. При магнитопорошковом контроле угловых сварных соединений элементов теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд поверхностные дефекты не выявлены. При ультразвуковом контроле стыковых сварных соединений агрегатов и трубопроводов парового теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд недопустимые дефекты не выявлены. Фактически измеренные толщины стенок элементов теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд соответствуют проектным. Проведены гидроиспытания теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд пробным давлением 1,0 МПа и трубной части змеевиков пробным давлением 4,3 МПа в течение 20 мин. и рабочими давлениями P=3,4 МПа трубной части змеевиков, при этом отпотевания, течи, остаточные деформации, признаки разрушения в сварных соединениях и основном металле, падение давления по манометру не выявлены. Результаты технического диагностирования при приемо-сдаточных испытаниях удовлетворительные. Состояние основного металла и сварных соединений теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд удовлетворительное, дефекты, препятствующие эксплуатации и дальнейшей сборки установки, не выявлены. Разработанный теплообменник опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара удовлетворяет техническим параметрам и характеристикам, которые были отражены в техническом задании по первому этапу НИОКР. Второй этап научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы был посвящен разработке и изготовлению опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара .Основная функция разработанного опытного образца мобильной установки по выработке пара для технологических нужд - это преобразования воды в пар, который используется в различных технологических процессах и производствах . Опытный образец мобильной установки по выработке пара по виду исполнения представляет из себя цидиндрический прямоточный котел, состоящий из теплообменника в виде сборки змеевиков, и обшитый теплоизоляцией.Опытный образец мобильной установки по выработке пара по типу исполнения стационарного типа, который можно будет разместить в специализированном термобоксе, а так же на автомобильном прицепе. Основными узлами опытного образца мобильной установки по выработке пара являются: - металлический корпус, состоит из передней ( Лист Ст3, 4-6 мм) и задней стенок ( Лист Ст3, 4-6 мм) и жаровой трубы (09Г2С, 6мм), обрамлен сталеполосой 40 мм и обшит теплоизоляционной плитой не менее 50 мм; - теплообменник, изготовленный в виде сборки цилиндрических змеевиков ( труба D38x5 мм, Ст20) и приваренных кольцевых замков ( обечайка 6 мм, 09Г2С) для обеспечения герметичности топочной камеры; - патрубок горелки ( D159x5 мм, 09Г2С); - задняя термоупорная крышка, изготовленная в виде цилиндрической обечайки длиной не более 200 мм из листа жаропрочной стали 09Г2С, 6 мм и наполненная термостойким изоляционным материалом; - рамное основание, состоящее из сваренных между собой швеллеров №5; Массогабаритные характеристики опытного образца мобильной установки по выработке пара: - габариты, ДхШхВ, 1350 мм х 900 мм х 1200 мм ; - масса, кг – 650 кг; Разработанный опытный образец мобильной установки по выработке пара удовлетворяет техническим параметрам и характеристикам, которые были отражены в техническом задании по первому этапу НИОКР. На базе оборудования ОВЕН разработана программа автоматизации опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара в среде программирования для создания алгоритмов работы программируемых реле ОВЕН ПР100. В системе управления используются: программируемый контроллер ОВЕН ПР100, панель оператора ОВЕН СП270-Т, аналоговый модуль ввода ОВЕН МВ110-24.8АС, дискретный модуль ввода ОВЕН МВ110-224.16ДН, дискретный модуль вывода ОВЕН МУ110-224.16Р, блок питания ОВЕН БП60Б-Д4-24. После разработки программы управления и автоматизации и изготовления опытного образца мобильной установки по выработке пара были проведены испытания. Объектом испытаний был опытный образец мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд .Цель испытаний – проверить функционирование мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд .Испытания проходили в течение 2 часов. В программу испытаний входили основные пункты и положения 1) Работоспособность системы управления и автоматизации мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд; 2) Работоспособность принципиальной схемы мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд; 3) Работоспособность и производительность мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд; 4) Работоспособность вспомогательного оборудования (насос, горелка, запорная арматура) ; 5) Визуальный осмотр на герметичность и эстетичность ; В результате испытаний мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд недостатков и недочетов работы установки не выявлено. Отказы и сбои не зафиксированы. По итогу проведенных экспериментальных исследований разработаны рекомендации и руководство по эксплуатации мобильной установки по выработке насыщенного пара, а также технический паспорт. Важно отметить высокую значимость научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по причине разработки энергоэффективной мобильной установки по выработке насыщенного пара . Данная разработка имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими решениями: высокая степень ремонтопригодности, безопасность эксплуатации, мобильность и небольшие габариты. Разработанная мобильная установка по выработке пара позволяет производить сухой насыщенный пар для нужд теплоэнергетики. Не менее значимым также является высокая эффективность и производительность разработанной теплоэнергетической установки при относительно небольших массо-габаритных характеристиках. При габаритах установки 1350 мм х 900 мм х 1200 мм (ДхШхВ), производительность установки составляет 300 кг пара/час. В сравнении с аналогичным оборудованием при производительности 300 кг пара/час габариты парогенераторных установок в среднем равны 1700 мм х 1200 мм х 1800 мм (получается, что созданное нами оборудование мобильнее и меньше в 1,35 раз меньше ). Таким образом, все работы, а именно разработка теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара, изготовление теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара, проведение испытаний теплообменника опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара выполнены в полном объеме, разработка программного обеспечения опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара, изготовление и сборка опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд, проведение испытаний опытного образца мобильной установки по выработке насыщенного пара для технологических нужд выполнены в полном объёме. Кроме того разработан технический паспорт и руководство по эксплуатации.