Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Нефтехимия и химическая технология»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему Технологический расчет трубчатой печи

по дисциплине «Дополнительные главы по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

направление подготовки 18.03.01 Химическая технология

профиль «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Студент гр. БТП-20-02 Д.С. Ирмекеев

Уфа

2023



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Расчет процесса горения топлива

Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

Выбор типоразмера трубчатой печи

Упрощенный расчет камеры радиации

Расчет диаметра печных труб

Расчет камеры конвекции

Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Трубчатые печи являются огневыми аппаратами, предназначенными для передачи тепла, выделяющегося при сжигании топлива, нагреваемому продукту. трубчатая печь камера радиации

Представляют собой камеры горения, в которых расположено большое количество труб как над огневым пространством, в котором сгорает топливо, так и в потоке горячих дымовых газов. Общая длина труб, размещенных в печи, достигает несколько километров. В трубчатых печах осуществляется косвенный нагрев. Нагреваемая жидкостная или газовая смесь быстро движется по трубам противотоком топочным газам, обогревающим внешнюю поверхность труб.

К основным элементам трубчатой печи относятся: камера радиации (топка), камера конвекции, трубы, которые образуют так называемые экраны (теплопоглощающие поверхности), горелочные устройства (горелки, форсунки) с шиберами, печной боров для отвода продуктов сгорания, дымовая труба.

Работу трубчатых печей нефтеперерабатывающих установок характеризуют следующие основные показатели: производительность в т/сут (кг/ч), полезная тепловая нагрузка в кДж/ч (Гкал/ч), коэффициент полезного действия, теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб, то есть количество тепла, передаваемое через 1 м² поверхности сырьевых труб, в кВт/м²ч, гидравлические потери напора в трубчатом змеевике.

Производительность печи показывает или количество сырья, проходящего через нее в единицу времени или количество получаемого продукта.

Полезная тепловая мощность или теплопроизводительность - это количество теплоты, воспринимаемое сырьем в единицу времени.

Коэффициент полезного действия печи показывает насколько эффективно используется теплота сгорания топлива. КПД зависит от таких параметров как: полнота сгорания топлива, коэффициент избытка воздуха (то есть сколько подается воздуха на горение), температура уходящих дымовых газов, тепловая изоляция печи. Обычно коэффициент полезного действия трубчатой печи лежит в пределах от 60 до 85 процентов.

Теплонапряженность поверхности нагрева характеризует, насколько эффективно используется змеевик печи. Теплонапряженность зависит от жаропрочности и жаростойкости стали печных труб, скорости движения сырья, его состава. При повышении теплонапряженности в змеевике может образовываться кокс, что нежелательно, так как приводит к локальному перегрев и прогару змеевика.

Гидравлическое сопротивление змеевика печи зависит от скорости потока в нем. При низкой скорости возможно протекание нежелательных реакций разложения. При слишком высокой скорости возрастает сопротивление змеевика и энергозатраты на перекачивание. Управление работой печи, регулирование процесса нагрева называется шуровкой печи.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря следующим особенностям: их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо глубокий отгон при данной конечной температуре нагрева сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева.

Они обладают высокой тепловой эффективностью, достаточно компактны, у них высокий коэффициент полезного действия, они могут обеспечивать большую тепловую мощность.

Нагрев сырья или какого-либо продукта в трубчатых печах происходит практически без заметного термического разложения вследствие малого времени пребывания нагреваемого продукта в зоне повышенных температур.

Печи удобны в эксплуатации и позволяют применить автоматизацию для управления режимом горения топлива.



Расчет процесса горения топлива

Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания.

Определение элементарного состава газового топлива:

(1.1)

(1.2)

где n_Ci, n_Hi - соответственно число атомов углерода, водорода в молекулах газовых компонентов топлива;

X_i - концентрация газовых компонентов в топливе, % масс;

M_i - молекулярная масса компонентов топлива;

k - число компонентов в топливе;

C, H - соответственно содержание углерода, водорода, % масс.

