Розрахунок теплообмінного апарату типу "труба в трубі" для нагрівання нафти дистилятом вакумного газойлю на установці АВТ

таких апаратів є трудність чищення  внутрішньої поверхні трубок,

внаслідок чого вони застосовуються лише для чистих продуктів.

- теплообмінні апарати типу  «труба в трубі» можуть мати жорстку

 конструкцію або бути розбірними. В таких апаратах теплообмін  відбувається між 

двома речовинами, що рухаються по трубах та кільцевому простору,утвореному

між трубами великого і малого діаметрів.

У цих апаратах забезпечуються більш високі швидкості руху, ніж в

кожухотрубних, завдяки чому досягаються високі коефіцієнти теплопередачі.

Недоліком тепло-обмінних апаратів типу «труба в трубі» є великі габарити при 

відносно невеликій поверхні теплопередач[5 ст.173].

 

5 Параметри контролю  і регулювання на установці  АВТ

 

Основою на установці  АВТ є процес ректифікації. Розглянемо параметри контролю і регулювання, які впливають на цей процес. Ними є:

• температура верху колони;
• температура низу колони;
• тиск в колоні;
• температура і витрата сировини;
• рівень залишку в колоні;
• температура на тарілках виводу бокових фракцій.

Розглянемо  вплив параметрів на процес ректифікації у відензинюючій колоні К-1.

Температурний режим є одним із основних параметрів процесу, змінами якого регулюються якість продуктів ректифікації. Важливими точками контролю являються температури сировини, які поступають і продуктів ректифікації, які залишають ректифікаційну колону.

5.1 Температура  верху колони

Температура верху колони впливає на вихід і якість дистиляту (легкий бензину). Якщо температура верху колони буде вищою відповідної норми, то разом з низькокиплячим компонентом (н.к.к.) – легким бензином, буде випаровуватися і висококиплячий компонент (в.к.к.) – важкий бензин. Вихід дистиляту при цьому зросте, але якість його погіршиться. Тому дистилят повертають в колону для повторної ректифікатції. Якщо температура буде заниженою, то не повністю випаровуватиметься н.к.к. і буде виводитися з верху колони. Це призводить до зниження продуктивності колони за дистилятом.

Температура верху  колони регулюється подачею гострого зрошення на першу тарілку колони. При подачі зрошення на верх колони воно випаро-вується. На випаровування  затрачується теплота і температура верха колони знижується до заданої.

5.2 Температура  низу колони

Температура низу колони впливає на вихід і якість залишку (відбензиненої нафти). Якщо температура низу колони нижче норми, то неповністю з рідини випаровується  н.к.к. і він разом з залишком виводиться з колони. Якість залишку погіршується , хоча його вихід зростає.

Температура низу колони регулюється кількістю водяної  пари, яка подається в трубчастий змієвик або випарник, який розміщений внизу колони. При подачі теплоносія вниз колони залишок нагрівається і з нього повністю випаровується н.к.к.

Тиск в основній колоні атмосферної секції повинен  забезпечувати подолання гідравлічних опорів парогазових потоків по всій системі. Залиш-ковий тиск в атмосферній  колоні знаходиться в межах 0,7 – 0,8 кгс/см² і не повинен перевищувати 1,0 кгс/см². Фактично, цей тиск змінюється в залеж-ності від умов експлуатації.

5.3 Тиск в  колоні

Тиск в колоні впливає на якість продуктів і  вибирається залежно від температурного режиму. Зниження тиску полегшує, підвищення - погіршує кипіння рідини. Тому при зниженні тиску в колоні при тих же температурах на тарілках, рідина буде краще випаровуватися. Це приведе до того, що разом з н.к.к. з верху колони буде випаровуватися і в.к.к. В результаті дистилят погіршується. При підвищенні тиску не весь н.к.к. випаровується і знижується продуктивність колони за дистилятом. Тиск колони регулюється автоматично клапаном, який встановлюється на лінії виводу повітря з ємності сепаратора. При зростанні тиску в колоні клапан більше відкривається, з колони виводиться більша кількість парів і тиск знижується до заданого.

5.4 Температура  і витрата сировини

Витрата і температура  сировини впливають на режим роботи колони. При збільшенні витрати сировини знижується температура в колоні, що призводить до зниження її продуктивності за дистилятом і погіршення якості залишку. При зменшенні витрати сировини в колону, температура в ній зростає, що призводить до одержання неякісного дистиляту і зниження продуктивності колони за залишком. Витрата сировини регулюється автоматично клапаном, який встановлюється на лінії подачі в колону.

Температура входу  сировини в колону теж впливає  на вихід і якість одержаних продуктів. Зростання температури сировини призводить до одержання неякісного дистиляту внаслідок випаровування деякої частини в.к.к. і відповідно зниження продуктивності колони за залишком.

Температура сировини на вході в колону регулюється  кількістю тепло-носія, що подається  в теплообмінник.

5.5 Рівень залишку  в колоні

Рівень залишку  в колоні є гідрозатвором і перешкоджає попаданню парів у трубопровід, а пізніше в насос, який відкачує залишок. Якщо рівень залишку не регулювати, то рідина може повністю вийти з колони. Пари з колони попадають у відцентровий насос, він перестає перекачувати рідину і працює в режимі "сам на себе", якщо сировина безперервно подається в колону, то рівень рідини в ній буде зростати і вона може повністю залити колону. Процес ректифікації при цьому припиняється.

