Методическая разработка урока по МДК 01.01. "Техническое обслуживание и ремонт оборудования и установок" по теме "Теплообменники"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НАЧАЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ №42

МЕТОДИЧЕСКАЯ

РАЗРАБОТКА

урока

по MDK 01.01. «Техническое обслуживание и ремонт оборудования и установок»

(ПМ 01. «Техническое обслуживание и ремонт технологических компрессоров ,насосов, компрессорных и насосных установок, оборудования для осушки газа»)

«ТЕПЛООБМЕННИКИ»

Мелеуз

2014

Рассмотрена на заседании Утверждаю

предметной (цикловой) комиссии заместитель директора по УПР

электротехнических Н.А.Рафиков

и технических дисциплин

Протокол № __ _______________

Председатель комиссии __________20__г

Караськин Ю.М.

_______________________

__________________20__г

Автор: ___________________Герасимов Ф.М.,

Рецензенты: __________________ Якшибаева А.Х.

зам.директора по НМР

_________________ Караськин Ю.М.

председатель ПЦК

электротехнических и

технически дисциплин

Видеть проблемы сегодняшнего производства,

активно участвовать в их решении-

важные задачи каждого рабочего.

Цели урока:

Обучающая: обобщить знания обучающихся об устройстве и принципе

работы теплообменников, ознакомить с проблемами, возникающими в производстве и методами их решения;

Развивающая: формировать умения применять знания в производственных

ситуациях;

Воспитательная: воспитывать ответственность за правильную эксплуатацию

оборудования..

Тип урока: обобщение и систематизация знаний, закрепление изученного

материала.

Вид урока: деловая игра.

Оснащение: плакаты с изображением теплообменной аппаратуры, фильм о теплообменной аппаратуре, проектор схемы теплообменной аппаратуры.

План урока:

1. Оргмомент.

1. Углубление и обобщение знаний обучающихся (проходит в

форме деловой игры).

1. Подведения итогов урока, оценка знаний обучающихся.

1. Домашнее задание.

Ход урока.

Оргмомент: рапорт дежурного, приветствие обучающихся, заполнение журнала.

Вступительное слово преподавателя.

Мы с вами ознакомились со способами охлаждения газа в теплообменниках, которые называются холодильники. Газ в теплообменники поступает после сжатия на ступенях компрессора и охлаждается до первоначальной температуры. Также газ охлаждается перед подачей потребителю.

Сегодня на уроке мы обобщим и закрепим знания полученные на предыдущих уроках, ознакомимся с проблемами возникающими в производстве и методами их решения. Урок будет проходить в виде деловой игры «Оперативное совещание у начальника цеха». На совещание приглашены ремонтные и технологические службы цеха. На нашем совещание мы обсудим положения дел в цехе, рассмотрим какие неполадки в работе оборудования возникли в течение недели и как они устранялись.

Деловая игра

Нач.цеха: «Мы посмотрим фильм об устройстве и принципах работы теплообменных аппаратов. После этого работники технологической службы расскажут об устройстве и принципе работы теплообменников которые есть в цехе. Все внимательно слушают и задают вопросы отвечающему»

Нач. цеха: «Слово предоставляется зам. нач. цеха, он расскажет о видах теплообменной аппаратуры, которые применяются на нашем предприятии».

Зам. нач. цеха рассказывает о теплообменной аппаратуре, которая применяется на заводе.

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи теплоты от одних веществ к другим. Теплоносители с более высокой температурой, которые отдают теплоту, принято называть нагревающими агентами. Теплоносители с более низкой температурой, воспринимающие теплоту, называются охлаждающими агентами.

Для охлаждения газа применяются одноходовые и многоходовые кожухотрубчатые теплообменники, теплообменники с компенсирующими устройствами, теплообменники типа «труба в трубе», змеевиковые и спиральные, пластинчатые и воздушные теплообменники, барометрические теплообменники.

Нач. цеха: «По данным диспетчера завода, на прошедшей неделе были зафиксированы неполадки в работе т/о аппаратуры. Слово предоставляется ремонтной службе цеха».

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы одноходового теплообменника, крепления труб к трубной решётке.

Кожухотрубчатый т/о жёсткой конструкции состоит из корпуса и приваренных к нему трубных решёток с пучком труб. Выступающие из корпуса части решёток являются одновременно фланцами, к которым на прокладках и болтах крепятся сферические или плоские днища.