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева, кДж/кг:

кДж/кг.(1.3)

где C, H, S, O, N, W - соответственно содержание углерода, водорода, серы, кислорода, азота, влаги в топливе, % масс.

Элементарный состав мазута задан при подготовке исходных данных. Содержание влаги в топливе было принято равным нулю.

кДж/кг.(1.4)

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

,(1.5)

кг/кг.

Фактический расход воздуха, кг/кг:

кг/кг,(1.6)

где - коэффициент избытка воздуха.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

кг/кг,(1.7)

где - расход форсуночного пара, принятый за ноль, кг/кг.

Количество газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг:

кг/кг,(1.8)

кг/к,(1.9)

кг/к,(1.10)

кг/к,(1.11)

Проверка:



,(1.12)

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, м³/кг:

,(1.13)

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле, кДж/кг:

,(1.14)

где T - температура продуктов сгорания, К;

,,,,- средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг К.

кДж/кгК

Таблица 1 - Зависимость теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива от температуры

№ пп	Температура, К	, кДж/кг
1	273	0
2	300	583,412
3	500	5001,32
4	700	9632,37
5	900	14511,3
6	1100	19593,4
7	1300	24898,6
8	1500	30366,8
9	1700	35954,8
10	1900	41627,9
11	2100	47395,4
12	2300	53221,5



Итак, в данном разделе была найдена низшая теплотворная способность

= 50340,8 кДж/кг, фактическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива L=18,83 кг/кг, количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива G=19,83 кг/кг.

Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

Согласно закону сохранения энергии уравнение теплового баланса для трубчатой печи выглядит так:

,( 2.1)

где , - соответственно статьи прихода и расхода тепла, кДж/кг.

Расчет теплового баланса ведется на 1 кг топлива.

Статьи расхода тепла:

,( 2.2)

где , , - соответственно тепло полезно воспринятое в печи сырьем, теряемое с уходящими из печи дымовыми газами, теряемое в окружающую среду, кДж/кг.

Статьи прихода тепла:

( 2.3)

где , , - соответственно теплоемкости топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, кДж/кг;

, , - соответственно температуры топлива, воздуха, форсуночного водяного пара, .

Явное тепло топлива, воздуха и водяного пара обычно невелико и им часто в технических расчетах пренебрегают. Однако при анализе способов, способствующих повышению коэффициента полезного действия трубчатой печи, эти статьи прихода тепла необходимо учитывать.

Итак, уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

, ( 2.4)

( 2.5)

,( 2.6)

откуда определяется коэффициент полезного действия трубчатой печи:

,( 2.7)

где, - соответственно потери тепла с уходящими дымовыми газами и потери тепла в окружающую среду в долях от низшей теплотворной способности топлива.

Примем, что потери тепла в окружающую среду составляют 5%, тогда

кДж/кг.( 2.8)

Температура уходящих дымовых газов определяется равенством:

C( 2.9)

где - температура нагреваемого продукта на входе в печь, примем 135C;

- разность температур теплоносителей на входе сырья в змеевик камеры конвекции, примем 125C.

При естественной тяге в печи не должна быть меньше 250 C.

определяем по уравнению (1.15).

( 2.10)

По уравнению (2.5) находим тепло полезно воспринятое в печи сырьем:

кДж/кг.( 2.11)По уравнению (2.6) находим коэффициент полезного действия трубчатой печи:

( 2.12)

Расчет полезной тепловой нагрузки трубчатой печи, кДж/ч:

,( 2.13)



где G - производительность печи по сырью, кг/ч;

, , - соответственно энтальпия теплосодержания паровой и жидкой фазы при температуре , жидкой фазы (сырья) при температуре , кДж/кг;

e - доля отгона сырья на выходе из змеевика трубчатой печи.

