Технологический расчет трубчатой печи 5 страница

Расход топлива определится по уравнению (9.4.5)

=0,919 кг/с.

12.6 Определяем предварительное значение поверхности нагрева радиантных труб. Принимаем температуру дымовых газов, уходящих из топки, t _p = 702,9 ⁰ C или T=976,1 К (см. п.5.1).

12.6.1 Результаты расчетов средней молярной теплоемкости компонентов и уходящих из топки дымовых газов сведены в таблицу 12.6.

Таблица 12.6 - Результаты расчетов средней молярной теплоемкости компонентов и уходящих из топки дымовых газов

Компоненты	C pmi, кДж/(кмоль∙град.)	N i ∙C pmi
CO2	47,60	3,33
SO2	48,48	0,05
H2O	36,96	3,04
N2	30,61	16,34
O2	31,93	1,29
Сумма		24,05

12.6.2 Количество тепла, передаваемое нагреваемому продукту через радиантную поверхность, определяется по уравнению (6.1)

=0,919 ∙ (41054 ∙ 0,752-24,05 ∙ 703,1)=20485 кВт.

12.6.3 Выбираем трубчатую печь типа В (см. п.7). По таблице 6.1 выбираем ориентировочное значение средней теплонапряженности радиантных труб 30 кВт/м ². При этом имеем предварительное значение поверхности нагрева радиантных труб Нр=683 м ².

Выбираем по таблице 7.4 ближайший типоразмер ВС2 700/12,6.

При этом точное значение средней теплонапряженности радиантных труб составит 20489/700=29 кВт/м ².

Наружная поверхность одной трубы Sтр=3,14 ∙ 0,127 ∙ 12,6 = 5,025 м ².

Число труб в одной камере 700/5,025=140 штук.

12.7 Определяем скорость продукта на входе в печь. Принимаем диаметр труб d=127х8, тогда внутреннее сечение трубы

S _т = 3,14 ∙ (0,127-2 ∙ 0,08) ² /4= 0,00968 м ².

Секундный объем нагреваемого продукта

V _c =G _c /r ²⁰₄ =41,7/874=0,0477 м ³ /с.

Скорость нагреваемого продукта на входе в печь w =V _c /S _т = =0,0477/0,00968=4,93 м/с при двух параллельных потоках w =4,93/2=2,46 м/c, что допустимо (см. п.5).

12.8 Поверочный расчет топки проводим по п. 8.

12.8.1 Максимальная температура горения определится по уравнению (8.4)

=10+ 0,955 ∙ 41054/24,05+273,2=1913 К.

12.8.2 Определяем температуру продукта на входе в радиантные трубы. Количество тепла, переданное продукту в камере конвекции по уравнению (6.4),

=28378-20485=7893 кВт.

Теплосодержание продукта на входе в камеру радиации найдем по уравнению (6.3)

= 359+ 7889/41,7= 548 кДж/кг.

По уравнению (6.5) находим, что найденному теплосодержанию соответствует температура продукта на входе в камеру радиации

= =244 ⁰ С.

12.8.3 Принимаем среднюю температуру наружной стенки труб на 30 ⁰ выше средней температуры продукта в камере радиации:

q=(t _{p k} + t _k)/2 +30+273,2= (244+375)/2+30+273,2=613 K.

12.8.4 Коэффициент теплоотдачи конвекцией в камере радиации определится по уравнению (8.8)

=

=0,00917 кВт/(м ²∙ град).

12.8.5 Определим все величины, необходимые для расчета эквивалентной абсолютно черной поверхности по п.п. 8.9 – 8.19.4.

Количество тепла, переданное в топке конвекцией,

Q _pk = a _kp ×H _P (T _P - q)= 0,00917 ∙ 700∙(976,1-613)=2333кВт.

Потери тепла через стенки топки

=1697 кВт.

Температура газа в топке определяется по уравнению (8.18)

= 1159 K.

Соответствующие степени черноты: e_H = e_F = 0,9.

=0,500.

Величина углового коэффициента взаимного излучения газового объёма и трубного экрана r _VH определяется по уравнению (8.21) при отношении шага к диаметру трубы S ₁ /d =2 для однорядного экрана r _VH =0,013+0,3659 (2)-0,046 (2) ² =0,56.

Суммарная поверхность кладки по рисунку 7.3

SF= 2∙12,60∙2∙3,25+2∙12,6∙5,5+2∙5,5∙2∙3,25=374 м ².

