2.1. Аналіз сучасних технічних рішень.

У якості підігрівників і охолоджувачів різного призначення на судах морського флоту широко застосовуються кожухотрубні теплообмінні апарати, поверхні теплообміну яких виконані із гладких круглих труб. В апаратах із прямими трубами для розвантаження їх від поздовжніх зусиль нерідко використовують рухливі (плаваючі) трубні дошки або компенсатори. В апаратах з U-Образними трубами й змієвикового типу в трубах не виникає поздовжніх зусиль. Недолік таких апаратів - можливість очищення труб зсередини тільки хімічним, методами. Кожухотрубні теплообмінні апарати застосовуються як у горизонтальному, так і у вертикальному виконанні. В обох випадках передбачається випуск повітря при заповненні апарата й злив теплоносіїв.

У кожухотрубных теплообмінних апаратах зовнішній діаметр труб звичайно становить 12-20 мм, а товщина стінок 1-2 мм. При використанні труб великого діаметра зростають габарит і маса теплообмінних апаратів. Мінімальний зовнішній діаметр труб суднових теплообмінних апаратів становить 10 мм, тому що труби меншого діаметра швидше засмічуються і їх сутужніше чистити.

У деяких теплообмінних апаратах використовуються оребрені й шиповані труби , за рахунок чого збільшують поверхню теплообміну з боку теплоносія з меншим коефіцієнтом тепловіддачі. Ребра можуть бути різної форми й розташування: прямокутні й круглі поперечні, прямокутні подовжньо розташовані і т.д. У теплообмінних апаратах іноді застосовуються плоскі труби, наприклад 50x4,5 мм. По порівнянню з апаратами, у яких поверхня теплообміну складається із круглих труб, охолоджувачі води із плоскими трубами мають менші масу й габарит.

Пластинчастий теплообмінник - це теплообмінник поверхневого типу, призначений для здійснення теплообміну між різними середовищами: рідина-рідина, пара-рідина. Теплопередаюча поверхня пластинчастого утворена з тонких штампованих гофрованих пластин. Робочі середовища в теплообміннику рухаються в щілинних каналах складної форми між сусідніми пластинами. Канали для гріє і нагрівається теплоносіїв чергуються між собою. Висока ефективність теплопередачі досягається за рахунок застосування тонких гофрованих пластин, які є природними турбулізаторами потоку і, внаслідок своєї малої товщини, мають малим термічним опором. Герметичність каналів і розподіл теплоносіїв по каналах забезпечується за допомогою гумових ущільнень, розташованих по периметру пластини. Ущільнення кріпиться до пластини за допомогою кліпс (Paraclip). Ущільнення, розташоване по периметру пластини, охоплює два кутових отвори, через які входить потік робочого середовища в межпластінний канал і виходить з нього, а через два інших отвори, ізольованих додатково кільцевими ущільненнями, зустрічний потік проходить транзитом. Навколо цих отворів є подвійне ущільнення, яке гарантує герметичність каналів. На малюнку стрілками показано розташування спеціальних канавок, через які теплоносій випливає з теплообмінника назовні у разі пошкодження ущільнення. Таким чином, протікання можна визначити візуально і замінити ущільнення за короткий час. Ущільнювальні прокладки кріпляться до пластини таким чином, що після збирання і стиснення пластини в апараті утворюють дві системи герметичних каналів - одна для гріючого середовища, інша для нагрівається. Кожна наступна пластина повернута на 180° в площині її поверхні щодо попередньої, що створює рівномірну сітку перетину взаємних точок опор вершин гофр і забезпечує жорсткість пакета пластин. Обидві системи межпластінних каналів з'єднані зі своїми колекторами і далі з сполуками для входу і виходу робочих середовищ на нерухомій плиті теплообмінника. Пакет пластин розміщується на рамі теплообмінника.

3. Розрахунок кількості відведеного тепла в контурах охолодження Тип судна: контейнеровоз Дедвейт 42350 ( т ) Марка ГД: MAN B & W 7S70 MC Потужність ГД: 19670 ( кВт ) Питома ефективний витрати: G_e = 0,2 ( кг / кВт * год) Теплота згоряння палива: Q_нр = 40900 ( кДж / кг )