Теплосодержание паров нефтепродуктов определяется по уравнению, кДж/кг:

,( 2.14)

( 2.15)

Для определения теплосодержания жидких нефтепродуктов используем уравнение, кДж/кг:

,( 2.16)

где t - температура, при которой определяется теплосодержание нагреваемого продукта, C.

кДж/кг,( 2.17)

кДж/кг.( 2.18)

По уравнению (2.12) определяем полезную тепловую нагрузку трубчатой печи, кДж/ч:

( 2.19)

Определение полной тепловой нагрузки печи, кДж/ч:

кДж/ч = 30,22 МВт.( 2.20)

Часовой расход топлива рассчитывается по формуле, кг/ч:

кг/ч( 2.21)

Итак, в данном разделе были высчитан коэффициент полезного действия

з = 0,83, полезная тепловая нагрузка печи = 90311812,5 кДж/ч, часовой расход топлива B = 2161,45 кг/ч, необходимый для работы печи в заданном режиме, с учетом потерь тепла в окружающую среду через неплотности и с уходящими дымовыми газами.

Коэффициент полезного действия удовлетворяет пределу значений КПД для трубчатых печей (от 0,65 до 0,85).

Обычно температуру уходящих из печи дымовых газов рекомендуется принимать на 100-150 °С выше температуры сырья, поступающего в конвекционную часть печи. В данной работе температура уходящих газов равна = 260 °С. Данная температура не ниже предельного значения в 250 °С, что обеспечивает естественную тягу в печи.

Температура сырья, поступающего в камеру конвекции намного меньше температуры отходящих дымовых газов, это способствует более эффективной передаче тепла в камере конвекции и, следовательно, требуется меньшая поверхность конвекционных труб.

Выбор типоразмера трубчатой печи

Выбор типоразмера трубчатой печи осуществляется по каталогу в зависимости от теплопроизводительности, назначения и вида топлива. В нашем случае назначение печи - сжигание газового топлива, теплопроизводительность Q_Т = 2610⁶ ккал/ч, топливо - газ. Исходя из этих условий выбираем трубчатую печь на газовом топливе ГН2.

Таблица 2 - Техническая характеристика трубчатой печи ГН2.

Показатель	ГН2
Радиантные трубы:
поверхность нагрева, м2	575
рабочая длина, м	15
Теплопроизводительность (при среднедопускаемом теплонапряжении радиантных труб 35000 ккал/м2ч), ккал/ч (Гкал/ч)	26106 (6,21)
Габаритные размеры (с площадками для обслуживания), м:	19,66
длина L
ширина	7,51
высота	14,76
Масса, т:	54
металла печи (без змеевика)
футеровки	219

Печь - объемно - настильного сжигания топлива с двумя камерами радиации. Особенностью конструкции этой печи является наличие настильной стены, которая делит камеру радиации на две камеры с независимыми температурными условиями.

Для печи выбираем горелку ГВН - 0,75.

Таблица 3 - Техническая характеристика горелки ГВН - 0,75.

Показатель	ГВН - 0,75
Тепловая мощность, Гкал/ч	0,75
Давление (номинальное) топливного газа перед горелкой, МПа (кгс/см2)	0,2 (2)
Коэффициент регулирования тепловой мощности	4
Коэффициент избытка воздуха: В первичной смеси В конце факела при условии полного (CO<0,5% по V) выгорания	0,71,08
Разрежение в печи на уровне горелки при номинальной тепловой мощности, Па (мм.рт.ст)	40 (4)
Габаритные размеры, мм:	738х324х362
Масса, кг	26

Горелка состоит из распределительной головки, корпуса, инжекционного смесителя, регуляторов первичного и вторичного воздуха.

Рассчитаем количество необходимых горелок:

( 3.1)

Горелки расположены с одного края, поэтому округляя имеем n_{горелок} = 8 шт.

4 Упрощенный расчет камеры радиации

Целью этого этапа расчета является определение температуры продуктов сгорания, покидающих топку, и фактической теплонапряженности поверхности радиантных труб. Названную температуру () находят методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение

,( 4.1)

где и - теплонапряженность поверхности радиантных труб (фактическая) и приходящаяся на долю свободной конвекции, ;

- отношение поверхностей, зависящее от типа печи, от вида и способа сжигания топлива, принимаем равной 3,05;

- средняя температура наружной стенки радиантных труб, К;

- коэффициент для топок со свободным факелом =1,2; для топок с беспламенным сжиганием топлива ; для топок с настильным факелом =1,3, принимаем равную 1,3;

- коэффициент лучеиспскания абсолютно черного тела.

Определение коэффициента прямой отдачи:

,( 4.2)

где , I, - теплосодержание продуктов сгорания соответственно при температурах , , , кДж/кг;

( 4.3)

где =313 К;

- 0,96 - к.п.д. топки.

Рассчитываем фактическую теплонапряженность радиантных труб:

.(4.4)

Определяем температуру наружной стенки экрана:

,( 4.5)

где - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту;

м, - соответственно толщина и коэффициент теплопроводности стенки трубы;

- для газообразных топлив;

- средняя температура нагреваемого продукта;

.( 4.6)

Суть метода итераций заключается в том, что мы задаем температуру сгорания (), которая находится в пределах от 1000 до 1200 К. При этой температуре задаются и определяются параметры, входящие в уравнение (4.1). По формуле (4.1) вычисляем (), если эта расчетная величина не совпадает с заданной точностью, то расчет возобновляется, при этом значение для последующей итерации принимают рассчитанное значение в предыдущей итерации.

Для первой итерации принимаем, что =1000 К.

Находим средние массовые теплоемкости газов при постоянном давлении при температуре 1000К.

Таблица 4 - Зависимость средней массовой теплоемкости газов при постоянном давлении [] от абсолютной температуры Т.

Температура, К	Кислород,	Азот,	Двуокись углерода,	Вода,
1000	1,0071	1,0792	1,0682	2,051

Определяем максимальную температуру () продуктов сгорания по формуле (4.3):

( 4.7)

Находим средние массовые теплоемкости газов при постоянном далвении при температуре 2376,69 К.

Таблица 5 - Зависимость средней массовой теплоемкости газов при постоянном давлении [] от абсолютной температуры Т.

Температура, К	Кислород,	Азот,	Двуокись углерода,	Вода,
2376,69	1,1042	1,1857	1,2414	2,4685

Определяем теплосодержание продуктов сгорания (, I, ) соответственного при температурах , Т, по формуле (1.14):

кДж/кг( 4.8)

кДж/кг( 4.9)

Определяем коэффициент прямой отдачи:

( 4.10)

Рассчитываем фактическую теплонапряженность радиантных труб:

.( 4.11)

Определяем температуру наружной стенки экрана:

К.( 4.12)

Определяем теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящуюся на долю свободной конвекции:

.( 4.13)

Определяем температуру продуктов сгорания:

К( 4.14)

Рассчитанная температура не совпадает с заданной температурой, следовательно расчеты повторяются до тех пор пока .

Таблица 6 - Итерационный расчет температуры продуктов сгорания

№ПП	Тп, К	I, кДж/кг	IMAX, кДж/кг	Tmax, К	µ	qp, ккал/м2ч		qpk, ккал/м2ч	Tпрасч, К
1	1000	17025	55489	2376,69	0,762	28608	561,4	3612,92	1059,2
2	1059,2	18539	55067,3	2362,474	0,6996	26267	557,83	4270,33	844,03
3	844,03	13122	56658,5	2416,003	0,8269	31043	565,08	2051,95	901,29
4	901,29	14543	56205,2	2400,788	0,7935	29790	563,18	2609,72	887,5
5	887,5	14200	56313,2	2404,415	0,8016	30093	563,64	2472,97	890,91
6	890,91	14284	56286,3	2403,511	0,7996	30018	563,52	2506,645	890,07
7	890,07	14264	56292,9	2403,733	0,8001	30036	563,55	2498,36	890,2
8	890,2	14269	56291,3	2403,679	0,7999	30032	563,55	2500,40	890,2

Таким образом, температурой продуктов сгорания принимаем 890,2 К.

