Усовершенствование технологии установки висбрекинга (стр. 12 из 16)
На нефтеперерабатывающих заводах широко используется тепло отходящих с установки горячих продуктов для нагрева исходного сырья, что снижает расход топлива в печах.
Машиностроительная промышленность выпускает широкую гамму теплообменной аппаратуры по государственным и отраслевым стандартам, отраслевым техническим условиям, поэтому, на НПЗ применяют стандартную теплообменную аппаратуру.
Вопрос о целесообразности регенерации тепла того или иного потока решают в зависимости от конкретных условий.
При работе установки висбрекинга гудрона на Саратовском НПЗ выявилось, что заложенный техническим проектом нагрев исходного сырья в теплообменниках 2-го этапа циркуляционным орошением (легким газойлем) до температуры 230-235оС не обеспечивается.
Данный проект не предусматривает изменение конструкций оборудования, действующего на Саратовском НПЗ, а проектирует изменение тепловых потоков с целью устранения недостатков технического проекта, выявленных в процессе работы установки висбрекинга гудрона.
Так как мы не меняем готовые (стандартные) теплообменники, то нам требуется определить: сколько таких аппаратов необходимо установить на каждом этапе нагрева исходного сырья, чтобы поверхность их теплообмена соответствовала технологическому режиму. Поэтому произведем поверочный расчет предусмотренных техническим проектом кожухотрубчатых четырех ходовых по трубному пространству с поперечными перегородками по корпусу, сдвоенных теплообменников с плавающей головкой.
Кожухотрубчатые теплообменники состоят из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках. Пучок труб располагается внутри общего кожуха, причем исходное сырье движется по трубам, а горячий тепло - носитель в пространстве между кожухом и трубами (межтрубном пространстве).
Размещение труб осуществляется по периметрам правильных шестиугольников, по концентрическим окружностям, по вершинам квадратов и треугольников.
Диаметр труб и шаг трубного пучка существенно влияет на компактность и массу теплообменника.
Четырехходовой теплообменник разделен на 4 секции (ход) и исходное сырье проходит последовательно через все ходы. При разбивке труб по ходом располагают приблизительно равное количество трубок.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут быть смонтированы в блоки по два и более. Сдвоенные секции включаются в схему установки последовательно, т.е. оба теплоносителя последовательно проходят через каждый теплообменник.
Теплообменники с плавающей головкой нашли широкое применение в нефтяной промышленности, так как имеют ряд преимуществ по сравнению с теплообменниками жесткого или линзового типа.
Подвижная решетка, позволяет трубному пучку расширяться при изменении температуры независимо от корпуса. Поэтому температурные напряжения в корпусе отсутствуют, в пучке они создаются лишь за счет разности температур в трубах.
Преимущества теплообменников с плавающей головкой: трубный пучок можно легко удалить из корпуса и заменить новым при износе, трубки с наружной стороны доступны для чистки механическим путем, возможность установки любого количества перегородок.
Эффективность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов повышается с увеличением скорости движения теплообменивающихся потоков и степени их турбулентности. Для повышения скорости теплообменивающихся сред, лучшей обтекаемости поверхности теплообмена и создания большей турбулентности потоков в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах применяют специальные перегородки. Перегородки в межтрубном пространстве изменяют направление движения теплоносителя так, что наружная поверхность труб омывается преимущественно в поперечном направлении, т.е. по принципу смешанного типа.
При выборе теплообменной аппаратуры учитывались такие важные факторы, как тепловая нагрузка аппарата, температурные условия процесса, физико-химические параметры рабочих сред, условия теплообмена, характер гидравлических сопротивлений, вид материала, взаимное направление движения рабочих сред.
1.6.3.2 Расчет теплообменника Т-102 (тяжелого газойля)
Тяжелый газойль, забираемый из нижнего аккумулятора колонны К-101 объемом 25-30м3/ч с температурой отбора 350оС, пройдя предварительно охлаждение, возвращается в колонну К-101 с температурой 300оС для промывки паров, поступающих в укрепляющую часть из зоны питания.
В целях регенерации тепла тяжелого газойля в дипломном проекте предусматриваем нагрев гудрона от температуры tн2 = 162оС, поступающего из теплообменника Т-101 (легкого газойля).
Тяжелый газойль направляем по трубному пространству, гудрон в межтрубное.
Дальнейший расчет ведем рекомендуемым традиционным порядком, по соответствующим формулам расчета теплообменных аппаратов, подобно расчету п.п.11.1. все данные расчетов сведем в таблицу 5.