3.1.Розрахунок кількості відведеного від двигуна тепла. Тепло виділене при роботі двигуна за 1:00: Q_гд = g_e * N_e * Q_нр = 0,175 * 19670 * 40900 = 160900600  ( кДж / год ) Частки тепла відведеного від двигуна: g_мгд - маслом, gвгд - водою, gвоздгд - повітрям. Приймаємо. Кількість теплоти відводиться від двигуна маслом: Q_мгд = Q_гд * g_мгд  = 160900600 * 0,023 = 3700713,8  ( кДж / год ) Кількість теплоти відводиться від двигуна водою: Q_вгд =Q_гд * g_вгд = 160900600 * 0,074 = 11906644,4 ( кДж / год ) Кількість теплоти відводиться від двигуна повітрям: Q_повгд = Q_гд * g_повгд = 160900600 * 0,10 = 16090060 ( кДж / год ) Загальна кількість теплоти відводиться від двигуна: Q_заггд = Q_мгд + Q_вгд + Q_повгд = 3700713 + 11906644 [phone] = 31697418,2 (кДж /год )

Розрахункова кіьлкість тепла відведеного від ДГ приймається 20% від ГД Кількість теплоти відводиться від двигуна маслом: Q_мгд = 3700713,8 * 0,25 = 925178,45 ( кДж / год ) Кількість теплоти відводиться від двигуна водою: Q_вгд = 11906644,4 * 0,25 = 2976661,1 ( кДж / год ) Кількість теплоти відводиться від двигун повітрям: Q_повгд = 16090060 * 0,25 = 4022515 ( кДж / год )

Загальна кількість теплоти відводиться від двигуна: Q_загдг = Q_мдг + Q_вдг + Q_повдг = 925178,45 + 297661,1 +4022515 = 5245354,55 ( кДж / год )

Загальне відведений кол-во тепла: Q_заг = Q_заггд + Q_загдг = 31697418,2 +5445354.55 = 36942772,75 ( кДж / год ) Qзагм = Qмгд + Qмдг = 3700713,8 + 925178.45 = 4625892.25 ( кДж / год )

3.2. Тепловий і конструктивний розрахунок центрального охолоджувача. Задаємося. Швидкості середовищ: V_пр.в = 0,95 ( м / с )                              V_з.в = 1,6 ( м / с )

Матеріал труб - латунь ЛО 70-1 Щільність середовищ: ρ_пр.в = 988 ( кг/ м³ )                                ρ_з.в = 1018 ( кг/ м³ ) Теплоємності середовищ:  С_пр.в  = 4,179 ( кДж / кг * с)                                       С_пр.в = 3,82 ( кДж / кг * с) Коеф теплопровідності: λ_латуні = 115 ( Вт / м * с)                                              λ_води = 0,65 ( Вт / м * с) Діаметр трубок: d_зовн = 0,024 ( м )                              d_внут = 0,022 ( м ) Температури середовищ: t_{1 пр.в} = 60 ⁰С - на вході                                   t_2пр.в = 46 ⁰С - на виході                                   t_{1 з.в} = 25 ⁰С - на вході                                   t_{2 з.в} = 35 ⁰С - на виході Коеф. кінематичної в'язкості: υ_пр.в = 0,000000478 ( м² / с ) Значення числа Прандля: Pr_пр..в = 3,2

Поверхня теплообміну визначаємо з основного рівняння теплообміну: F = Q_заг / (КΔt), де Q_заг - кількість тепла переданого від прісної води до забортної води, К - коефіціент теплопередачі, Δt - різниця температур теплообнінюющихся середовищ

Кількість тепла, що відводиться з прісною водою: 

Q_заг = 36942772.75 кДж / год З рів-ня теплового балансу знаходимо витрату прісної води  G_пр води: Q = G_пр.в * С_пр.в * (t_1пр.в – t_2пр.в ) = G_з.в * С_з.в * ( t_2з.в – t_1з.в ), де Q = Q_заг = G_пр.в * С_пр.в * ( t_1пр.в – t_2пр.в ) G_пр.в і G_з.в  - годинні витрати прісної і забортної води відповідно. G_пр.в = Q_заг / (С_пр.в * ( t_1пр.в – t_2пр.в )) = 36942772.75 / (4,179 * 14) = = 67758.47 ( кг / ч ) = 18.82 ( кг / с ) G_з.в = Q_заг / ( С_з.в * ( t_2з.в – t_1з.в )) = 36942772.75 / (3,92 * 10) = = 942417.67 ( кг / ч )  = 216.78 ( кг / с )