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

,( 4.15)

кДж/кг.( 4.16)

Итак, при помощи метода последовательного приближения была рассчитана температура сгорания продуктов, покидающих топку (890,2 К). Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб составила 30032 , что не превышает величину допустимой теплонапряженности радиантных труб 35000 . Эффективность работы камеры радиации трубчатой печи составила 85,8%.

Расчет диаметра печных труб

На данном этапе по результатам расчета выбираются стандартные размеры труб (диаметр, толщина и шаг).

При этом используется следующий алгоритм расчета.

Определяем объемный расход нагреваемого продукта:

,( 5.1)

где - производительность печи по сырью, т/ст;

- плотность продукта при средней температуре (), кг/м².

,( 5.2)

где - температурная поправка.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

( 5.3)

где n - число потоков (2), W - допустимая линейная скорость продукта, 2 м/с,

- расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из уравнения (5.3) рассчитывается внутренний диаметр трубы:

( 5.4)

В завершении расчета определяется фактическая линейная скорость продукта.

Определяем температурную поправку:

.( 5.5)

Определяем плотность продукта по формуле (5.2):

кг/м³.( 5.6)

Определяем объемный расход нагреваемого продукта по формуле (5.1):

м³/с.( 5.7)

Определяем внутренний диаметр трубы по формуле (5.4):

м.( 5.8)

Из стандартных значений выбираем диаметр трубы d_н = 0,127 м, толщину стенки принимаем равной м.

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

,( 5.9)

м/с.( 5.10)

Hа данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр 2 м, толщину м и для таких труб изготавливаются крутоизогнутые фитинги с шагом между осями труб 0,280 м и ретурбенты с шагом 0,275 м, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта W_ФАКТ = 1,89 м/с.

Расчет камеры конвекции

Целью данного этапа являются расчет поверхностного конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции. Поставленная цель осуществляется в следующей последовательности.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,( 6.1)

где - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами;

- коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

- средняя разность температур.

.( 6.2)

кДж/ч.( 6.3)

Средняя разность температур определяется по уравнению:

,( 6.4)

где , - соответственно большая и меньшая разность температур; - температура продукта на выходе из камеры конвекции находят путем решения квадратичного уравнения, предварительно определив теплосодержание продукта при этой температуре:

.( 6.5)

кДж/кг

,( 6.6)

где , ;

- соответственно коэффициенты уравнения.

( 6.7)

Решению уравнения удовлетворяет только значение одного корня

,( 6.8)

С.( 6.9)

второй корень не имеет физического смысла, так как принимает отрицательное значение.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур.

С,( 6.10)

С,( 6.11)

С.( 6.12)

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции рассчитывается по уравнению:

,( 6.13)

где , , - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке конвекции излучением трехатомных газов.

определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,( 6.14)

.( 6.15)

где - средняя температура дымовых газов в камере конвекции, вычисляется по формуле:

,( 6.16)

^oC.( 6.17)

определяется следующим образом:

,( 6.18)

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяется методом линейной интерполяции (E = 20,26); d - наружный диаметр.

Массовая скорость движения газов определяется по формуле:

,( 6.19)

где f - свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции, которое определяется по уравнению:

,( 6.20)

где n - число труб в одном горизонтальном ряд, принимаем n равной 2; - расстояние между осями трубы в горизонтальном ряду (0,280 м); - характерный размер для камеры конвекции; d - наружный диаметр труб; lp - рабочая длина конвекционных труб (15 м).