В кожухотрубчатых т/о одна из обменивающихся теплом сред движется

внутри труб, в трубном пространстве, а другая в межтрубном, омывая пучок труб снаружи. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую теплоту, - в противоположном направлении.

Крепление труб в трубных решётках выполняют различными способами: развальцовкой, развальцовкой с канавкой, сваркой, пайкой. Иногда трубы крепят с помощью разъёмных сальниковых устройств, позволяющих при необходимости легко их заменять.

Вводится неполадка – разгерметизация трубной решётки. Обучающийся рассказывает как была устранена неполадка. После этого смотрим отрывок фильма о теплообменной аппаратуре, где показывают, как крепятся трубы к трубной решётке, какие работы проводятся при ремонте трубных решёток.

Нач. цеха: «В цехе есть многоходовые кожухотрубчатые теплообменники. Как они работают, что же произошло с ними?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы многоходового кожухотрубчатого теплообменника, о способах размещения труб в теплообменнике.

Вследствие большого суммарного проходного сечения труб и межтрубного пространства скорости протекания теплоносителей невелики и коэффициенты теплоотдачи в одноходовом теплообменнике сравнительно низкий. Для увеличения скорости протекания в трубном и межтрубном пространствах устанавливают перегородки, уменьшая сечения потока жидкости.

На рисунке представлен многоходовой теплообменник, который имеет два хода по трубному пространству и семь ходов по межтрубному. Обучающийся показывает направления движения потоков теплоносителей по трубному и межтрубному пространству.

Трубы в решётках обычно размещают равномерно по периметрам правильных шестиугольников, что обеспечивает компактность расположения. Иногда трубы размещают по концентрическим окружностям. При необходимости обеспечения очистки наружных поверхностей труб применяется коридорное расположение – по сторонам квадратов.

Вводится неполадка – загрязнение поверхности труб теплообменника. Обучающийся рассказывает о способах устранения, предотвращения загрязнения поверхности труб.

Нач. цеха: «Были неполадки в работе теплообменной аппаратуры с компенсацией температурных удлинений. Предоставим слово ремонтной службе цеха».

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы теплообменника с линзовым компенсатором.

При больших разностях температур за счёт неодинаковых температурных удлинений в сварочных швах присоединения кожухов к фланцам, в местах заделки труб в решётках возникают значительные напряжения, которые могут превысить предел прочности материала. Для предотвращения разрушения аппарата применяются конструкции, в которых пучок труб перемещается относительно кожуха, компенсируя температурные удлинения. Такие конструкции применяются при разности температур пучка труб и кожуха, превышающей 50 ⁰С.

Теплообменники с линзовым компенсатором состоят из кожуха, на котором расположены линзы, трубной решётки к которым закреплены трубки, фланцев.

При движении потоков теплоносителей, за счёт линз, кожух может свободно растягиваться или сжиматься в зависимости от вида теплоносителя поданного в межтрубное пространство, тем самым, компенсируя температурные удлинения.

Вводится неполадка – разрыв компенсатора. Обучающийся рассказывает о способах устранения неполадки.

Нач. цеха: обращается к лаборантам: «»Как были проверены сварочные швы после ремонта?»

Лаборанты рассказывают о способах проверки качества шва.

Контроль качества сварочных швов осуществляется гаммадефектоскопами, рентгеновскими установками, магнитными дефектоскопами, ультразвуковыми приборами. В данном случае был применён рентгеноскопический метод определения качества шва, который заключается в просвечивании швов рентгеновскими лучами. Снимки швов показали, что сварка произведена качественно.

Нач. цеха: «Какие ещё теплообменники применяются в цехе?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы теплообменника с плавающей головкой и U – образными трубками.

Теплообменники с плавающей головкой применяются при большой длине труб и больших перемещениях. Верхняя часть корпуса теплообменника этой конструкции присоединена на фланце к верхней трубной решётке. Нижняя трубная решётка, которая с нижней частью корпуса непосредственно не связана, имеет самостоятельное днище, укреплённое на болтах и прокладках. Таким образом, пучок труб может свободно перемещаться относительно наружного корпуса, не вызывая в деталях температурных напряжений.

