НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Расчёт потери напора в трубчатом змеевике и гидравлического режима

Чтобы обеспечить нормальное функционирование трубчатой печи требуется обоснованно подобрать скорость перемещения сырьевого потока через трубчатый змеевик. Увеличение скорости перемещения сырья в трубчатом змеевике приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи от поверхности стенок труб к нагреваемой среде, что благоприятствует охлаждению стенок, уменьшая в результате возможность коксообразования в трубах. Как следствие сокращается возможность прогара трубного змеевика печи и появляется возможность повышения теплонапряженности нагреваемой поверхности. Также, увеличение скорости перемещения потока снижает количество отложений на внутренней образующей трубы загрязнений из диспергированных механических частиц, которые содержатся в нагреваемой среде.

Использование более высоких скоростей перемещения потока нагреваемой среды даёт возможность уменьшения диаметра трубного змеевика или обеспечения более высокого расхода продукта через печь, позволяет уменьшить количество параллельных ниток.

Однако повышение скорости вызывает рост гидравлического сопротивления перемещаемой среде, из-за чего увеличивается энергопотребление привода питательного насоса, потому что потеря напора и, как следствие, энергозатраты возрастают приблизительно пропорционально степени 1,7 - 1,8 скорости перемещения среды.

Со стороны гидравлического режима трубчатые печи, которые используются в нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей промышленности, могут быть условно разделены на 3 основные группы, потому что сырьевой поток в них может быть 1-нофазным, 2-ухфазным и переменного состава.

1. В 1-ую группу включаются печи, нагревающие сырьевой поток без его испарения, а также печи, нагревающие сырьё в газовой и паровой фазе.
2. Во 2-ую группу включаются трубчатые печи, нагревающие сырьевой поток с его испарением частичным или полным.
3. К 3-ей группе трубчатых печей относятся печи, в которых происходят те или иные химические трансформации.

В основе вышеприведенной классификации гидравлических режимов трубчатых печей лежит характер с которым изменяется скорость пермещения сырьевого потока по длине трубного змеевика.

В печах с монофазным жидким нагреваемым потокос скорость перемещения мало изменяется, только из-за уменьшения плотности среды при её нагреве. В данных печах скорость потока на протяженности трубного змеевика изменяется на 10 - 20 %. Для печей, которые нагревают сырьеввой воток в газовой или паровой фазе, скорость потока на протяженности змеевика изменяется в большей мере: повышение скорости в этом случае объясняется понижением давления и ростом температуры потока.

Незначительные флуктуации скорости потока на протяженности трубного змеевика дают возможность при вычислении потери напора трубчатых печей с монофазным режимом применять уравнение Дарси - Вейсбаха и использовать среднюю величину скорости.

В печах с 2-ухфазным режимом, когда сырьё полностью или частично испаряется, скорость потока меняется существенно. В данном случае скоростная характеристика на выходе из трубчатой печи может в десятки раз отличаться от скоростной характеристики входного потока. Очевидно, что при подобном существенном изменении скорости перемещающегося потока нет возможности при вычислении потери напора пользоваться средней величиной скорости. Визуализация гидравлического режима печей подобного типа представлена на графике, который привдеен на рисунке справа. По оси абсцисс откладывается длина змеевика l, по оси ординат соответствующие значения давления р, температуры t и доли отгона е. Сначала по мере продвижения сырьевого потока по трубному змеевику давление снижается достаточно равномерно, но в определенный момент, начиная с определенного сечения, которое соответствует началу межфазного перехода, потеря напора возрастает в прогрессии. Доля отгона в трубчатой печи также прогрессивно возрастает после определенного сечения по причине роста температуры сырья и уменьшения давления. Отличительным является изменение температуры сырьевого потока по длине трубного змеевика. На участке, где нагрев сырья происходит без испарения, температура растёт равномерно; от точки начала испарения повышение температуры происходит медленнее, потому что тепло частично тратится, чтобы испарить сырьё. При этом возможен сценарий (обозначен пунктиром на рисунке), когда температура выходящего из печи сырьевого потока немного ниже, чем температура в трубах печи ранее по потоку.

График изменения давления, температуры и доли отгона по длине змеевика трубчатой печи

Подобное явление характерно для большого значения потери напора и интенсивного испарения в печных трубах, крайних по ходу сырья, так как в данном случае величина тепла, передаваемого через трубную поверхность, меньше скрытой теплоты, которая требуется, чтобы испарить сырьё. Сырьевой поток испаряется частично за счет собственного тепла, что сопровождается снижением температуры. Такое явление может привести к разложению сырьевой смеси и усиленному образованию кокса в данном сечении трубного змеевика из-за повышенной температуры, в то время как управляемая температура выходного потока находится в пределах допуска.

В печах 3-го типа то как меняется скорость по длине трубного змеевика напрямую зависит от доли конверсии сырья (выхода продуктов реакции).

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




Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту