|
|
|
|
Главная Переработка нефти и газа получения заданной температуры нагрева. В первом случае (при проектировании теплообменника) должны бьггь известны температуры теплоносителя и нефтепродукта, во втором - задан тип теплообменного аппарата и площадь его поверхности нагрева, а также температура теплоносителя и начальная температура нефтепродукта. При расчете теплообменных аппаратов основным уравнением является следующее: Q,=K,F,-AT< (11.39) где - количество тепла, переданного теплоносителем через теп-лообменный аппарат нагреваемой среде в единицу времени; К-коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата (от теплоносителя к нагреваемой среде); - поверхность нагрева теплообменного аппарата; АТр- среднелогарифмическая разность температур теплоносителя и нагреваемой среды. Расчет трубчатых подогревателей Для подогрева нефтепродуктов часто применяют трубчатые подогреватели различных конструкций. Диаметр трубок теплообменного аппарата должен быть не менее 20 мм. Наиболее дешевый теплообменник получается при длине трубок 5...7 м. В связи с этим предварительно выбирают основные размеры теплообменника, а затем проводят расчет отдельных коэффициентов. Коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата определяют по выражению (7.9). При использовании в качестве теплоносителя водяного пара коэффициент теплоотдачи от пара к внутренней стенке трубы ап=3500... 11600 ВтДм- К). При выборе других теплоносителей эту величину рассчитывают по критериальным уравнениям. Коэффициент теплоотдачи ttjn от наружной поверхности трубок теплообменника в нагреваемую среду при свободной конвекции определяют по формуле (11.7) а при вынужденном движении нагреваемой среды - по формулам вынужденной конвекции: - для ламинарного режима (при Re„<2 • 10) Nu„ =0,15.Re?i" -РгГ-Ог»- irj?r,,) 0,25 (11.40) Nu„=0,54.(Gr-Pr£ " (11.41) - для турбулентного режима при продольном обтекании греющих труб (при Re„ >10) Nu„=0,021.Re°ri«.Prr-B,-(Pr„/Pr,,) 0,25 . (11.42) - для других случаев вынужденного движения жидкости (Ren>103) Nu„=C,.Re"„-Prr-(Prn/Pre,r, (11-43) где С„ п,- постоянные коэффициенты, зависящие от условий обтекания труб (при Re„>103, С, = 0,56, 0,5 для поперечного обтекания одиночной трубы, «коридорного» и «шахматного» пучка труб). Постоянные коэффициенты в формуле (11.44): поперечное обтекание: С, П; одиночной трубы 0,28 0,6 «коридорного» пучка труб 0,22 0,65 «шахматного» пучка труб 0,4 0,6 В формулах (11.41)...(11.44) определяющим размером является диаметр трубы теплообменного аппарата, определяющей температурой - температура нефтепродукта Т„, стенки трубы Т„ и средняя температура Т,р, равная 0,5 (Т„+Т„,р), где Т„ - температура нефтепродукта; Тир - температура пара. Формулы (11.41)...(11.43) применимы для каналов, имеющих различную форму поперечного сечения. В этом случае за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр = 4F/n, где F - площадь поперечного сечения канала; П - периметр, обтекаемый потоком. Например, для теплообменного аппарата типа «труба в трубе» при П = 7i(D+d) F = 0,257г (D2 - d), d3=D - d„, где D - внутренний диаметр наружной трубы; d„ - наружный диаметр внутренней трубы. Коэффициент 8 в формуле (11.42) учитывает изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы. Если £/d>50, то S, =1;при £/d<50 необходимо учитывать влияние начального участка (табл. 11.2). Среднелогарифмический температурный напор определяют по формуле АТср = AT-AT, АТ AT, (11.44) где ATi - наибольшая разность температур между теплоносителем и нагреваемой средой, AT, = Т. -Тн; ДТ2 - наименьшая разность температур между теплоносителем и нагреваемой средой, AT, = Тт - Тк; Тт , Тт - температура теплоносителя соответственно на входе и на выходе из теплообменника. Если в качестве теплоносителя применяют насыщенный водяной пар, имеющий низкие параметры, то конденсация его в теплообмен- Зависимость от lid и Re„
НОМ аппарате происходит при постоянной температуре, т.е. Т = Т. При отношении АТ, / ATj < 2 среднелогарифмический напор может быть заменен среднеарифметической суммой АТср =0,5-(АТ,+АТ2). (11.45) Зная количество тепла, которое должно быть выделено теплооб-менным аппаратом в единицу времени, коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к нагреваемой среде и температурный напор, из формулы (11.39) определяют поверхность нагрева теплообменника или при известной поверхности нагрева температуру нагрева нефтепродукта. При теоретических расчетах очень трудно учесть влияние накипи и грязи, которые резко снижают коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата, поэтому найденную величину поверхности нагрева обычно увеличивают. Это увеличение из-за уменьшения коэффициента теплопередачи редко превышает 40%. Расход теплоносителя, необходимого для подогрева данного количества нефтепродукта, определяют по формуле (11.46) где ij, - удельная энтальпия теплоносителя на входе в теплообменный аппарат, = Ср • Т.; 1 - удельная энтальпия теплоносителя на выходе из подогревателя, 1 =Ср •Т;Ср - Ср - удельная теплоемкость теплоносителя соответственно на входе в подогреватель и на выходе из него. Справочные данные о термодинамических свойствах некоторых теплоносителей приведены в табл. 11.3. Термодинамические свойства кипящей водяного пара Таблица 11.3 воды и сухого насыщенного