Неэкранированная поверхность кладки (потолок и под печи)

F=2∙5,5∙2∙3,25=71,5 м ².

Величина углового коэффициента взаимного излучения экрана и кладки определится из уравнения (8.24)

=0,191.

Величина b ₁ определится по уравнению (8.14)либо при А ₂ =0 по уравнению (8.25)

Величина определится по уравнению (8.12)

Величина А ₁ определится из уравнения (8.10)

Величина эквивалентной абсолютно чёрной поверхности А ₂= 0определится по уравнению (8.9)

м ².

12.8.6 Температурная поправка теплопередачи в топке определится по уравнению (8.6)

К.

12.8.7 определяется аргумент излучения (см. уравнение (8.2))

=4,55.

12.8.8 Характеристика излучения определится по уравнению (8.3)

=0,561.

12.8.9Температура дымовых газов на выходе из топки (см. уравнение (8.2))

Т _Р =b∙(Т _max - Dq)- 273,2=0,561∙(1913-172)=703,1 ⁰ С.

Полученное значение температуры отличается от заданной в п. 12.6 меньше чем на 2%, поэтому пересчетов не делаем.

12.9 Расчет конвекционной секции проводим по п. 9

12.9.1 Количество тепла, переданное в камере конвекции, определяется по уравнению (9.1)

=28378–0,919∙(41054∙0,955-24,05 703,1)

=7893 кВт.

12.9.2 Предварительное значение поверхности конвекционных труб определяем по уравнению(9.2)

=451 м ².

12.9.3 По рисунку 7.3 определяем основные размеры камеры конвекции (при необходимости эти размеры необходимо запрашивать по адресу указанному в каталоге): длина - 3,9 м; ширина – 1.8 м; высота – 2,1 м.

Путем предварительных расчетов принимаем диаметр труб в камере конвекции d=102х8, при этом внутреннее сечение трубы

S _т = 3,14 ∙ (0,102-2 ∙ 0,08) ² /4= 0,00581 м ².

скорость продукта на входе в камеру конвекции (определится, как и в п. 12.7) w =V _c /S _т = =0,0477/0,00581=8,21 м/с при четырех параллельных потоках w =8,21/4=2,05 м/c, что допустимо (см. п.5).

Наружная поверхность одной трубы Sтр=3,14 ∙ 0,102 ∙ 3,9 = 1,25 м ².

необходимое количество труб в камере конвекции 451/1,25=361 штук.

Конструируем камеру конвекции.

Принимаем шахматное расположение труб и расстояние между осями труб в ряду S ₁ =1,5∙d= 1,5∙0,102=0,153 м.

Тогда расстояние между осями рядов S ₂ =0,866∙ S ₁ =0,866∙0,153 = 0,132 м.

Число труб в ряду 1,8/0,153=12 штук, тогда в одной камере конвекции можно расположить 2,1/0,132 =16 рядов.

Путем последующего поверочного расчета камеры конвекции было найдено, что необходимо расположить 15 рядов. Тогда количество труб в одной камере конвекции составит 12∙15=180 штук. В двух камерах 180∙2=360 штук.

12.9.4 Поверочный расчет камеры конвекции.

12.9.9.4.1 Определяем величины, входящие в уравнение (9.8).

Эффективная величина газового слоя из уравнения (9.10)

S=1,89∙(S ₁ + S ₂)–4,1∙ d =1,89∙(0,153+0,132)–4,1∙0,102 =0,121 м.

Парциальные давления трех атомных газов:

диоксида углерода ∙10 ⁵ =0,0700/0,7757∙10 ⁵ =9024 Па,

водяных паров ∙10 ⁵ =0,0822/0,7757∙10 ⁵ =10620 Па.

Средняя температура дымовых газов в камере конвекции

Tm=(Т _Р - T ₂)/ln(Т _Р/ T ₂)=(976,3-623,2)/ln(976,3/623,2)=786,6 K.

Степени черноты диоксида углерода и водяного пара определяем по уравнению (9.10)

=0,0551,

=0,0417.

Степень черноты газовой среды определяем по уравнению (9,9)

=0,0968.

Средняя температура стенки труб

q _m =(t _{p k} + t _н)/2 +30+273,2= (244+170)/2+30+273,2=510 K.

Коэффициент теплоотдачи радиацией в камере конвекции определяется по уравнению (9.8)

=

=8,8 Вт/(м ² ∙К)

12.9.9.4.2 Определяем величины, входящие в уравнение (9.11).