Теплообменники с U – образными трубками применяются для нагревания и охлаждения только чистых веществ, не содержащих твёрдых взвесей. Корпус теплообменника не связан жёстко с трубами, и каждый элемент может удлиняться, не вызывая термических напряжений в местах присоединения.

Вводятся неполадки – разгерметизация дополнительного днища в теплообменнике с плавающей головкой и разрыв трубки в теплообменнике с U – образными трубками. Обучающийся рассказывает о способах устранения неполадок.

Нач. цеха: «Из цеха серной кислоты поступила видеоплёнка о работе теплообменной аппаратуры этого цеха. Давайте посмотрим эту видеоплёнку».

Смотрим отрывок фильма об устройстве и принципе работы теплообменников типа «труба в трубе», змеевикового теплообменника, спирального теплообменника.

Нач. цеха: «Предоставим слово ремонтной службе цеха.».

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы теплообменника «труба в трубе», о его недостатках и преимуществах перед другими теплообменниками.

Теплообменник типа «труба в трубе» представляет собой несколько прямолинейных отрезков труб, каждый из которых заключён в трубу большого диаметра. Внутренние трубы соединены между собой последовательно «калачами», наружные – патрубками с фланцами. Отдельные элементы теплообменника собираются в вертикальные секции.

Благодаря малым сечениям внутренней трубы и кольцевого зазора даже при небольших расходах теплоносителей достигаются высокие скорости потока жидкости – 1-2,5 км/с. Это обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи. Однако теплообменники типа «труба в трубе» громоздки и более металлоёмки, чем кожухотрубчатые. Эти теплообменники стандартизированы.

Вводится неполадка – забивка калача. Обучающийся рассказывает о способах устранения неполадки.

Нач. цеха: «Что же произошло в змеевиковом теплообменнике?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы змеевикового теплообменника, его достоинствах и недостатках.

Змеевиковые теплообменники изготавливают из труб, свёрнутых в спирали и заключённых в кожух. Для увеличения скорости потока среды, омывающей наружную поверхность змеевика, в некоторых предусмотрен внутренний стакан. Теплообменники этого типа имеют небольшую поверхность, поэтому их используют при относительно малых тепловых нагрузках.

Вводится неполадка – свищ в змеевике теплообменника. Обучающийся рассказывает о проделанной работе по устранению неполадки.

Нач. цеха: «Какие работы были произведены на спиральном теплообменнике?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы спирального теплообменника.

В спиральном теплообменнике поверхность теплообмена образуется двумя металлическими листами, свёрнутыми по спирали. Внутренние концы листов приварены к глухой перегородке, а их наружные концы сварены друг с другом. С торцов спирали закрыты установленными на прокладках крышками. Таким образом, внутри аппарата образуются два изолированных спиральных канала шириной 4-8 мм, по которым противотоком движутся теплоносители. Теплоноситель 1 входит в нижний штуцер и удаляется через левый боковой штуцер, теплоноситель II входит в боковой штуцер и отводится через верхний штуцер.

Эти теплообменники компактны, имеют малое гидравлическое сопротивление, но не могут работать при больших избыточных давлениях.

Вводится неполадка – разрыв на месте сварки листов к глухой перегородке. Обучающийся рассказывает об устранении неполадки.

Нач. цеха: «Какие теплообменники применяются в цехе аммиачной селитры и, какие там произошли неполадки?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы пластинчатого теплообменника, о неполадках возникших в этом теплообменнике, о методах устранения неполадок.

Пластинчатые теплообменники нашли широкое применение для охлаждения и подогрева различных жидкостей, паров и газов с рабочими средами, содержащими твёрдые взвеси, вязких жидкостей с рабочими температурами до 300 ⁰С при давлениях до 1,6 М Па.

В пластинчатом теплообменнике поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами. Пластины стянуты зажимами между головными плитами, между пластинами расположены резиновые прокладки. Пространство между пластинами представляет собой систему узких каналов шириной 3-6 мм с волнистыми стенками. Жидкости, обменивающиеся теплотой, движутся в каналах между смежными пластинами, омывая противоположные боковые стороны каждой пластины. Горячая жидкость I, поступающая в верхний штуцер справа, заполняет пространство между пластинами 5-6 и 3-4 и уходит через нижний штуцер слева. Жидкость II поступает в нижний штуцер слева, входит в пространство между пластинами 1-3 и 4-5 и выходит через верхний штуцер справа.