Рівень залишку  в колоні регулюється клапаном, який встановлюється на виході з насосу.

5.6. Температура  на тарілках виводу бокових  фракцій

Температура на тарілках виводу бокових фракцій  впливає на вихід і якість гасової і дизельної фракцій і на витрату водяної пари у відпарній колоні. При збільшені температури на тарілках виводу гасової і дизельної фракцій в рідині, що знаходиться на тарілках зменшується кількість легких фракцій і для їх відпарювання в додатковій колоні необхідно менше водяних парів. Температура на тарілках виводу бокових фракцій регулюється кількістю циркуляційного зрошення. При підвищенні температури на тарілках потрібно збільшити подачу циркуляційного зрошення, а при зменшенні температури – зменшити подачу циркуляційного зрошення [4 ст.130].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Розрахунок  теплообмінного апарату труба  в трубі

 

6.1  Вихідні дані:

6.1.1 Дистилят вакуумного газойлю:

Кінематична в’язкість:

Початкова температура 

Кінцева температура 

6.1.2 Нафта :

Кінематична в’язкість:

 

6.2 Вибір кінцевої температури

На основі практичних даних приймемо кінцеву температуру дистиляту  вакуумного газойлю  .

6.3 Температура нафти на виході із теплообмінника і його теплове навантаження.

Запишемо рівняння теплового  балансу апарату в такому виді:

               (6.1)

де  , - ентальпія дистиляту вакуумного газойлю при початковій і кінцевій температурах ; , - ентальпія нафти при початковій і кінцевій температурах ; – коефіцієнт використання тепла, який рівний 0,93-0.97 (для розрахунку вибираємо ).

Із цього рівняння визначаємо ентальпію  нафти, а потім її кінцеву температуру . Для подальших розрахунків необхідно відносні густини теплоносія перерахувати з на . Тоді отримаємо – для дистиляту; для нафти.

Ентальпії теплоносіїв  визначені з таблиці [1].

Підставляючи знайдені величини в рівняння теплового балансу, отримаємо:

.

Звідки знайдемо .

Цій ентальпії відповідає температура 

Теплове навантаження теплообмінника рівне

3. Середній температурний  напір.

Середній температурний напір в теплообміннику визначаємо за формулою Грасгофа, маючи на увазі, що в апараті здійснюється протитік теплоносіїв за схемою:

 

6.5 Вибір теплообмінника

Для вибору теплообмінного апарату «труба в трубі» необхідно  визначити поверхню теплообміну.

 (6.2) 

де  .

За нормаллю ВНИИНафтомаш Н382-56вибираємо теплообмінник труба  в трубі ТТР7-2 з поверхнею теплообміну  по зовнішньому діаметру внутрішньої  труби (без ребер) 30м².

Щоб забезпечити попередньо знайдену поверхню теплообміну 102м², очевидно слід встановити 3три таких апарати.

Технічна характеристика теплообмінника ТТР7-2 діаметр внутрішніх труб 48х4 мм, діаметр зовнішніх труб 89х5 мм, допустима максимальна температура  в трубному просторі не більше 723К, в  міжтрубному просторі – не більше 473К.  Враховуючи допустимі температури потоків направимо по внутрішніх трубах дистилят вакуумного газойлю, а по між трубному просторі – нафту.

6.6 Фізичні параметри теплоносіїв при їх середніх температурах

Дистилят вакуумного газойлю.

Середня температура

                     

                      (6.3)

Коефіцієнт теплопровідності

                           

                     (6.4)

Теплоємність

              (6.5)

Відносна густина

                              

                                    (6.6)

Кінематична в’язкість  з формули Гросса

                           

                                            (6.7)

де n – коефіцієнт.

В нашому випадку 

    .

,             .

Розв’язавши формулу  відносно n при відомих , отримаємо:

                (6.8) 

 

Тоді кінематична в’язкість  для дистиляту вакуумного газойлю  при 484К визначиться з рівняння

                  

                      (6.9)

Звідки 

  6.6.2  Нафта.

Середня температура:

            

                                     (6.10)

Коефіцієнт теплопровідності

                   (6.11)

Теплоємність

                             

.                            (6.12)

Відносна густина

                                     

.                            (6.13)

Кінематичну в’язкість  визначаємо аналогічно до кінематичної в’язкості дистиляту .

 

 

 

6.7 Коефіцієнт теплопередачі

6.7.1 Коефіцієнт теплопередачі від дистиляту до внутрішньої поверхні малої труби.

Швидкість потоку дистиляту

   

              (6.14)

де  – густина дистиляту вакуумного газойлю при , - площа поперечного перерізу всіх труб в одному ході апарату.

 

               

                    (6.15)

де  – внутрішній діаметр внутрішньої труби, – число труб в одному ході.

Тоді

                      

              (6.16)

Критерій Рейнольдса:

                        

             (6.17)

Отже, режим руху турбулентний так як , тому величину розраховуємо за формулою

                              

                 (6.18)

Критерій Прандтля:

        (6.19)

Тоді

              

               (6.20)

6.7.2 Коефіцієнт теплопередачі від гладкої зовнішньої поверхні малої труби до нафти

Нафта рухається в  міжтрубному просторі кільцевого перерізу, площу якого для одного ходу рахуємо за формулою:

                                

                                         (6.21)

де  – внутрішній діаметр зовнішньої труби; – зовнішній діаметр внутрішньої труби.

Тоді 

                    

                       (6.22)

 

Швидкість потоку нафти