Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 [ 183 ] 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

где Я,п и - энтальпия соответственно перегретого водяного пара, полученного в котле-утилизаторе, и питательной воды, подводимой к котлу-утилизатору.

Расчет поверхности котла-утилизатора зависит от выбранной его конструкции и выполняется по общепринятой методике, рассматриваемой в специальных курсах.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И РАСЧЕТ ПОТЕРИ НАПОРА В ТРУБЧАТОМ ЗМЕЕВИКЕ

Для обеспечения нормальной работы трубчатой печи необходимо обоснованно выбрать скорость движения потока сырья через змеевик. При увеличении скорости движения сырья в трубчатой печи повышается коэффициент теплоотдачи от стенок труб к нагреваемому сырью, что способствует снижению температуры стенок, а следовательно, уменьшает возможность отложения кокса в трубах. В результате уменьшается вероятность прогара труб печи и оказывается возможным повысить теплонапряженность поверхности нагрева. Кроме того, при повышении скорости движения потока уменьшается отложение на внутренней поверхности трубы загрязнений из взвешенных механических частиц, содержащихся в сырье.

Применение более высоких скоростей движения потока сырья позволяет также уменьшить диаметр труб или обеспечить более высокую производительность печи, уменьшить число параллельных потоков.

Однако увеличение скорости приводит к росту гидравлического сопротивления потоку сырья, в связи с чем возрастают затраты энергии на привод загрузочного насоса, так как потеря напора, а следовательно, и расход энергии увеличиваются примерно пропорционально квадрату (точнее, степени 1,7-1,8) скорости движения.

С точки зрения гидравлического режима трубчатые печи, применяемые в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности, могуг быть подразделены на три основные группы, поскольку поток сырья в них может быть однофазным, двухфазным и изменяющегося состава. К первой группе относятся печи, в которых сырье нагревается без испарения, а также печи для нагрева газов и паров. К второй группе относятся трубчатые печи, в которых сырье нагревается с частичным или полным его испарением. Примером трубчатых печей третьей группы могуг служить печи, в которых осуществляются те или иные химические превращения. В основу подобной классификации гидравлических режимов трубчатых печей положен характер изменения скорости движения сырья по длине змеевика.

В печах с однофазным жидким потоком сырья скорость движения изменяется незначительно, только вследствие понижения плотности сырья при его нагреве. В этих печах скорость потока по всей длине змеевика изменяется на 10 -20 %. Для печей, нагревающих газы или пары, скорость потока по длине змеевика изменяется в большей степени: увеличение

скорости в данном случае обусловливается снижением давления и повышением температуры потока.

Небольшие изменения скорости потока по длине змеевика позволяют при расчете потери напора печей с однофазным режимом пользоваться уравнением Дарси - Вейсбаха и применять среднее значение скорости.

В печах с двухфазным режимом при частично или полностью испаряющемся сырье скорость потока изменяется значительно. В этом случае скорость на выходе из печи может в несколько десятков раз отличаться от скорости потока при входе в печь. Естественно, что при таком значительном изменении скорости движущегося потока невозможно при расчете потери напора пользоваться средним значением скорости. Представление о гидравлическом режиме печей такого типа можно получить из графика, приведенного на рис. XXI-22. По оси абсцисс отложена длина змеевика 1, по оси ординат соответствующие давление р, температура t и доля отгона е.

Вначале по мере прохождения потока сырья по змеевику давление падает сравнительно равномерно, затем, начиная с некоторого сечения, соответствующего началу испарения, потеря напора прогрессивно возрастает. Доля отгона в печи также прогрессивно растет после некоторого сечения вследствие повышения температуры сырья и снижения давления. Характерным является изменение температуры сырья по длине змеевика. На участке, где сырье нагревается без испарения, температура повышается равномерно; с момента начала испарения рост температуры замедляется, так как часть тепла расходуется на испарение сырья. При этом возможен случай (см. рис. XXI-22, пунктир), когда температура сырья на выходе из печи несколько ниже температуры в предшествующих трубах печи.

Такое явление наблюдается при большом значении потери напора и интенсивном испарении в трубах печи, последних по ходу сырья, так как в этом случае количество тепла, подводимого через поверхность труб, меньше скрытой теплоты, необходимой для испарения сырья. Испарение происходит частично за счет тепла потока сырья, температура которого при этом снижается. Подобное явление может быть причиной разложения сырья и усиленного коксообразования в этом сечении змеевика вследствие повышенной температуры, в то время как контролируемая температура на выходе из печи является допустимой.

к*

Рис. XXI-22. График изменения давления, температуры и доли отгона по длине змеевика трубчатой печи

в печах третьего типа изменение скорости по длине змеевика зависит от степени превращения сырья (выхода продуктов реакции).

Расчет потери напора при однофазном режиме здесь не рассматривается, так как он осуществляется по известным уравнениям гидравлики. Иной подход требуется для печей, имеющих двухфазный режим сырья.

Излагаемый ниже метод расчета потери напора в печах с частично или полностью испаряющимся сырьем разработан Б. Д. Баклановым. Этот метод расчета, базирующийся на ряде допущений, был проверен Я. Г. Сор-киным для тринадцати работающих трубчатых печей. Проведенная проверка показала, что метод Б. Д. Бакланова хорошо подтверждается данными практики: расхождение между расчетным значением потери напора и фактическим лежит в пределах от 1 до 12 % и в среднем составляет 7 %. При таком режиме падение давления в змеевике трубчатой печи рассчитывают в отдельности для участка нагрева и участка испарения.

Рассматриваемый метод основан на допущении, что приращение количества тепла в трубах печи пропорционально длине труб, т.е. что все рассчитываемые участки змеевика работают с одинаковой теплонапряженностью. Такое допущение приемлемо для радиантных труб при однорядном экранировании и не может быть принято для конвекционных труб. В большинстве случаев испарение сырья начинается в радиантных трубах, поэтому подобное допущение позволяет применять метод Б. Д. Бакланова для гидравлического расчета радиантного змеевика.

Расчетное уравнение Б.Д. Бакланова для определения давления на участке испарения имеет вид:

(XXI.20)

где Рн и р - начальное и конечное абсолютные давления на рассматриваемом участке. Па (рис. XXI-23); 1„ - длина рассчитываемого участка испарения, w, А, В и К - коэффициенты соответственно

Л=М15ХС1. (XXI.21)

В=- " (XXI.22)

К=.«« (XXI.23)

(ек-ен)

G - массовый расход сырья для одного потока, кг/с; d - внутренний диаметр трубы, м; р, - плотность жидкости при средней (в пределах рассчитываемого участка) температуре, кг/м; X - коэффициент гидравлических сопротивлений (для атмосферных печей рекомендуется значение X = 0,020-0,024, для вакуумных X = 0,018-0,020); е„ и -соответственно начальная и конечная массовая доля отгона (на рассчитываемом участке), доли единицы; Рп - средняя плотность паров при давлении р = 10* Па, кг/м. В общем случае эта величина может быть вычислена из уравнения