Дипломная работа: Проектирование адиабатной выпарной установки термического обессоливания воды

3.3.8 Выполним проверку выбранной площади сепарационного устройства первой ступени испарения по допустимой скорости пара найденной ранее

где аж=1,14 – постоянная (стр. 194 [7]);

a=450 – угол наклона жалюзи в поперечном разрезе;

m=304,1´10-6 Па´с – динамическая вязкость воды при температуре в первой ступени;

m20=1003´10-6 Па´с – динамическая вязкость воды при температуре 20 0С;

b’=0 – угол наклона жалюзийного пакета.

3.3.8.2 Площадь свободного сечения сепаратора составляет Fс.своб.

Fс.своб.=Fc´Fcеп=0,48´3,6=1,78м2.

3.3.8.3 Скорость вторичного пара в сепарационном устройстве первой, наиболее напряжённой, ступени по уравнению неразрывности составит wс1

3.3.8.4 Сравнивая найденную скорость пара с предельной величиной: wд1’=28,6 м/с больше wc1=28,2 м/с;

следовательно, выбранное сепарационное устройство обеспечит необходимую степень очистки пара принятую ранее.

3.4 Расчёт основных параметров пароструйного эжектора

3.4.1Как уже отмечалось выше, для повышения потенциала используемого в установке пара с низкими параметрами устанавливается пароструйный эжектор. Принимаем в качестве рабочего пар 40 с параметрами P=4,0 МПа и t=375 оС. Схема пароструйного эжектора представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Схема пароструйного эжектора.

3.4.2 Исходные данные для расчёта

3.4.2.1 Температура рабочего пара tр=375оC.

3.4.2.2 Давление рабочего пара Рр=4,0 МПа.

3.4.2.3 Температура эжектируемого пара tн=70оС.

3.4.2.4 Давление эжектируемого пара Pн=3,1161´104 Па.

3.4.2.5 Температура смеси на выходе tс=101оС.

3.4.2.6 Давление смеси на выходе Рс=0,0981МПа=1ата.

3.4.2.7 Коэффициент эжекции u=9.

3.4.3 По таблице 4-1 [23] для перегретого пара найдем показатель адиабаты рабочего пара kр=1,3.

3.4.4 Газовая постоянная для водяного пара R=463 Дж/кг (таблица 1-2 [23]).

3.4.5 Определим величину относительного давления Прн

3.4.6 Определим по таблице приложения 4 [23] газодинамические функции рабочего пара с учётом найденной величины Прн

3.4.6.1 Приведённая изоинтропная скорость lрн=2,41.

3.4.6.2 Относительная плотность eрн=0,02288.

3.4.6.3 Приведённая массовая скорость qрн=0,0831.

где uр=0,06997 м3/кг, uн=5,0479 м3/кг, uс=1,735 м3/кг – удельный объём соответственно рабочего пара, инжектируемого пара и смеси.

3.4.8 Определим оптимальное отношение сечения f3 к критическому сечению сопла fр* по формуле (4-20) [23]

3.4.8.1 Вычислим параметр а

3.4.8.2 Вычислим параметр b

где j3=0,9 и j4=0,925 - коэффициенты скорости газоструйного эжектора (стр. 151 [17]).

3.4.8.3 Параметр с

3.4.8.4 Тогда отношение (f3/fр*)опт

3.4.9 Вычислим давление смешанного потока в выходном сечении камеры смешения Р3

где eр*=0,628 и Пр*=0,55 – критическое значение относительной плотности и критическое относительное давление при заданном показателе адиабаты рабочего потока.

3.4.9.2 По формуле (4-43) определим отношение перепада давлений смешанного потока в диффузоре и перепада давлений инжектируемого потока на входном участке камеры смешения DРд/DРк

3.4.9.3 Отношение DРд/Рн

3.4.9.4 Отношение давления смешанного потока к давлению эжектируемого пара по формуле на странице 161 [17]

3.4.9.4 Тогда давление смешанного потока в выходном сечении камеры смешения Р3

Р3=Рн´3,6=3,6´31161=112180 Па=112,18кПа.