Таблица 11.4 Основные размеры секций подогревателей для резервуаров
При известной площади подогревателя и выбранном диаметре труб определяют полную длину труб змеевикового подогревателя (И-47) Если подогреватель секционный, подбирают необходимое число секций (табл. 11.4). Секция подогревателя включает четыре тру- бы, приваренные к двум коллекторам. Длина коллектора равна 0,45 м для всех типов подогревателей. Трубы для подогревателей диаметром 60 мм с толщиной стенки 3,75 мм рассчитаны на давление 0,4 МПа при подогреве масел и нефтей, 0,6 МПа при подогреве темных нефтепродуктов и моторных топлив. Если трубчатый подогреватель имеет змеевиковую конструкцию, необходимо учитывать конденсацию пара по длине трубы, так как наличие конденсата резко увеличивает гидравлические потери в трубах подогревателя. В связи с этим полученная по формуле (11.47) длина подогревателя должна быть меньше предельно допустимой ij , полученной в результате совместного решения уравнений теплопередачи и гидравлических сопротивлений, =0,0086d3 Кт-АТеру (11.48) где d - внутренний диаметр трубы подогревателя; С2=1 I/m - постоянный коэффициент; - коэффициент гидравлического сопротивления в трубах при движении пароводяной смеси; Р;, Р, -давления соответственно на входе и выходе из трубы змеевикового подогревателя; i, - удельная энергия пара на входе в подогреватель и конденсата на выходе из него; - коэффициент теплопередачи от пара к нефтепродукту. При > пр подогреватель сооружают из нескольких параллельных секций. Число секций п = Ш. Расчет трубчатых подогревателей для транспортных емкостей аналогичен расчету теплообменньис аппаратов для стационарных емкостей. При интенсификации теплообмена (виброподогрев, перемешивание винтами и т. д.) необходимо пользоваться специальными методиками. Расчет циркуляционного подогрева При этом способе нефтепродукт нагревается в теплообменном аппарате до высокой температуры, а затем насосом под высоким давлением подается в емкость. Горячая струя размывает застывший нефтепродукт, перемешивается с ним и нагревает его. Подогретый нефтепродукт из емкости откачивается насосом, одна часть его может сливаться в хранилище, а другая - подаваться в теплообменник для подогрева и последующей закачки в емкость для размыва. Этот процесс продолжается до полного опорожнения емкости. Таким образом, установка для циркуляционного подогрева должна быть укомплектована теплообменным аппаратом с поверхностью нагрева F и насосом, имеющим подачу Q. В этом случае целью расчета является определение продолжительности разогрева до заданной температу- ры слива Т„. Время разогрева G-Cp (Q-Q)cp+KF
(11.49) где G, Cp - соответственно масса нефтепродукта в емкости и его удельная теплоемкость; Q - количество нефтепродукта, отводимого из емкости при Т„; К - коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в емкости в окружающую среду; Т - температура нефтепродукта на выходе из теплообменника; Т,,- температура окружающей среды. Если Q = О, т. е. весь нефтепродукт разогревается в емкости, а затем сливается, также справедлива формула (11.49). Расчет электроподогревателей Электроподогреватели в основном используют для разогрева нефтепродуктов, в которых недопустимо даже наличие следов воды. Электрогрелки чаще всего применяют для разогрева нефтепродуктов в железнодорожных цистернах. Для более равномерного прогрева нефтепродукта в цистерне обычно используют два-три нагревательных прибора, которые располагаются у торцов цистерны и у сливного прибора. Количество тепла Q, которое должен сообщить электроподогреватель нефтепродукту, определяют по формулам (11.34) ...(11.37). Зная необходимое количество тепла, рассчитывают мощность одной электрогрелки: Qi = Qj/z, где z - число электроподогревателей, устанавливаемых в емкости. При мощности электрогрелки до 10 кВт применяют однофазный ток, а при большей - трехфазный. Силу тока J находят по известной мощности и выбранному напряжению: - для однофазного тока - для трехфазного тока J = Q,/U J = Q,/3U, (11.50) (11.51) где и - напряжение питающей сети (127, 220 и 380 В); Пф - фазовое напряжение. При соединении проводов «треугольником» Пф = U, а при соединении «звездой» 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
