НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Гидравлический расчет трубчатой печи, работающей с перегревом паров

При подогреве в трубчатой печи дистиллятного сырья не исключены случаи, когда в трубах змеевиков сырьевая смесь не только испаряется с образованием паров, но и происходит их перегрев. В подобных условиях, например, функционируют печи некоторых установок каталитического крекинга. В таком случае змеевик трубчатой печи можно разбить на 3 отдельных участка, которые соответствуют нагреву, испарению и перегреву. На участке, где происходит нагрев находится исключительно жидкость и температура потока увеличивается от t1 до tн. На участке, где происходит испарение в трубном змеевике одновременно присутствуют жидкая и паровая фазы, температура изменяется в диапазоне от tн до tп; на участке перегрева в змеевике нагреву подвергается только пар и его температура изменяется от tп до t2. Потеря напора в аналогичных печах вычисляется индивидуально для каждого из участков, начиная с участка перегрева. Потеря напора на участке перегрева, когда присутсвтует однофазная среда, а изменение скорости перемещения паров определяется изменениями давления и температуры по протяженности змеевика, вычисляются по уравнению Дарси - Вейсбаха: где λ  -  коэффициент гидравлического сопротивления; lп  -  расчетная длина участка перегрева, м; u  -  массовая скорость движения паров на участке перегрева, кг/(м2·с); ρп  -  средняя плотность паров на участке перегрева, кг/м3. Протяженность участка перегрева требуется определять аналогично участку испарения, приняв предпосылку, что увеличение энтальпии сырьевого потока пропорционально протяженности змеевика. В подобном случае: где Ht2, Htп, htк  -  соответственно энтальпия при температурах t2, tп, tк, кДж/кг; lp  -  расчетная длина одного потока радиантных труб, м.

Схема, поясняющая обозначения к гидравлическому расчету трубчатой печи, работающей с перегревом паров

Аналогично расчету потери напора на участке испарения, решение задачи производится методом последовательного приближения, посредством установления для данного сырья функциональной зависимости между температурой t и давлением р_п насыщенных паров анализируемого сырья.

Согласно закона Рауля-Дальтона давление, которое соответствует температуре исчерпывающего однократного испарения поликомпонентной смеси, вычисляется по формуле:

Общепринято, приняв 3 произвольно принятых температуры, в интервале которых прогнозируется получение значения t_п, выполняется построение графика зависимости давления p_п от температуры, используя приведенную выше формулу для анализируемого сырья. Далее, определившись с давлением на границе участка перегрева p_п, по графиической зависимости определяется температура t_п и расчитывается плотность потока ρ'_п в данном сечении и при данных параметрах. Рассчитав далее энтальпию насыщенных паров H_tп при температуре t_п, определяют протяженность участка перегрева l_п. Вычислив плотность сырьевого потока ρ"_п на выходе из трубчатой печи при температуре t₂ и давлении р_к, определяют усреднённую плотность паров:

и потерю напора на участке перегрева Δp_п и расчетное давление на границе участка перегрева:

Равенство полученного вычисленного значения p_п с предварительно принятой величиной говорит о корректности расчета; в ином случае требуется повторный расчт при другой принятой величине p_п.

Снижение напора на участке испарения для подобных печей вычисляют по выже сформулированной методике, принимая во внимание при этом, что температура и давление в конце участка испарения в свою очередь равняются t_п и p_п, а доля отгона e_к = 1. Снижение напора на участке нагрева определяют по аналогии ранее описанному случаю. Если по результату выполненного гидравлического расчета величина снижения напора не находится в требуемых пределах, необходимо откорректировать либо диаметр труб, либо количество потоков.