Трубчатая печь для термической обработки мазута

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Технологическая схема производственного участка

1.1 Технологическая схема и ее описание

1.2 Конструкция и работа трубчатой печи

1.3 Недостатки трубчатой печи

2 Литературный обзор и патентный анализ

2.1 Литературный обзор

2.2 Патентный анализ

2.3 Выбор способа интенсификации теплоотдачи потока мазута в продуктовых трубах

3 Технологические расчеты

3.1 Тепловой баланс печи и расчет процесса горения топлива

3.2 Расчет теплопередачи в радиантной камере

3.3 Расчет шага металлической ленты, необходимой для снижения температуры стенки

3.4 Расчет теплопередачи в конвекционной камере

3.5 Гидравлические расчеты

3.5.1 Гидравлический расчет конвекционной камеры

3.5.2 Гидравлический расчет радиантной камеры

3.6 Аэродинамический расчет

4 КИП и автоматизация

5 Охрана труда и вопросы экологии

5.1 Охрана труда и условия безопасной эксплуатации печи

5.2 Экологические мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ

6 Экономическое обоснование модернизации

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

Актуальной проблемой при эксплуатации печного оборудования является негативное воздействие эксплуатационных факторов в течение длительного времени, а именно отложения на теплообменных поверхностях загрязняющих веществ, накипи, продуктов протекания химических реакций, что может вызывать снижение рабочих параметров аппарата и постепенное или внезапное ухудшение технического состояния вплоть до отказа. Также, наличие отложений приводит к росту требуемой поверхности из-за увеличения термического сопротивления. Не всегда представляется возможным оценить влияние загрязнений по причине наличия множества факторов и механизмов, влияющих на процесс.

Одним из решений задачи повышения надежности, безотказности и увеличения ресурса ТА является применение различных способов интенсификации теплообмена, которые оказывают положительное влияние на снижение отложений на теплообменной поверхности. Помимо этого, такое воздействие приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи и, соответственно, к снижению необходимой площади поверхности теплообменника.

На данный момент известно достаточное количество способов интенсификации теплообмена позволяющих увеличить коэффициент теплоотдачи от нескольких процентов до нескольких раз и даже десятков раз. При этом, как правило, происходит увеличение гидравлического сопротивления в теплообменном аппарате в зависимости от выбранного способа.

Одним из способов интенсификации, исследуемом в работе, является закрутка потока. Ряд отечественных авторов, таких как Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Мигай В.К., Щукин В.К., Дзюбенко Б.В., КузмаКитча Ю.А., Попов И.А., Митрофанова О.В. Печенегов Ю.Я. и другие посветили свои исследования закрученному потоку и, в частности, применению витых лент для его воспроизводства. Несмотря на давнюю известность способа закрутки потока витыми лентами, интерес к этому вопросу сохраняется, что подтверждается одними из последних работ Митрофановой О.В., Попова И.А., Лаптева А.Г., Тарасевича С. Э., Колядина Е.А., Eiamsaard S., Sami D. Salman.

Цель исследования: предложить технологические мероприятия для увеличения временного периода между очистками трубных змеевиков печей висбрекинга мазута.

Задачи исследования: произвести расчет трубчатой печи висбрекинга мазута с использование пассивного средства интенсификации теплообмена – закрученных металлических лент вставленных в трубы радиантной секции печи, с целью получения более низкой температуры стенки радиантных труб, и соответственно снижения количества отложений на стенках, что в свою очередь позволит увеличить период работы печи между очистками.

Литературный обзор и патентный анализ

2.1 Литературный обзор

Для интенсификации явлений переноса могут применяться различные способы, как активные, так и пассивные [4]:

конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих турбулизации потока в пристенном слое (накатки, выемки, лунки);

закрутка потока шнековыми устройствами, спиральными ребрами, завихрителями, установленными на входе в канал;

использование турбулизирующих вставок в каналах;

увеличение площади поверхности теплообмена посредством оребрения;

воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным и ультразвуковым полями;

турбулизация пристенного слоя организацией пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;

механическое воздействие на поверхность теплообмена посредством ее вращения и вибрации;

применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдоподвижном состоянии;

добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

В последнее время возрос интерес к изучению влияния колебаний потока на теплообмен при возникновении резонансных частот и амплитуд. В ряде исследований, например в [5], [6], [7], показано, что при резонансных колебаниях коэффициент теплоотдачи может увеличиться в 2–3 раза по сравнению со стационарным течением как при ламинарном, так и при турбулентном режимах.

При акустическом резонансе в канале теплоотдача существенно увеличивается в зоне пучности скорости стоячей волны. При этом заметно возрастает и средняя теплоотдача по длине канала [6]. Однако при анализе целесообразности использования колебаний потока для интенсификации теплообмена необходимо учитывать все энергетические затраты на возбуждение колебаний. Колебания давления, в том числе и звуковые, могут быть эффективным средством интенсификации теплообмена при свободной конвекции [8].