м.( 6.21)

Определяем свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции по формуле (6.19):

м².( 6.22)

Определяем массовую скорость движения газов по формуле (6.18):

.( 6.23)

.( 6.24)

Определяем коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту по формуле (6.12):

Вт/м²град.( 6.25)

Определяем поверхность конвекционных труб по формуле (6.1):

м².( 6.26)

Определяем число труб в камере конвекции, округляя число труб до целого значения кратного n (числу труб в горизонтальном ряду):

,( 6.27)

шт.( 6.28)

С учетом округления рассчитывается фактическая поверхность конвекционных труб:

м².( 6.29)

Число труб по вертикали:

шт.( 6.30)

Высота пучка труб в камере конвекции:



,( 6.31)

где - расстояние между горизонтальными рядами труб, которое рассчитывается как:

м.( 6.32)

Рассчитываем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

,( 6.33)

Вт/м².( 6.34)

Таким образом, была рассчитана средняя теплонапряженность конвекционных труб Q_НК = 8810,8 Вт/м², количество труб в в камере конвекции равно 88 шт, высота трубного пучка составила 10,4 м.

Значение фактической теплонапряженности Q_НК = 8810,8 Вт/м² < 46000 Вт/^м2 , соответственно камера конвекции работает с недогрузкой.

Эффективность камеры составляет (8810,8/46000)100%=19,15%.

Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Целью гидравлического расчета является определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давление сырья на входе в змеевик, которое, в свою очередь, необходимо для выбора сырьевого насоса.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

,( 7.1)

где , , , , - соответственно давление сырья на выходе из змеевика печи, значение которого приводится в исходных данных; потери напора: на участке испарения, на участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах; статический напор.

Значение известно из исходных данных:

Остальные слагаемые необходимо рассчитать. Расчет необходимо начинать с определения потерь напора на участке испарения:

,( 7.2)

где - давление в начале участка испарения, которое, в свою очередь, рассчитывают методом последовательного приближения, используя уравнение Бакланова:

,( 7.3)

где A и B - расчетные коэффициенты.

,( 7.4)

,( 7.5)

где , , , , e, - соответственно коэффициенты гидравлического сопротивления (для атмосферных печей ); секундный расход сырья по одному потоку, плотность сырья при средней температуре на участке испарения, внутренний диаметр труб, доля отгона сырья на выходе из змеевика, средняя плотность паров при давлении 9,1 Па (при нагреве нефти ).

кг/с( 7.6)

- длина участка испарения.

,( 7.7)

где , , - соответственно теплосодержание паро-жидкостной смеси на выходе из змеевика, сырья на выходе из камеры конвекции, сырья при температуре начала испарения.

,( 7.8)

кДж/кг.( 7.9)

- средняя температура продукта на участке цепи:

.( 7.10)

- эквивалентная длина радиантных труб:

.( 7.11)

м.( 7.12)

- число радиантных труб, приходящихся на один поток:

шт.( 7.13)

n = 2 - число потоков; - общее число радиантных труб:

шт.( 7.14)

- эквивалентная длина печного двойника (ретурбента):

м; d - наружный диаметр трубы; lp - рабочая длина одной трубы.

Начнем расчет давления в начале участке испарения методом итераций.

Принимаем, что Па, для которого температура начала испарения продукта равна 260 С.

Находим среднюю температуру продукта на участке испарения по формуле (7.10):

С.( 7.15)

Находим плотность при температуре :

кг/м³

( 7.16)

Определяем теплосодержание сырья при температуре начала испарения:

кДж/кг.( 7.17)

Определяем длину участка испарения по формуле (7.7):

м.( 7.18)

Находим расчетные коэффициентам по формулам (7.4) и (7.5):

,( 7.19)

.( 7.20)

Рассчитываем давление в начале участка испарения по формуле (7.3):

Па

( 7.21)

Так как рассчитанное Р_нрасч = 1366420 Па не совпадает с , расчеты необходимо повторять до тех пор, пока .

Результаты дальнейших расчетов приведены в таблице.

