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

Из графика (см. рис. XXII-29, б) видно еще одно важное достоинство противотока: конечная температур» нагревающейся среды может быть выше конечной температуры охлаждающейся среды. Это обстоятельство позволяет при регенерации тепла обеспечить более высокий подогрев нагреваемой среды, а при охлаждении снизить расход охлаждающего агента и при том же его расходе понизить конечную температуру охлаждаемого продукта.

Таким образом, обеспечение противотока в теплообменном аппарате является желательным, однако часто с целью упрощения конструкции аппарата и по некоторым другим причинам приходится применять и другие схемы теплообмена.

При прямотоке или противотоке средний температурный напор определяется из следующего уравнения:

fcp = " (XXII.11)

где Л(б и Л(„ - соответственно большая и меньшая разности температур, равные

при прямотоке Л(б = f, - f3 и Af„ = ti- U;

при противотоке Л(е = f, - И Af„ = ti- t,.

При противотоке большая и меньшая разности температур могут быть и на противоположных сторонах теплообменника, т.е. Л(б = t2- hn At„ = - и.

Если &.tJAt„ Т < 2, то с ошибкой, не превышающей 4 %, средний температурный напор может быть вычислен как средняя арифметическая величина:

(,p = Af6 + Af„ /2.

Если в межтрубном пространстве теплоноситель делает один ход, а в трубном два (см. рис. XXII-29, г), или в межтрубном пространстве два хода, а в трубном четыре (см. рис. XXII-29, д), или, наконец, в межтрубном пространстве один ход, а в трубном четыре (см. рис. XXII-29, е), то средняя разность температур может быть вычислена также по уравнению (XXII.И) с той лишь разницей, что величины At и At„ будут иметь другие значения.

Согласно исследованиям проф. Н. И. Белоконя, в этом случае

Af„ = e„ -1лг,

где ЛГ - характеристическая разность температур,

AT=.(At + Axf-4pAtAx.

At= tt - t2, Ax = tt - tj, eoe

ват ~ средняя арифметическая разность температур охлаждающегося и нагревающегося потоков,

""2 2 •

р - индекс противоточности, определяющий долю противоточной части поверхности нагрева; для различных случаев теплообмена принимается справочное значение этой величины.

В частности, для схем (см. рис. XXII-29) индекс противоточности р равен: 0,5 для схемы г; 0,9 для схемы д; 0,45 для схемы е; 0,98 для схемы в.

При определении средней разности температур для смешанного и перекрестного токов можно использовать уравнение

Дср = еД«„р.

где Af„p - вычисляется по уравнению (XXII. П) для схемы противотока; е - коэффициент, зависящий от схемы движения теплоносителя и определяемый по графикам и методике, изложенным в справочной литературе.

ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ УСТАНОВОК

При расчете регенерации тепла на нефтегазоперерабатывающей установке необходимо выбрать предел выгодности регенерации тепла и распределить поверхность теплообмена между отдельными потоками, тепло которых используется.

Общие соображения, которые при этом следует принимать во внимание, сводятся в основном к следующему:

1. При повышении степени регенерации тепла для нагрева исходного сырья увеличивается его температура на входе в трубчатую печь (если она входит в состав установки), в связи с чем сокращается расход топлива и уменьшаются размеры трубчатой печи. Однако при повышении температуры сырья, поступающего в печь, увеличивается температура уходящих дымовых газов, в результате чего коэффициент полезного действия печи снижается.

Для использования тепла уходящих дымовых газов и в особенности при повышенной их температуре широко применяются котлы-утилизаторы, служащие для получения водяного пара.

Экономически оправданная степень регенерации тепла зависит от стоимости и дефицитности топлива: чем выше стоимость топлива, тем более оправданным является повышение степени регенерации тепла.

2. При усилении регенерации тепла необходимо увеличить поверхность теплообменных аппаратов, причем не пропорционально количеству регенерированного тепла, а прогрессивно. Это объясняется тем, что при более полной регенерации тепла снижается средний температурный напор; при этом иногда уменьшается и коэффициент теплопередачи, что является следствием большой вязкости потока, тепло которого регенерируется.

Из практики эксплуатации теплообменных аппаратов на нефтегазоперерабатывающих заводах следует, что экономически оправдано осуществлять нагрев сырья в теплообменниках при тепловой напряженности до 2300 Вт/м, что соответствует минимальному температурному напору Af„ = 15+20 °С.