Визначимо площу перетину трубок для руху води з рівняння суцільності fсеч: f_пер = G_з.в / ( V_з.в * ρ_з.в ) = 216.78 / (1,6 * 1018) = 0,133 ( м ) Також f_пер = (π * d_2внут  * n) / 4 – звідси знаходимо кількість трубок в одному ході n₁:

n₁ = ( f_пер * 4) / (π * d_2внут ) = (0,133 * 4) / (3,14 * 0,0222) = 351 трубок

Число Рейнольдса для прісної води: Re = ( V_пр.в * d_зовн ) / υ_пр.в = (0,95 * 0,024) / 0,000000478 = 47698,7 Nu = 0,023 * Re^0.8  * Pr_gh/d^0.4 = 0,023 * 47698,70,8 * 3,20,4 = 202,5 Різниця температур теплообменівающіхся середовищ: Δt = ( t_1пр.в + t2пр.в ) / 2 - ( t_2з.в + t_1з.в ) / 2 = (60 +46) / 2 - (35 +25) / 2 = 23 ⁰С

Поверхня  теплообміну для кожухотрубного холодильника: F_к = Q_заг / (К * Δt * 3,6) = 36942772.75 / (4000 * 23 * 3,6) = 111,55 (м²)

де: К - Коефіцієнт теплопередачі від прісної води до забортної, може бути для чистого кожухотрубного теплообмінника прийнятий рівним 5000 ( кДж / м²чК), при середньому забрудненні К = (3500 – 4000) ( кДж / м²чК);

Для пластинчастого теплообмінника К =(6000 – 8000) ( кДж / м²чК);

поверхня теплообміну для пластинчатого холодильника:

F_п = Q_заг / (К * Δt * 3,6)=36942772,75/(7000*23*3,6)=63,74 (м² )

Так як, F_п < F_к, отже є доцільним замінити кожухотрубний водоохолоджувач на пластинчатий, як зразок можна використати холодильник фірми “ Alfa Laval ” модель T20-MFG.

4.1.Опис нового елемента системи охолодження головного двигуна

Теплообмінник Alfa Laval T20-MFG пластинчастий. Пластинчастий теплообмінник Alfa Laval T20-MFG складається з пакета металевих гофрованих пластин, що формують канали для двох рідин, що беруть участь в процесі теплообміну. Пакет пластин розміщений між опорною і притискною плитами і закріплений стяжними болтами.

Кожна пластина забезпечена прокладкою ущільнювача, яка герметично ізолює канал і направляє різні потоки рідин в чергуються канали. Необхідна кількість пластин, їх профіль і типорозмір визначається інтенсивністю потоку, фізичними властивостями рідин, допустимими перепадами тиску і температурної програмою.

Гофрована поверхню пластин забезпечує високу турбулентність потоків і жорсткість конструкції теплообмінника. У верхній частині, пластини і притискна плита фіксуються несучої балкою, а знизу - направляючої балкою. В одноходових теплообмінниках патрубки розташовані на нерухомій опорній плиті, а в багатоходових конструкціях - на нерухомій опорной і на рухомий притискной плиті. Зразок пластини Мал.4.1.1.

Мал.4.1.1. Пластина теплообмінного апарату пластинчатого типу

Теплообмінник Alfa-Laval T20 має відмінні параметри і відповідає всім вимогам. Дана серія теплообмінних агрегатів представлена ​​великими, серйозними, потужними і досить громіздкими установками, які можуть виконуватися в різних версіях в залежності від обраного типу рами (вона може бути як "максимально полегшеної" - FM, так і "максимально посиленою» - FS), використовувати пластини типу T20M, T20B і T20P. Стандартний варіант технічного виконання в даному випадку - рама FG, тому часто можна почути повну назву даних конструкцій як "теплообмінники Alfa Laval T20 MFG". Що стосується матеріалів, що використовуються в процесі виробництва деталей, що входять до складу даного обладнання, то з використовуваних ущільнень можна назвати такі матеріали як NBRP (здатний витримувати температуру до 120 градусів Цельсія), EPDM (максимальна робоча температура якого - 150 градусів Цельсія). Не варто забувати про можливості різних виконань даної моделі, які істотно впливають на її вартість, так як розрізняються і за своїми технічними показниками і характеристиками. Порівняємо. Модель FM (полегшена версія даної серії) являє собою конструкцію заввишки в 2150 міліметрів, шириною в 780 міліметрів, з вертикальним сполученням в 1478 міліметрів, горизонтальним з'єднанням - 353. Максимальний тиск, з яким може працювати дана установка, складає 10 бар. Максимальна робоча температура - 180 градусів Цельсія. Максимальна витрата рідини - 225 кілограм в секунду. У той де час посилена модель FS дещо відрізняється за своїми параметрами від полегшеної версії. Вона декілька більше за габаритами: ширина - 780 міліметрів, висота - 2180, вертикальне з'єднання - 1478 міліметра, горизонтальне з'єднання - 363. Максимальна витрата рідини залишився таким же, як і в "версії лайт": 225 кілограм в секунду, а от максимальний робочий тиск збільшилося до 30 бар. Робоча температура становить 180 градусів Цельсія. У свою чергу, стандартний теплообмінник Alfa Laval Т20 PFG демонструє середні показники щодо легкої та складною версій. Його ширина - 780 міліметрів, висота - 2150, вертикальне з'єднання - 1478 міліметрів, горизонтальне - 353. Тиск - 16 бар, температура - 180 градусів Цельсія, витрата рідини - 225 кілограм в секунду. Теплообмінники Альфа Лаваль Т20 МFG і 101PI відрізняються високою якістю, надійністю, а також хорошою потужністю і техпараметрами. З цієї причини вони є однією з найбільш затребуваних моделей на сучасному ринку теплообмінного обладнання.