Таблица 7 - Итерационный расчет давления в начале участка испарения

Pнзад, Па	tн, оС	tср.и, оС	с, кг/м3	qtн, кДж/кг	lи, м	А	В	Pнрасч, Па
800000	260	307,5	716	582,04	662,6	274,8	4078264	1366420
1366420	300	327,5	703,2	692,99	468,18	279,8	5771707,16	1153834,8
1153834,8	289	322	706,72	661,91	522,64	278,4	5170330,59	1217122,8
1217122,8	291	323	706,08	667,52	512,79	278,66	5269592,36	1205928,2
1205928,2	290	322,5	706,4	664,71	517,72	278,53	5219458,08	1211542,1
1211542,1	290,5	322,75	706,24	666,12	533,84	278,59	5061851,25	1229755,3
1229755,3	291	323	706,08	667,52	531,29	278,66	5086169,17	1226892,7
1226892,7	291,5	323,25	705,92	668,93	528,73	278,72	5110737,53	1224021,4
1224021,4	291,4	323,2	705,952	668,65	529,24	278,71	5105803,64	1224596,4
1224596,4	291,4	323,2	705,952	668,65	529,24	278,71	5105803,64	1224596,4

Таким образом, P_Н = 1224596,4 Па

Определяем потери напора на участке испарения по формуле (7.2):

МПа.( 7.22)

Потери напора на участке нагрева радиантных труб:

,( 7.23)

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

- эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку:

м.( 7.24)

- плотность продукта при средней температуре на участке нагрева радиантных труб:

С,( 7.25)

кг/м³.( 7.26)

U - массовая скорость продукта в радиантных и в конвекционных трубах (в случае одинакового размера труб) на один поток:

кг/м².( 7.27)

МПа.( 7.28)

Потери напора в конвекционных трубах для одного потока:

,( 7.29)

где - эквивалетная длина конвекционных труб:

м.( 7.30)

- плотность продукта при средней температуре в конвекционных трубах:

С,( 7.31)

кг/м³.( 7.32)

МПа.( 7.33)

Статический напор в змеевике печи рассчитывается по формуле:

,( 7.34)

где - высота камеры радиации:

,( 7.35)

м.( 7.36)

- высота камеры конвекции (рассчитана ранее): = 9,92 м;

- плотность продукта при средней температуре:

С,( 7.37)

кг/м³.( 7.38)

МПа.( 7.39)

Подставляя полученные данные, определяем давление сырья на входе в печь:

МПа.( 7.40)

В разделе рассчитано общее гидравлическое сопротивление змеевика печи. Давление на входе в печь составляет 1,84 МПа.

Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Этот этап расчета предназначен для определения стандартного диаметра и высоты дымовой трубы.

Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением:

,( 8.1)

где - разряжение в топочной камере, =40 Па;

- потери напора в камере конвекции, =80 Па;

- потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений;

- потери напора на трение в дымовой трубе.



,( 8.2)

где - сумма коэффициентов местного сопротивления (внезапное расширение , внезапное сужение , шибер и заслонка ), ;

W - линейная скорость продукта, W=8 м/с;

- плотность продуктов сгорания, кг/м³.

,( 8.3)

где , - соответственно потери напора при входе в труб и выходе из нее, потери напора на трение при движении газов в газовой трубе:

,( 8.4)

где , - коэффициенты местных сопротивлений при входе в трубу и выходе из нее, =1,3;

- плотность газов в трубе при средней температуре.

,( 8.5)

где К.

К.( 8.6)



кг/м³.( 8.7)

Па.( 8.8)

,( 8.9)

где , h, D - соответственно коэффициент гидравлического сопротивления в дымовой трубе, высота и диаметр трубы.

определяется по формуле Якимова:

.( 8.10)

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях определяется уравнением:

,( 8.11)

где - сумма масс продуктов сгорания на 1 кг топлива;

- объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива:

,( 8.12)

где m_i, M_i - соответственно массы и молеклярные массы газовых компонентов в продуктах сгорания.