При увеличении регенерации тепла сокращается потребная поверхность холодильников, а в некоторых случаях можно обойтись без их применения.

Использование тепла паров, особенно конденсирующихся при сравнительно высоких температурах, в тепловом отношении целесообразно. Однако во многих случаях установка пародистиллятных теплообменников является неоправданной вследствие интенсивной коррозии этих аппаратов. Использовать тепло жидких потоков целесообразно в тех случаях, когда температура и количество потока достаточно велики, т. е. имеется большой запас тепла, обеспечивающий экономически оправданный температурный напор в теплообменном аппарате. В ряде случаев и особенно на установках, обладающих высокой производительностью, выгодно осуществлять нафев сырья в теплообменниках двумя-тремя параллельными

потоками. Это позволяет более полно использовать тепло продуктов переработки и обеспечить гидравлическое сопротивление потокам теплообменивающихся сред в экономически оправданных пределах.

Регенерация тепла остатков, сильно зафязненных взвешенными частицами, нецелесообразна в тех случаях, когда эти частицы вследствие низкой скорости потока или по другим причинам отлагаются на поверхности теплообмена, что снижает тепловую эффективность аппарата.

Таким образом, экономичность регенерации тепла зависит от большого числа факторов, учесть которые однозначно не представляется возможным. Поэтому расчетное решение этой задачи обычно сводится к проработке нескольких возможных вариантов с последующим выбором оптимального на основе технико-экономических показателей.

Для регенерации тепла используется теплообменная аппаратура различных типоразмеров, соответствующая действующим ГОСТам.

При расчете регенерации тепла необходимо, используя технико-экономические показатели, обосновать не только выбор стандартной конструкции аппарата и его размеры, но и гидродинамический режим работы. Необходимо учесть, что повышение скорости теплообменивающихся потоков, обеспечиваемое выбором соответствующего аппарата или увеличением числа ходов в нем, позволяет иметь высокие коэффициенты теплопередачи, уменьшить поверхность теплообмена, а следовательно, и затраты на приобретение и сооружение теплообменников, но при этом возрастает гидравлическое сопротивление, что увеличивает расход электроэнергии на перемещение потоков через аппарат, т.е. увеличиваются эксплуатационные затраты.

Экономия капитальных затрат, обусловливаемых уменьшением поверхности теплообмена, оправдана только в том случае, когда она не превышает возросших затрат на электроэнергию. Экономически обоснованный выбор теплообменного аппарата возможен только при использовании метода сравнения приведенных затрат З,,,,. Для решения такой задачи рекомендуется следующая методика определения приведенных затрат:

3„р = СфФ„ + + 2з.„,

где Сф - коэффициент, учитывающий размер амортизационных отчислений, затраты по текущему ремонту и плату за производственные фонды (обычно принимают С,,, = 0,428); Ф„ - первоначальная стоимость основных фондов по теплообменным аппаратам в рублях, включающая стоимость самого аппарата, транспортно-заготовительные расходы и стоимость монтажных работ; и -годовые затраты на электроэнергию, расходуемую для

преодоления гидравлических сопротивлений через соответственно трубное и межтрубное пространства.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КОНДЕНСАТОРОВ-ХОЛОДИЛЬНИКОВ, ПАРОДИСТИЛЛЯТНЫХ РЕГЕНЕРАТОРОВ И КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ

Выше были изложены общие положения по расчету поверхностных теплообменных аппаратов, на основе которых рассмотрены некоторые особенности расчета перечисленных аппаратов. Этими особенностями являются своеобразное изменение температуры потока и условий теплоотдачи (различие в коэффициенте теплоотдачи а) вдоль поверхности теплообмена в зависимости от того, происходит ли на данном участке охлаждение паров, их конденсация или охлаждение конденсата.

Рассмотрим особенности расчета этих аппаратов для некоторых наиболее типичных и распространенных в практике нефтеперерабатывающей промышленности случаев, которые дают возможность уяснить общие приемы решения подобных задач.

В общем случае в конденсатор-холодильник поступают пары в перегретом состоянии. При этом в аппарате имеются три различные зоны, в которых происходят следующие процессы: Зона I. Перегретые пары охлаждаются до температуры начала конденсации. Зона II. Пары конденсируются. Зона III. Охлаждение конденсата.

Если конденсирующие пары представляют собой индивидуальное вещество, а перепад давления в зоне конденсации невелик, то температура