Начиная с 80х годов большой интерес среди исследователей, занимающихся интенсификацией теплообмена, получил высокоэнергоэффективный способ турбулизации пристенного течения – применение дискретных поперечных выступов, выполняемых на внутренней поверхности трубок теплообменных аппаратов. Впервые Э.К. Калинин, Г.А. Дрейцер и др. продемонстрировали возможность опережающего роста теплоотдачи по сравнению с возрастанием гидравлического сопротивления на круглых каналах с поперечными полукруглыми кольцевыми выступами. При данном способе интенсификации теплообмена увеличение достигло 2,9 раз [9],[10]. Тем не менее, применение кольцевых полукруглых выступов не решило всех проблем, связанных с интенсификацией теплообмена.

В некоторых теплообменных устройствах наряду с дискретными кольцевыми выступами широко используются и другие способы пристенной интенсификации теплообмена, например использование сферических выемок. На данный способ интенсификации обратили внимание после ряда проведенных исследований Г.И. Кикнадзе с соавторами, в результате которых были получены результаты о высокой энергетической эффективности системы, нанесенных на поверхность канала сферических выемок. Авторы связывают этот факт с самоорганизацией в сферических выемках смерчеобразных вихревых структур. С точки зрения академика А.И. Леонтьева интенсификация теплообмена сферическими выемками имеет перспективу, и все же требует новых подходов к описанию турбулентного теплообмена в условиях самоорганизующихся смерчеобразных вихревых структур [11], [12], [4], [13]

При использовании криволинейных каналов под воздействием центробежных сил развиваются винтообразные структуры, охватывающие все сечения канала. [14], [15] Кроме того, при достаточно крутых поворотах могут возникать отрывные зоны с системой двухмерных и трехмерных вихрей в них. На вогнутой стенке может появиться система винтообразных вихрей с противоположным направлением вращения, все это вызывает дополнительно турбулизацию потока, рост теплоотдачи и гидравлического сопротивления.

Высокоэффективным зачастую оказывается использование комбинированных методов интенсификации (комбинирование турбулизаторов с оребрением поверхностей, применение спиральных ребер, одновременно закручивающих поток, применение закручивающих устройств, при течении суспензий, комбинирование турбулизаторов с закруткой потока)

2.3 Выбор способа интенсификации теплоотдачи потока мазута в продуктовых трубах

На основании данных полученных при проведении литературного обзора и патентного анализа для модернизации трубчатой печи выбран способ интенсификации теплообмена, сочетающий в себе относительную простоту применения и высокую эффективность, а именно введение в трубы змеевика радиантной секции средства пассивной турбулизации потока теплоносителя в виде закрученной плоской металлической ленты

Заключение

В работе предложены технологические мероприятия для увеличения временного периода между очистками трубных змеевиков печей висбрекинга мазута.

Произведен расчет трубчатой печи висбрекинга мазута с использование пассивного средства интенсификации теплообмена – закрученных металлических лент вставленных в трубы радиантной секции печи, с целью получения более низкой температуры стенки радиантных труб, и соответственно снижения количества отложений на стенках, что в свою очередь позволит увеличить период работы печи между очистками.

Рассчитан необходимый для снижения температуры стенки шаг закрутки ленты. Предложена схема автоматического управления работой трубчатой печи, обеспечивающая стабильный по расходу и температуре поток нагреваемого мазута. Изложены нормы охраны труда и экологические требования при ремонте и эксплуатации печного оборудования. Приведено экономическое обоснование предлагаемых мероприятий по модернизации.

Для дальнейшего улучшение характеристик трубчатой печи можно предложить различные мероприятия по рационализации использования теплоты сгорания топлива, как в самой печи, так и использовании излишков теплоты на других производствах. В частности возможно получение перегретого пара путем утилизации тепла дымовых газов, а также улучшение теплоизоляционных свойств печи.

Выводы

Проведен расчет трубчатой печи висбрекинга мазута с использование пассивного средства интенсификации теплообмена – закрученных металлических лент вставленных в трубы радиантной секции печи, с целью получения более низкой температуры стенки радиантных труб, и соответственно снижения количества отложений на стенках, что в свою очередь позволит увеличить период работы печи между очистками.

Приведено экономическое обоснование предлагаемых мероприятий по модернизации печи, а также изложены нормы охраны труда и экологические требования при ремонте и эксплуатации печного оборудования.

Рассчитан необходимый для снижения температуры стенки шаг закрутки ленты. Предложена схема автоматического управления работой трубчатой печи, обеспечивающая стабильный по расходу и температуре поток нагреваемого мазута.

Для дальнейшего улучшение характеристик трубчатой печи можно предложить различные мероприятия по рационализации использования теплоты сгорания топлива, как в самой печи, так и использовании излишков теплоты на других производствах. В частности возможно получение перегретого пара путем утилизации тепла дымовых газов, а также улучшение теплоизоляционных свойств печи.