Таблица 5.
| № п.п | Параметры Формула, единица измерения | Тяжелый газойль | Гудрон |
| 1 | Массовый поток G1 (кг/c) | 4,64 | 26,46 |
| 2 | Относительная плотность Р420 | 0,886 | 0,997 |
| 3 | Поправочный коэффициент- 5а | 0,0033 | 0,0026 |
| 4 | Плотность Р1515 = Р420 + 5а | 0,8893 | 0,9996 |
| 5 | Вязкость V20 (мм/с) | 13,1 | 100 |
| 6 | Вязкость V80 (мм/с) | 8,7 | 62 |
| 7 | Коэффициент n =  | 0,296 | 0,345 |
| 8 | Начальная температура tн ( оС ) | 350 | 162 |
| 9 | Конечная температура tк ( оС ) | 300 | 173 |
| 10 | разность температур бТ =tн – tк ( оС ) | 50 | 11 |
| 11 | Средняя температураtср = ( оС ) | 325 | 168 |
| 12 | Коэффициент теплопроводности Λср =  (1-0,00054tср) ( Вт/м*с ) | 0,110 | 0,107 |
| 13 | Средняя температурная поправка а | 0,00066 | 0,000541 |
| 14 | Плотность при средней температуре Р420 = Р420 – а (tср - 20) ( кг/м3 ) | 685 | 921 |
| 15 | Вязкость при средней температуре lg  = nlg  ( м2/с ) | 5,74*10-6 | 48*10-6 |
| 16 | Динамическая вязкостьμ = Vср*Р (кг/с) | 3,9*10-3 | 44*10-3 |
| 17 | Коэффициент ан при tн (кДж/кг) | 798,86 | 317,96 |
| 18 | Коэффициент ак при tк (кДж/кг) | 659,29 | 342,61 |
| 19 | Энтальпия Iн =  *ан , (кДж/кг) | 847,12 | 318,02 |
| 20 | Энтальпия Iк = *ак , (кДж/кг) | 699,12 | 342,68 |
| 21 | Тепловой поток Q = G (Iн – Iк), (кВт) | 686,72 | 652,38 |
| 22 | Средняя удельная теплоемкость С =  , (кДж/кг*К) | 2,96 | 2,36 |
| 23 | Площадь поперечного сечения потока, в межтрубном пространстве Sс.ж ,м2 | 4,9*10-2 | |
| 24 | Площадь поперечного сечения потока, в трубном пространстве SТ ,м2 | 1,2*10-2 | |
| 25 | Наружный диаметр трубки dн , (м) | 0,025 | |
| 26 | Внутренний диаметр трубки dв , (м) | 0,02 | |
| 27 | Расчетная скорость истечения потока W =  , (м/с) | 0,564 | 0,586 |
| 28 | Критерий Рейнольдса Re =  | 2256 | 996 |
| 29 | Критерий Прандля Pr =  | 105 | 970 |
| 30 | Критерий Рейнольдса Re =  | 2256 | |
| 31 | Объемный расход V2 =  , (м3/с) | 0,0068 | |
| 32 | Объемный начальный расход V0 = , (м3/с) | 0,0052 | |
| 33 | Коэффициент объемного расширения Β =  * К-1 | 0,00615 | |
| 34 | Число труб, обеспечивающих расход исходного сырья n! =  | 32 | |
| 35 | Число труб на один ход в теплообменнике | 52,5 | |
| 36 | Уточненный критерий Рейнольдса Re = R!  | 2256 | |
| 37 | Разность температур ∆tб = tн1-tк2 , (0С) | 177 | 177 |
| 38 | ∆tм = tк1-tн2 , ( 0С) | 138 | 138 |
| 39 | А =  , ( 0С) | 51 | 51 |
| 40 | ∆tср. =  , ( 0С) | 156 | 156 |
| 41 | Критерий Гросхофа Gr =  *  | 22852 | |
| 42 | Критерий Нусельта Nu1 = 0,4*0,6*Re0,6*Pr0,36 | 60 | |
| 43 | Критерий Нусельта Nu2 = 0,74*Re0,2 (Gr*Pr)0,1*Pr0,2 | 52 | |
| 44 | Коэффициент теплоотдачи L =  , (Вт/м2*к) | 264 | 278 |
| 45 | Тепловое загрязнение наружной поверхности  , ( м2*к/Вт) | 0,00086 | |
| 46 | Тепловое загрязнение внутренней поверхности  , (м2*к/Вт) | 0,0172 | |
| 47 | Тепловое сопротивление стальных труб  , (м2*к/Вт) | 0,000054 | 0,00054 |
| 48 | Коэффициент теплопередачи К =  Вт/м2 * к | 39 | 39 |
| 49 | Расчетная площадь поверхности теплообмена FP =  | 972 | 972 |
Один теплообменник типа
имеет фактическую площадь поверхности теплообмена Fф1 =537,8 м2 .