НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Метод расчета потери напора в печах с частично или полностью испаряющимся сырьем

Рассматриваемый далее метод расчета потери напора в печах с частично или полностью испаряющейся нагреваемой средой разработан Б.Д. Баклановым. Данный метод расчета, который базируется на ряде принятых допусков, был проверен Я.Г. Соркиным для 30 эксплуатируемых трубчатых печей. Выполненная проверка доказала, что метод Б.Д. Бакланова хорошо верифицируется практическими данными: погрешность между вычисленной величиной потери напора и фактическими значениями лежит в диапазоне от 1 до 12 % и в среднем составляет 7 %. При подобном режиме снижение давления в трубчатом змеевике печи определеяется отдельно для участка испарения и участка нагрева.

Рассматриваемый метод базируется на допущении, что увеличение количества тепла в печных трубах пропорционально протяженности труб, т.е. что все анализируемые участки трубного змеевика функционируют с равной теплонапряженностью. Подобное допущение возможно для радиантных труб при экранировании в 1 ряд и недопустимо для конвекционных труб. В подавляющей части случаев сырье начинает испаряться в радиантных трубах, поэтому сформулированное допущение делает возможным применение метода Б.Д. Бакланова для гидравлического расчета радиантного змеевика.

Расчетное уравнение Б.Д. Бакланова для вычисления давления на участке испарения записывается в виде: где pн  -  начальное абсолютное давление на анализируемом участке, Па; pк  -  конечное абсолютное давление на анализируемом участке, Па; l  -  длина анализируемого участка испарения, м; А, В и К  -  коэффициенты. где G  -  массовый расход нагреваемой среды для одного потока, кг/с; d  -  внутренний диаметр трубы, м; ρж  -  плотность жидкой фазы при средней (в границах рассчитываемого участка) температуре, кг/м3; λ  -  коэффициент гидравлических сопротивлений; eн  -  начальная массовая доля отгона на анализируемом участке, доли; eк  -  конечная массовая доля отгона на анализируемом участке, доли; ρп  -  средняя плотность паров при давлении р = 105 Па, кг/м3.

Схема к гидравлическому расчету трубчатой печи

В общем случае этот параметр можно рассчитать по формуле:

Для фракций, которые находятся в паровой фазе и имеют средние значения температуры кипения в начале анализируемого участка Т₀ и на выходе из трубчатой печи Т_к, молекулярные массы, которые соответственно равны М₀ и М_к, среднее значение плотности при давлении 10⁵ Па можно рассчитать по формуле:

Если в начале и в конце анализируемого участка паровая фаза включает в себя одни и те же составляющие, т.е. когда Т₀ = Т_к = Т и М₀ = М_к = М, что характерно, например, для печей отгона растворителя на технологических установках по очистке масел, то:

Чтобы оптимизировать расчет, Я.Г. Соркин предлагает использовать для печей, которые нагревают нефть и полумазут, принимать 1/ρ_п = 3500 и для печей нагрева мазута - 1/ρ_п = 2000.

Путем простых преобразований базовое уравнение можно записать в более применимом для вычислений виде:

В записанном уравнении 1-ое слагаемое, которое стоит в квадратных скобках, существенно меньше 2-го, поэтому с долей приближения его можно перформулировать в следующий вид:

Расчётная формула существенно оптимизируется, если среда начинает испаряться в начале анализируемого участка, тогда e_н = 0, а формула принимает вид:

или в приближенном виде:

Предположим, что межфазный переход сырья начинается в точке H, давление на начальной границе участка межфазного перехода равно p_н, при этом температура сырьевого потока t_н, а длина участка межфазного перехода l_и.

Расчётная длина участка межфазного перехода l_и определяется по формуле:

Расчетную длину участка межфазного перехода можно расчитать по уравнению, если дана температура на границе участка испарения t_н, которую для конкретного сырья можно определеить, если знать давление на границе участка испарения p_н, в свою очередь вычисляемое с помощью уравнения Бакланова в зависимости от протяженности участка испарения l_и.