3.4.10 Рассчитываем характеристику выбранного эжектора

3.4.10.1 Предварительно находим отношение fр1/f3

3.4.11 Произведём расчёт основных размеров эжектора

3.4.11.1 По формуле (1-20) найдём критическую скорость рабочего потока ар*

где Тр=648 К – абсолютная температура рабочего пара.

3.4.11.2 Критическое сечение рабочего сопла по формуле (2-42) fр*

3.4.11.3 Критический диаметр dр*

3.4.11.4 Выходное сечение сопла fр1

3.4.11.5 Выходной диаметр сопла d1

3.4.11.6 Площадь сечения камеры смешения f3

3.4.11.7 Диаметр камеры смешения d3

3.4.11.8 Длина свободной струи по формуле (2-55) lс1

где а=0,08 – опытная константа для упругих сред (стр.50 [23]).

3.4.11.9 Диаметр свободной струи d4 на расстоянии lс1 от выходного сечения сопла по формуле (2-56)

d4=1,55´d1´(1+u)=1,55´41´10-3´(1+9)=0,636 м=636мм.

3.4.11.10 Так как d4=363 мм>d3=254 мм, то входной участок камеры смешения выполняется в виде конического перехода, на котором диаметр изменяется от 363 мм до 254 мм.

3.4.11.11 При угле раствора 900 длина входного участка камеры смешения lс2

lс2=d4-d3=(363-254)´10-3=0,109 м=109 мм.

3.4.11.12 Расстояние от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения цилиндрической камеры смешения lc

lc=lс1+lс2=1,091+0,109=1,2 м=1200 мм.

3.4.11.13 Длина цилиндрической камеры смешения по формуле (2-60) lk

lk=6´d3=6´0,254=1,524 м.

3.4.11.14 Выходное сечение диффузора fс определяется по формуле (2-62)

3.4.11.15 Диаметр выходного сечения dс принимаем Dс=1,400 мм.

3.4.11.16 Определим длину диффузора lд исходя из угла раствора 8-100 по формуле (2-61)

Lд=5´(dс–d3)=5´(1,400-0,254)=7,00 м.

3.4.12 Диаметр трубопровода рабочего пара Dр определим исходя из рекомендуемой скорости движения wр=50 м/с принимаем Dр=100 мм.

3.5 Выбор насосов

3.5.1 Насос циркуляционной воды выбираем по производительности, учитывая, что сопротивление водяного тракта установки не превышает 1,5 кг/м3

Qц=G´3600´uк=1950,5´3600´0,0010078=7077 м3/час,

где uк=0,0010078 м3/кг – удельный объём рассола при температуре на выходе из последней ступени tк=40 оС.

3.5.2 Насос конденсата греющего пара выбираем также по производительности, предполагая, что весь пар, подаваемый в головной подогреватель, конденсируется

Qк=Gг.п.´3600´uк.г.п.=52,45´3600´0,0010437=197,07 м3/час,

где uк.г.п.=0,0010437 м3/кг – удельный объём конденсата.

3.5.3 Вакуум-насос конденсатора теплоиспользующих ступеней выбираем по величине необходимого вакуума в ступенях меньше Рабс. =20 кПа.

3.5.4 Вакуум-насос конденсата теплоотводящих ступеней выбираем аналогично, предполагая вакуум в теплоотводящих ступенях более глубоким Рабс.=6 кПа.

3.5.5 Насос обессоленной воды выбирается по производительности и необходимому напору для передачи воды в заводскую сеть Q=750 м3/час.

3.3.6 Полный перечень насосов, используемых в установке представлен в таблице 6.

Таблица 6 – Тип и количество устанавливаемых насосов

4. Электротехническая часть

4.1 Общая характеристика

Проектируемая выпарная установка включает следующее основное электрооборудование:

-  электродвигатели приводов насосного оборудования;

-  систему освещения.

Необходимо также учитывать возможность подключения различного низковольтного оборудования (электроинструментов, сварочных трансформаторов). Кроме того, всё электрооборудование, кабельные линии и провода оборудуются необходимой защитой и автоматикой.

Линейная схема электрооборудования проектируемой адиабатной выпарной установки представлена на рисунке 11.