м³/кг,( 8.13)

кг/м³.( 8.14)

Плотность продуктов сгорания при любой заданной температуре (Т) определяется выражением:

.( 8.15)

Плотность продуктов сгорания при температуре t_ух:

кг/м³.( 8.16)

Итак, потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений:

Па.( 8.17)

Диаметр дымовой трубы рассчитывается по известной формуле, на основании которого выбирается ближайший стандартный размер:

,( 8.18)

где - число дымовых труб, принимаем равной 1;

V - объемный расход продктов сгорания при t_ух:

,( 8.19)

где B - часовой расход топлива.

м³/с.( 8.20)

м.( 8.21)

Выбираем стандартный диаметр трубы D=2 м.

.( 8.22)

Высота дымовой трубы рассчитывается методом последовательного приближения по уравнению:

,( 8.23)

где =1,293 кг/м³, T_B =303 К - плотность и температура воздуха.

Пусть h=30 м, тогда

Па.( 8.24)

Общие потери на трение в дымовой трубе:

Па.( 8.25)

Общее сопротивление всего газового тракта:

Па.( 8.26)

Расчетная высота дымовой трубы:

м.( 8.27)

Расчетная высота не совпадает с принятой ранее, значит методом итераций продолжаем расчеты.

Таблица 8 - Итерационный расчет высоты дымовой трубы

№	hзад,м	?P", Па	Pтр, Па	Pобщ, Па	hрасч, м
1	30	6,2	27,1	235,94	46,83
2	46,83	9,6835	36,7835	239,4235	47,521
3	47,521	9,8265	36,9265	239,5665	47,55
4	47,55	9,8324	36,9324	239,5724	47,551
5	47,551	9,8326	36,9326	239,5726	47,551
6	47,551	9,8326	36,9326	239,5726	47,551

Выводы: определили геометрические размеры дымовой трубы: ее диаметр, округленный до стандартного, составил D = 2 м; высота трубы, рассчитанная методом последовательного приближения, имеет значение h = 47,551 м.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был произведен технологический расчет трубчатой печи для нагрева и частичного испарения нефти.

Расчет состоял из восьми этапов, на каждом из которых были получены данные, необходимые для того, чтобы спроектировать нашу трубчатую печь. Так, результатом расчетов первых двух этапов (расчет процесса горения топлива и расчет к.п.д. печи и расхода топлива) стала полезная тепловая нагрузка, значение которой Q_пол = 90311812,5 ккал/ч. По этому значению в следующем этапе был подобран типоразмер печи, была выбрана печь типа ГН2 с поверхностью нагрева радиантных труб 575 м², рабочей длиной 15 м. Выбрали горелки типа ГВН-0,75. Далее, в этапе расчета камеры радиации, нашли фактическое теплонапряжение радиантных труб q_р = 30032 ккал/м²ч, которое не превышает допустимое значение 35000 ккал/м²ч, т.е. проектируемая печь работает с недогрузкой. В пятом этапе рассчитали диаметр печных труб d_нар = 0,127 м, определили соответствующие ему толщину стенки д= 0,008 м, шаг между осями труб 0,280 м. Расчет камеры конвекции (шестой этап) дал нам ее высоту h_к = 10,4 м. Высота камеры радиации (топки) h_т = 13,8 м была определена в следующем этапе (гидравлический расчет змеевика). Также на этом этапе рассчитали давление сырья на входе в печь Р₀ = 1,84 МПа. В последнем этапе был проведен аэродинамический расчет дымовой трубы, получены ее размеры: диаметр, округленный до стандартного, D = 2 м и высота h = 47,551 м.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1982. -584 с.

2. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Химия, 1987-304.

3. Трубчатые печи: Каталог / Составители В.Е. Бакшалов, В .Ф. Дребенцов, Т.Г. Калинина, Н.И. Сметанкина, Е.И. Ширман. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. - 35 с.

4. Горелки для трубчатых печей: Каталог. Изд. 5-ое. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - 23 с.

5. Справочник нефтепереработчика: Справочник / Под ред. Г.А. Ластовкина, В.Д. Радченко, М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.

Размещено на Allbest.ru