Стандартна конструкція:

Каркасна Плита: конструкційна сталь, покриття - епоксидна емаль;

Патрубки: Вуглецева сталь з покриттям з нержавіючої сталі або титану;

Пластини: Нержавіюча сталь AISI 316 або титан;

Ущільнення: Нітрил, EPDM або HeatSeal F ™ ;

Висота	2100 мм
Ширина	780 мм
Відстань між патрубками по вертикалі	1478 мм
Відстань між патрубками по горизонталі	353 мм
Діаметр з’єднання	210 мм
Витрата max	180 м^3/час
Температура max	160°C
Тиск max	30 бар
Напрямок потоків	Противоток
Поверхня теплообміну max	85 м^2 (910 кв. фут)

Пластинчасті теплообмінники – переваги :

• Пластинчасті теплообмінники компактні (площа при монтажі, обслуговуванні та ремонті менше в 2 - 10 разів);

• Пластинчасті теплообмінники мають високий коефіцієнт теплопередачі;

• Пластинчасті теплообмінники мають низькі тепловтрати;

• Пластинчасті теплообмінники мають низькі втрати тиску;

• Пластинчасті теплообмінники вимагають низьких витрат при виробництві монтажно-налагоджувальних, ізоляційних і ремонтних робіт;

• Пластинчасті теплообмінники розбираються для очищення;

• Пластинчасті теплообмінники мають можливість нарощування потужності додаванням пластин;

Пластинчасті теплообмінники застосовуються в системах опалення, гарячого водопостачання, кондиціонування (котеджі, сади, школи, басейни, індивідуальні теплові пункти житлових будинків, центральні теплові пункти групи будинків та мікрорайонів, теплові мережі сільськогосподарських та промислових підприємств) . Широке поширення пластинчасті теплообмінники знайшли в харчовій промисловості (пастеризатори або охолоджувачі молока, вина, пива та ін.) Крім того, пластинчасті теплообмінні використовують для різних технологічних процесів.

Пластинчасті теплообмінники - конструкція і принцип роботи.Пластинчастий теплообмінник, пластинчастий розбірний теплообмінник складається з передньої нерухомої і задній рухомий сталевих плит, між якими стягнуті пластини з прокладками. За допомогою двох напрямних пластини теплообмінника встановлюються в потрібному положенні і стягуються до необхідного розміру стяжними шпильками.

Пластинчастий теплообмінник має пластини, які розгорнуті одна за одною на 180 °, в результаті чого між ними утворюються канали. Канали в пластинчастому теплообміннику створюють турбулентний потік рідини. Установка в теплообміннику пластин забезпечує чергування каналів з гріючої і нагрівається середовищем.

У пластинчастому теплообміннику в процесі теплообміну рідини рухаються назустріч один одному (в противопотоці ). Приєднувальні патрубки і фланці знаходяться як на нерухомій плиті (пластинчасті теплообмінники одноходових), так і на рухомий плиті (пластинчасті теплообмінники двоходові, пластинчасті теплообмінники триходові). Потужність пластинчастого теплообмінника залежить від розміру і кількості пластин і розраховується за спеціальною комп'ютерною програмою.

При виготовленні кожен теплообмінник проходить гідравлічні випробування, що забезпечує високу якості продукції компанії .

Типи пластинчастих теплообмінників. За типами пластинчасті теплообмінники діляться на пластинчасті теплообмінники одноходових, пластинчасті теплообмінники двоходові, пластинчасті теплообмінники триходові.