Питание проектируемой установки осуществляется от шин напряжением 6 кВ, расположенных на эстакаде производства “Аммиак - 2”, по силовому кабелю, проложенному в земле. Непосредственно на территории установки располагается распределительный шкаф РШ 6 кВ типа К-2-АЭ с вакуумными выключателями типа ВВ/ТЕL, от которого питается высоковольтное оборудование. Двигатели на 380 В, система освещения и внутреннее низковольтное оборудование питается от силового трансформатора через распределительный шкаф РШ 0,4 кВ. Резервного источника питания не предусматривается.

В данном разделе дипломного проекта производится выбор основного электротехнического оборудования, кабелей, проводов, выключателей, автоматов и пр. Здесь же проводится проверка выбранного оборудования и токопроводов.

4.2 Выбор электродвигателей

4.2.1 Электродвигатели привода насосного оборудования выбираем по номинальной мощности насоса, его К.П.Д. и коэффициента запаса по формуле 2.5 [11] с учётом необходимой частоты вращения

4.2.1.1 Мощность электродвигателя привода циркуляционного насоса Рц

где N=350 кВт – мощность насоса согласно таблице 6;

h=0,87 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,1 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель АВ-450-750 номинальной мощностью Рном=450 кВт, напряжением U=6 кВ, частота вращения n=750 об/мин, h=0,97, соsj=0,91.

4.2.2 Мощность электродвигателя привода насоса обессоленной воды Ро

где N=342 кВт – мощность насоса согласно таблице 6;

h=0,76 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,1 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель АВ-500-1000 номинальной мощностью Рном=500 кВт, напряжением U=6 кВ, частота вращения n=1000 об/мин, h=0,94, соsj=0,87.

4.2.3 Мощность электродвигателя насоса конденсата греющего пара Рк.г.п.

где N=100 кВт – мощность насоса согласно таблице 6;

h=0,75 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,2 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель АО3-400s-4 номинальной мощностью Рном=200 кВт, напряжением U=6 кВ, частота вращения n=1500 об/мин, h=0,93, соsj=0,9.

где N=260 кВт – мощность насоса согласно таблице 6;

h=0,86 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,1 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель 4АН355М номинальной мощностью Рном=400 кВт, напряжением U=6 кВ, частота вращения n=1500 об/мин, h=0,86, соsj=0,92.

4.2.5 Мощность электродвигателя привода вакуум-насоса ВВН1-12 Рв1

где N=12,5 кВт – мощность вакуум-насоса согласно таблице 6;

h=0,75 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,3 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель 4А180S-2 номинальной мощностью Рном=22 кВт, напряжением U=380 В, частота вращения n=1500 об/мин, h=0,89, соsj=0,91.

4.2.5 Мощность электродвигателя привода вакуум-насоса ВВН1-25 Рв2 находим аналогично

где N=20 кВт – мощность вакуум-насоса согласно таблице 6;

h=0,75 – К.П.Д. насоса по таблице 6;

к=1,3 – коэффициент запаса согласно [11];

выбираем электродвигатель 4А200L-4 номинальной мощностью Рном=45 кВт, напряжением U=380 В, частота вращения n=1500 об/мин, h=0,92, соsj=0,9.

4.2.6 Полученные результаты сводим в таблицу 7.

Таблица 7 – Номинальные характеристики электродвигателей приводов насосного оборудования

4.3 Расчёт электрических нагрузок

4.3.1 Рассчитываем нагрузки электрооборудования на стороне низшего напряжения

4.3.1.1 Расчётная активная мощность электродвигателей 0,38 кВ Рд.расч составляет по формуле (4.19) [10]

Рд.расч.=Ки´SРном=0,8´(22´2+45)=71,2 кВт,

где Ки=0,8 – коэффициент использования мощности насосов по таблице 4.6 [10];

SРном – суммарная номинальная мощность двигателей по таблице 7.

4.3.1.2 Расчётная реактивная мощность электродвигателей 0,38 кВ Qд.расч. составляет по формуле (4.19) [10]

Q д.расч.=Рд.расч.´tgj =71,2´0,75=53,4 квар,

где tgj=tg(arccosj)=0,75 – значение коэффициента мощности насосов по таблице 4.6 [10].