Вследствие высоких скоростей движения жидкости между пластинами достигается высокое значение коэффициента теплоотдачи при малом гидравлическом сопротивлении.

Неполадкой в работе теплообменника был плохой теплообмен между горячим и холодным теплоносителем. Мы раздвинули пластины теплообменника, промыли их, снова собрали, и теплообменник стал хорошо работать.

Нач. цеха: «В этом цехе установлены и воздушные теплообменники, что было сделано на этих теплообменниках?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы воздушного теплообменника.

Воздушные холодильники состоят из секций труб из углеродистой, легированной стали или латуни и вентилятора, обдувающего наружную поверхность труб. В настоящее время аппараты воздушного охлаждения выпускаются серийно и применяются для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред с температурами до 300 ⁰С и давлением до 6,4 М Па. Применяются в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности.

Вводится неполадка – разрыв трубопровода. Обучающийся рассказывает о способах устранения неполадки.

Нач. цеха: «Были неполадки в работе барометрического теплообменника. Что там произошло?»

Обучающийся рассказывает об устройстве и принципе работы барометрического теплообменника.

В тех случаях, когда необходима конденсация малоценных отбросных паров (обычно водяного пара при низком давлении), применяют барометрические конденсаторы.

Конденсатор состоит из корпуса, имеющего внутренние сегментные полки. Нижний штуцер аппарата присоединён к барометрической трубе, нижний конец которой погружён в сосуд, заполненный водой. Охлаждающая вода поступает в верхнюю часть аппарата, сливается с полки на полку, образуя завесу из капель, брызг и струй. Отбросной пар подаётся в нижнюю часть корпуса, поднимаясь вверх, соприкасается со стекающей водой и конденсируется.

Вода, смешанная с конденсатом, удаляется через барометрическую трубу, образующую барометрический затвор, а несконденсировавшиеся газы отсасываются из верхней части аппарата вакуумным насосом.

Это устройство обеспечивает раздельное удаление жидкости и несконденсировавшихся газов из аппаратов, работающих под вакуумом.

Вводится неполадка – забивка барометрического затвора. Обучающийся рассказывает о способах очистки барометрического затвора.

Нач. цеха: «Предоставим слово нашему корреспонденту».

Корреспондент с микрофоном в руке обращается к зам. нач. цеха с вопросами:

1.Какие схемы направления движения жидкостей существуют при теплопередаче?

2. Какое значение имеет правильный выбор направления движения теплоносителей?

Зам. нач. цеха отвечает на поставленные вопросы.

Различают три схемы направления жидкостей: параллельный ток, или прямоток, противоток, перекрестный ток. Правильный выбор направления движения теплоносителей имеет существенное значение для экономичного проведения процесса теплообмена. Очевидно, что при работе параллельным током температура уходящей холодной жидкости не может превышать температуру уходящей горячей жидкости. В случае противотока температура уходящей холодной жидкости может быть выше температуры уходящей горячей жидкости и даже приближаться к температуре поступающей горячей жидкости, т.е. может быть значительно повышена. Ясно, таким образом, что в случае параллельного тока для отвода определённого количества теплоты от горячей жидкости требуется большое количество холодной жидкости, чем при противотоке. Поэтому в большинстве случаев подачу жидкостей выгодно организовывать противотоком, чтобы уменьшить расход хладагента и повысить тем самым экономические показатели. Правда, в этом случае поверхность охлаждения несколько увеличиться за счёт уменьшения средней разности температур, что приводит к увеличению стоимости аппарата.

Подведение итогов урока, оценка знаний обучающихся.

Преподаватель обобщает итоги проведённого урока, оценивает ответы обучающихся, указывает на недостатки, допущенные при ответах.

Задание на дом.

По учебнику В.М. Лекае, А.В. Лекае повторить § 37 стр.119-120. ответить на вопрос: «Какими преимуществами обладает вода как теплоноситель?»

Литература:

1.В.М.Лекае, А.В. Лекае

«Процессы и аппараты химической промышленности».

Москва «Высшая школа» 2007 г.

2.М.И.Ведерников

«Компрессорные и насосные установки химической, нефтехимической,

и нефтеперерабатывающей промышленности».

Москва «Высшая школа» 2007 г.

С.А.Фарамазов

«Ремонт и монтаж оборудования химических и нефтехимических

предприятий».

Москва «Химия» 2010 г.