4.2. Технічна експлуатація пластинчатого холодильника

Миючі засоби для хімічної очистки теплообмінників Alfa Laval. Утворення відкладень на тепло-передавальних поверхнях теплообмінників являє собою проблему, яка досить часто зустрічається майже у всіх застосуваннях цього обладнання. Компанія Альфа Лаваль поставляє широкий спектр миючих засобів для видалення більшості таких відкладень що призводить до відновлення ефективної роботи теплообмінників. Використання цих миючих засобів разом з установками компанії Альфа Лаваль для безрозбірного мийки часто дозволяє уникнути розбирання пластинчастих теплообмінників - роботи, що вимагає великих витрат і часу. .  Наведемо список основних миючих засобів поставляються компанією Alfa Laval:  AlfaCaus - Сильна лужна рідина, для видалення фарби, жирів, нафти і біологічних відкладень. .  AlfaPhos - Кислотна промивка для видалення оксидів металу, іржі, вапна та інших неорганічних опадів. Містить інгібітор для пасивації.  AlfaNeutra - Сильна лужна рідина для нейтралізації AlfaPhos перед зливом.  Kalkloser P - Кислотний порошок для очищення з інгібітором корозії, особливо ефективний для видалення карбонату кальцію та іншого неорганічного масштабу.  Neutra P - Лужний порошок для нейтралізації використаного Kalkloser P перед зливом.  AlfaAdd - Нейтральне зміцнювальний миючий засіб, застосовується разом з AlfaPhos, AlfaCaus і Kalkloser П. Показує кращі результати очищення на масляних, жирних поверхнях, а також і де є біологічні обростання. AlfaAdd зменшує будь піноутворення. .  Alpacon Descalant - Кислотне, на водній основі, безпечне миючий засіб розроблено для видалення нальоту, магнетиту (морських) водоростей, перегною, мідій, молюсків, вапна та іржі. В якості активного інгредієнта містить BIOGEN ACTIVE - біологічну суміш, зроблену з поновлюваних речовин.  Alpacon Degreaser – Нейтральний знежирюючий засіб, використовується разом з Alpacon Descalant.  Ефективно видаляє масляні, жирові нашарування, а також зменшує піноутворення. В якості активного інгредієнта містить BIOGEN ACTIVE - біологічну суміш, зроблену з поновлюваних речовин. 

Крім підвищення ефективності роботи теплообмінників всіх типів, миючі засоби компанії Альфа Лаваль збільшують час їх експлуатації між процедурами очищення, а також загальний термін служби цих пристроїв без пошкодження пластин або ущільнюючих прокладок. До того ж миючі засоби, які ми пропонуємо, - нешкідливі для навколишнього середовища.

Досвід обслуговування пластинчастих теплообмінників показує, що при  роботі апаратів можливі порушення, що мають різні причини. Список найбільш часто зустрічающихся порушень, їх можливі причини та способи усунення наведені в таблиці, що наведена нижче. . Таблиця4.2.1. Пошук та усунення неполадків

Тип порушения роботи	Причина	Спосіб усунення
Підвищена втрата  тиску в апараті	Забруднення апарату	Промивання трубопроводів до введення ТО в  експлуатацію очищення ТО Фільтрування рідин перед  апаратом
	Підвищна в’язкість рідини	Перевірка в’язкості, особливо на наявність високов’язких середовищ
	Неправильне підключення до мережі	Перевіріті правільність підключення у відповідності з кресленням. Повернути раму  або пластини, це звичайно можливо, тому що наша рама має симетричну конструкцію
	Підвищена витрата	Перевірка допустимого  витрати
Втрата тепло - передаючої здатно-сті  апарату	Механічне забруднення поверхні	очищення ТО Фільтрування рідин перед апаратом
	Витрата занадто великий	Регулювання витрати
	Неправильне підключення апарату	Провести підключення згідно з кресленням
	Накопичення вторинних середовищ в апараті (напр. масло, неконденсірующаясягази і т.д.)	Встановити відповідні пристрої для виведення вторинних середовищ
Нещільність  апарату	Перевищення макс. до-пустимого тиску	Знизити тиск до робочого
	Скачки тиску / Різкі коливання тиску	Усунути скачки / коливання тиску в системі
	Перегрів, напр. в результаті односторонньої подачі гарячої середовища	Усуненняможливості перегріву ПТО. Заміна ущільнень, застосування ущільнень з іншого матеріалу
	Хімічне розкладання ущільнень зважаючи впливу протікає рідини	Заміна ущільнень,застосування ущільнень з іншого матеріалу Використовувати проміжний контур циркуляції
	Закупорка каналів ПТО.	Очищення ПТО і фільтрація
Змішання робочих середовищ	Неправильна  збірка  пакета	Перевірити  відповідність  пакета пластин  специфікації
Змішання робочих середовищ	Корозія пластин	Встановлення та усунення причин корозії, заміна пластини абопакета пластин Використання нового пакета пластин з більш стійкого матеріалу

5. Питання безпеки життєдіяльності.