4.3.1.3 Расчётная активная мощность трёх сварочных трансформаторов составляет Рсв.тр.

Рсв.тр.=Ки´Рном´n=0,35´30´3=31,5 кВт,

где Ки=0,35 – коэффициент использования мощности сварочных трансформаторов по таблице 4.6 [10].

4.3.1.4 Расчётная реактивная мощность сварочных трансформаторов составляет Qсв.тр.

Qсв.тр.=Рсв.тр.´tgj=31,5´1,73=54,6 квар,

где tgj=1,73 – определяется для коэффициента мощности сварочных трансформаторов по таблице 4.6 [10].

4.3.1.5 Расчётную мощность освещения Ро находим из условия 10 Вт/м2 площади помещений

Ро=10´S´Ки=10´720´0,8=5,76 кВт,

где S=720 м2 – площадь помещений проектируемой установки;

Ки=0,8 коэффициент использования мощности освещения согласно [10].

4.3.1.6 Суммарная активная мощность на стороне НН составляет РSНН

РSНН=Рд.расч.+Рсв.тр.+Ро=71,2+31,5+5,76=108,5 кВт.

4.3.1.6 Суммарная реактивная мощность QSНН

QSНН=Qд.расч.+Qсв.тр.=53,4+54,6=108 квар.

4.3.1.7 Так как величина реактивной мощности значительна на стороне низшего напряжения подключаем компенсирующее устройство УКМ 58-04-100-33,3 УЗ мощностью Qкк= 100 квар (номинальное напряжение 0,4 кВ).

4.3.1.8 Тогда величина реактивной мощности с компенсирующим устройством QННк

QННк=QSНН-Qкк=108-100=8 квар.

4.3.1.9 Полная мощность на стороне низшего напряжения SНН

4.3.1.10 По мощности выбираем по таблице на стр. 207 [25] масляный силовой трансформатор ТМ 160 со следующими характеристиками:

напряжение на шинах высшего напряжения – 6 кВ;

напряжение на шинах низшего напряжения – 0,4 кВ;

номинальные потери холостого хода DРх.х.=510 Вт;

номинальные потери короткого замыкания DРк.з.=3,1 кВт;

uк =4,5 %;

i0=2,4 %.

4.3.1.11 Потери в трансформаторе принимаем согласно (4.29) и (4.30)

DРт=0,02´Sном=0,02´160=3,2 кВт;

DQт=0,1´Sном=0,1´160=16квар.

4.3.1.12 Всего на стороне высшего напряжения имеем

РSВН=РSНН+DРт=108,5+3,2=111,7 кВт;

QSВН=QSНН+DQт=8+16=24 квар.

4.3.1.14 Средневзвешенный коэффициент мощности cosj

сosj=РSВН/SВНт=111,7/114,3=0,98.

4.3.2 Расчётные нагрузки высоковольтного оборудования

4.3.2.1 Принимая коэффициент использования мощности одинаковым для всех электродвигателей находим активную расчётную мощность Рд.расчв по формуле (4.19) [10]

Рд.расчв=Ки´SРном=0,8´(450´3+500+200+400)=1960 кВт,

где SРном – сумма номинальных мощностей двигателей по таблице 7;

Ки=0,8 – коэффициент использования по таблице 4.6 [10].

4.3.2.2 Реактивная мощность составляет Qд.расч.в

Qд.расч.в=tgj´Рд.расч.в=0,75´1960=1470 квар,

где tgj=0,75 – определяется по таблице 4.6 [10].

4.3.3 Суммарная активная мощность на шинах 6 кВ составляет РS

РS=РSВН+Рд.расч.в=111,7+1960=2071,7 кВт.

4.3.4 Суммарная реактивная мощность на шинах 6 кВ составляет QS

QS= QSВН+Qд.расч.=24+1470=1494 квар.

4.3.5 Устанавливаем на шинах высшего напряжения компенсирующее устройство УКА 56-6,3-1350 УЗ (У1) мощностью Qкк=1350 квар (номинальное напряжение 6,3 кВ).

4.3.6 С учётом компенсирующего устройства величина реактивной мощности на шинах 6 кВ составляет QSк

QSк=QS-Qкк=1464-1350=144 квар.