Расчеты мольной, массовой доли компонентов и средней молекулярной массы смеси газов в камере конвекции сведены в таблицу 12.7. Расчеты динамической вязкости, теплопроводности и истинной теплоемкости дымовых газов сведены в таблицу 12.8. В таблице 12.8 величины динамической вязкости, теплопроводности и истинной теплоемкости компонентов дымовых газов определены при средней температуре 513,4 ⁰ С по уравнениям, приведенным в таблицах 9.2, 9.3 и 9.9.4.

таблица 12.7 - Расчеты мольной, массовой доли компонентов и средней молекулярной массы смеси газов

Компоненты	Mi	кмоль/кг	Доли мольные (xi)	xi ∙ Mi	Доли массовые (x′i)
CO2		0,0700	0,0902	3,97	0,1384
SO2		0,0009	0,0012	0,08	0,0027
H2O		0,0822	0,1060	1,91	0,0665
N2		0,5719	0,7372	20,64	0,7195
O2		0,0507	0,0653	2,09	0,0729
Сумма		0,7757	1,0000	28,69	1,0000

таблица 12.8 - Расчеты динамической вязкости, теплопроводности и истинной теплоемкости дымовых газов

Компоненты					Cpi	Cpi x′i
CO2	34,17	0,1162	44,85	4,047	1,138	0,157
SO2	31,77	0,0024	31,38	0,038	0,812	0,002
H2O	28,76	0,0663	71,26	7,553	2,208	0,147
N2	33,27	0,6204	56,45	41,620	1,107	0,796
O2	38,42	0,0544	61,96	4,048	1,048	0,076
Сумма		0,8598		57,306		1,179

Коэффициент динамической вязкости рассчитывается по уравнению (9.15)

=33,4∙10 ^-6 кг/(м∙с)

Коэффициент теплопроводности определяется по уравнению (9.16)

=57,306∙10 ^-6 кВт/(м∙град)

Истинная теплоёмкость дымовых газов дымовых газов определится по уравнению (9.17)

=1,179 кДж/(кг∙град)

параметр Прандтля определится по уравнению (9.14)

=0,678.

Наименьшая площадь для прохода дымовых газов

=(1,8-12∙0,102)∙3,9=2,246 м ²,

где b _K – ширина камеры конвекции, м; n ₁ - число труб в ряду; d - наружный диаметр труб, м; L – длина камеры конвекции.

Массовая скорость дымовых газов

= =4,49 кг/(м ² ∙с),

где m – число камер конвекции.

Значение числа рейнольдса определяется по уравнению (9.13)

= 13732.

Параметр теплоотдачи определяем по уравнению (9.12)

=9,6,

где С, n, m – коэффициенты определяемые из таблицы (9.1).

Коэффициент теплоотдачи вынужденной конвекцией в камере конвекции определится по уравнению (9.11)

= 51 Вт/(м ² ∙град).

12.9.9.4.3 Коэффициент теплопередачи определится по уравнениям (9.6) и (9.7)

К= 51,0+8,0=59,0 Вт/(м ² ∙град).

12.9.9.4.4 Средний температурный напор в камере конвекции

= =298

12.9.9.4.4 Потребная поверхность теплообмена в камере конвекции определится по уравнению (9.5)

=450 м ².

Потребная поверхность в одной камере конвекции 450/2 =225 м ².

Потребное число труб в одной камере 225/1,25=180.

Число труб в ряду оставляем 12 штук, тогда количество рядов составит 180/12=15.

12.10 Расчет потерь напора в змеевике печи.

12.10.1 Предполагаем, что испарение нефти начинается в камере радиации. Предварительно задаемся давлением в начале участка испарения Р _Н = 2,05 МПа.

12.10.2 Для заданной нефти рассчитываем температуру начала испарения при Р _Н = 2,05 МПа. Результаты расчета начала однократного испарения нефти сведены в таблицу 12.9.

Таблица 12.9 –рассчитанные параметры начала однократного испарения нагреваемой нефти при Р _Н = 2,05 МПа.

