НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Расчёт конвекционной поверхности

Поверхность конвекционных труб вычисляется по формуле:

Количество тепла Q_к, которое передано конвекционным трубам, возможно определять по разнице общего количества тепла, производимого в печи (Q_с) и количеством тепла, воспринятого радиантными трубами (Q_р), т.е.:

При вычислении конвекционной поверхности заданными величинами будут:

• температура продуктов сжигания топлива, которые выходят из камеры радиации и поступают в конвекционную камеру;
• температура продуктов сжигания топлива, которые выходят из камеры конвекции, t_ух;
• температура входящего в печь сырьевого потока, t₁.

Средний температурный напор при противоточной организации потоков вычисляется как среднелогарифмическое значение

Самой трудозатратной частью расчета поверхности конвекции является нахождение коэффициента теплопередачи К. Для чистой поверхности этот параметр определяется по формуле:

По величине коэффициент теплоотдачи α₁ обычно существенно меньше α₂; так, в новых трубчатых печах α₁ < 60 Вт/(м²·К), тогда как для жидкофазного потока α₂ > 600 Вт/(м²·К).

При малой толщине стенки и высокой теплопроводности металла λ ≈ 45 Вт/(м·К) сопротивление потоку тепла сквозь стенку трубы δ/λ также мало, а значит для вычислений величинами 1/α₂ и δ/λ можно не учитывать.

В таком случае коэффициент теплопередачи К почти равняется коэффициенту теплоотдачи от продуктов сгорания топлива α₁, т.е.:

Поверхность конвекции воспринимает тепло путём прямого контактирования с дымовыми газами, радиации от 3-хатомных несветящихся газов и радиации кладки. Значит коэффициент теплоотдачи со стороны газов сгорания топлива α₁ следует интерпретировать как результат сложения 3-х величин:

• коэффициента теплоотдачи конвекцией α_к;
• излучения трехатомных газов α_р;
• радиации от стенок кладки, учитываемая при расчёте введением множителя 1,1.

То есть, коэффициент теплоотдачи от продуктов сжигания топлива находится по формуле:

Коэффициент теплоотдачи радиацией от 3-хатомных газов α_р зависит от температуры и концентрации данных газов, температуры поврехности труб и толщины газофазного слоя.

С некоторым приближением коэффициент теплоотдачи возможно рассчитать по эмпирической формуле Нельсона:

Средняя температура продуктов сгорания топлива t_cp вычисляется, как среднелогарифмическое значение:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к является функцией от следующих ключевых величин:

• скорости перемещения топочных газов;
• средней температуры внешней поверхности труб t;
• внешнего диаметра труб d;
• количества рядов труб в сторону перемещения дымовых газов р;
• шага размещения труб соответственно по ширине и глубине пучка S₁ и S₂.

Конвекционные трубы в трубчатых печах стандартно размещаются в шахматном порядке, который в сравнении с коридорным способом установки труб дает более лучший коэффициент теплоотдачи α_к.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией возрастает с уменьшением дистанции между осями труб, обеспечивающим более высокие скорости перемещения газов в конвекционной камере. Дистанция между осями труб для труьных двойников обычно находится в пределах (1,7 - 2)d.

Для вычисления коэффициента теплоотдачи конвекцией, с размерностью [Вт/(м2·К)], при шахматной установке труб используется уравнение: где E  -  коэффициент, который зависит от физических свойств дымовых газов и определяемый графически; u  -  массовая скорость движения газов, кг/(м2·с); d  -  диаметр труб, м. При определенном типоразмере трубчатой печи габариты конвекционной камеры, где устанавливаются конвекционные трубы, параметр известный. Конвекционные трубы устанавливают применительно данной камеры, а далее находят свободный проход f для перемещения газов и массовую скорость потока топливных газов в конвекционной камере:

График для определения коэффициента Е

	Для наглядности на рисунке слева приведен возможный расклад размещения труб в конвекционной камере. В соответствии с указанными обозначениями, не занятое сечение для прохода топочных газов записывается уравнением: где n  -  число труб в одном ряду по горизонтали; S1  -  расстояние между осями труб по ширине пучка; a  =  S1/2; lпол  -  длина трубы, котоую омывают дымовые газы.
Схема расположения труб в камере конвекции