4.3.7 Полная мощность на шинах 6 кВ составляет S

4.4 Выбор коммутирующей аппаратуры и сечения кабелей

4.4.1 Распределительный шкаф 6 кВ подключается к цеховым шинам алюминиевым кабелем, проложенным в земле

4.4.1.1 Расчётный ток в линии от шин 6 кВ до РШ определяется по величине полной мощности на шинах 6 кВ Iр1

4.4.1.2 По таблице 5-16 [10] выбираем для алюминиевого кабеля в бумажной пропитанной изоляции экономическую плотность тока jэк=1,2 А/мм2

4.4.1.3  Тогда экономическое сечение жилы кабеля sэк

sэк=Iр1/jэк=200/1,2=167 мм2.

4.4.1.4 Выбираем по таблице 2-22 [26] кабель с алюминиевыми жилами марки ААШВ-6 с сечением жилы s=185 мм2 и длительно допустимым током Iд.д.1=340 А.

4.4.2 Трансформатор мощности подключён к распределительному щиту 6 кВ кабелем с алюминиевыми жилами, проложенным по воздуху

4.4.2.1 Расчётный ток в линии от РШ 6 кВ до трансформатора определяется по величине мощности на шинах высшего напряжения трансформатора Iр2

4.4.2.2 По таблице 5-9 [10] выбираем для алюминиевого кабеля с бумажной изоляцией экономическую плотность тока jэк=1,2 А/мм2

4.4.2.3  Тогда экономическое сечение жилы кабеля sэк

sэк=Iр2/jэк=11/1,2=9,1 мм2.

4.4.2.4 Выбираем по таблице 2-22 [26] кабель с алюминиевыми жилами марки ААШВ-6 с сечением жилы s=10 мм2 и длительно допустимым током Iд.д.2=60 А.

4.4.3 Распределительный шит 0,4 кВ подсоединён к трансформатору алюминиевыми проводами с резиновой изоляцией, проложенными в трубе

4.4.3.1 Расчётный ток в проводах Iр3 находим по величине полной мощности на стороне низшего напряжения трансформатора

4.4.3.2 Для алюминиевых проводов с резиновой изоляцией экономическая плотность тока составляет по таблице 5-16 [10] jэк=1,2 А/мм2.

4.4.3.3 Экономическое сечение провода составляет sэк

sэк=Iр3/jэк=157/1,2=131 мм2

4.4.3.4 Выбираем по таблице 2-17 [26] алюминиевый провод марки АПР с сечением жилы s=120 мм2 и длительно допустимым током Iд.д.2=220 А.

4.4.4 Принимая, что двигатели подключены к РШ 0,4 кВ алюминиевыми проводами в резиновой изоляции проложенными в одной трубе, выберем сечение проводов для двигателя Рном=45 кВт

4.4.4.1 Расчётный ток в проводах Iр.д. найдём по номинальным характеристикам двигателя

4.4.4.2 Экономическая плотность тока по таблице 5-16 [10] jэк=1,2А/мм2.

4.4.4.3 Экономическое сечение провода sэк

sэк=Iр.д./jэк=82,6/1,2=68,8 мм2.

4.4.4.4 По таблице 2-17 [26] выбираем алюминиевый провод с резиновой изоляцией марки АПР сечением жилы s=70 мм2 и длительно допустимым током Iд.д.=165 А.

4.4.5 По расчётному току в проводниках выбираем отключающую аппаратуру

4.4.5.1 По расчётному току в кабельной линии 6 кВ, соединяющей внутрицеховые шины с РШ проектируемой установки, Iр1=200 А выбираем высоковольтный выключатель марки ВМП 10 (таблица на стр. 222 [25]) номинальным током Iном=1000 А.

4.4.5.2 Двигатели 6 кВ подключаются непосредственно к РШ марки К-2-АЭ, в котором устанавливаются вакуумные выключатели типа BB/TEL со следующими характеристиками:

номинальный ток – 630 А;

номинальный ток отключения выключателя – 12,5 кА;

номинальный ток термической стойкости (0,3 с.) - 12,5 кА.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7