	Наименование параметра	Величина	Единица измерения
Массовая доля отгона
Мольная доля отгона
Давление	2,05	МПа
Температура	369,3	°C
Плотность жидкости	0,874	г/см^3
Плотность пара	0,789	г/см^3
Энтальпия жидкости	913,0	кДж/кг
Энтальпия пара	1115,7	кДж/кг
Молекулярная масса сырья	254,2
Плотность сырья	0,874	г/см^3

Таблица 12.10** - мольный и массовый составы исходного сырья, паровой и жидкой части сырья в начале однократного испарения при Р _Н = 2,05 МПа

Компонент № п/п	xL	Однократное испарение	t i ∙ yi	M i∙yi
xi	yi	Pi	xм	yм
	0,2000	0,2000	0,6408	6,572	0,0865	0,5342	73,9	70,7
	0,1000	0,1000	0,1600	3,278	0,0559	0,1722	26,4	22,7
	0,1000	0,1000	0,0926	1,897	0,0653	0,1164	18,6	15,3
	0,1000	0,1000	0,0537	1,101	0,0756	0,0782	12,6	10,2
	0,1000	0,1000	0,0303	0,620	0,0873	0,0509	8,1	6,7
	0,1000	0,1000	0,0157	0,321	0,1023	0,0309	4,8	4,0
	0,1000	0,1000	0,0064	0,132	0,1243	0,0154	2,3	2,0
	0,2000	0,2000	0,0005	0,005	0,4028	0,0018	0,2	0,2
Сумма	1,0000	1,0000	1,0000		1,0000	1,0000	147,0	131,8

** Примечание. обозначения в таблице см. примечание к таблице 12.9.3.

Из расчетов находим, что давлению Р _Н = 2,05 МПа соответствует температура начала однократного испарения T _НИ = 379,3 ⁰ С.

12.10.3 Определяем величины входящие в уравнение (10.7).

Теплосодержание нефти в конце рассчитываемого участка (на выходе из печи) при температуре T ₂ =t _к (см. п. 12.2).

=1164 ∙ 0,5159+907 ∙ (1-0,5159)= 1040кДж/кг

Теплосодержание нагреваемого продукта на входе в рассчитываемый участок (на входе в камеру конвекции)

=548 кДж/кг.

Теплосодержание продукта в начале участка испарения из таблицы 12.2. 913,0 кДж/кг.

Эквивалентная длина одного потока радиантных труб определится по уравнению (10.2)

L _ЭКВ =nL _mp + (n-1)∙Y∙d _вн = 140∙12,9+(140-1)∙50∙(0,127-2∙0,008)=2577 м.

Расчетная длина участка испарения определяется по уравнению (10.7)

=665 м

12.10.4 Определяем величины входящие в уравнение (10.3).

Коэффициент гидравлического сопротивления l =0,029.4.

Секундный расход исходной нефти для одного потока G _с =41,7/2=20,85 кг/с.

Плотность паров при давлении 0,10 МПа определится по уравнению (10.6).

=2473,

где значения Т ₀ =S yi∙ti +273,2 и М ₀ =S yi∙Mi из таблицы 12.10; Т _К =S yi∙ti +273,2 и М _К =S yi∙Mi из таблицы 12.9.3.

Плотность жидкого продукта на участке испарения при средней температуре t=(375+369,3)/2=372 ⁰ C

r_t=r₂₀+(1,3175r₂₀-1,8256)∙(t-20)=

=874+(1,3175∙876-1,8256)∙(372-20)=637 кг/м ^9.3.

Величины коэффициентов А и В определятся по уравнениям (10.4) и (10.5) при е ₀ =0

=791;

=6306800000.

Давление в начале участка испарения определится по уравнению (10.3)

=2050000 Па =2,05 МПа.

Полученное значение Р _Н отличается от заданного в п. 12.10.1 менее чем на 5%, поэтому пересчетов не делаем.

12.10.5 Определяем величины, входящие в уравнение (10.1), для расчета потери напора на участке нагрева нефти в камере радиации.

Эквивалентная длина участка нагрева

= - =2577-665=912 м.

Коэффициент гидравлического сопротивления находим по таблице 10.1 l =0,032.

Средняя температура на участке нагрева t=(369,3+244)/2=307 ⁰ С.

Средняя плотность нефти на этом участке

r_t=r₂₀+(1,3175r₂₀-1,8256)∙(t-20)=

=874+(1,3175∙876-1,8256)∙(307-20)=681 кг/м ^9.3.

Массовая скорость нефти на один поток U _C = G _C /S _Т = 20,85/0,00968 =2153 кг/(м ² ∙с).

Потери напора в змеевике на участке нагрева камеры радиации

= 1880000 Па =1,88 МПа.

12.10.6 Определяем величины, входящие в уравнение (10.1), для расчета потери напора на участке нагрева нефти в камере конвекции.

Дата добавления: 2015-07-20