Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Мая 2015 в 19:50, дипломная работа

Краткое описание

Целью данного дипломного проекта является оценка возможности дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1 системами подавления окислов азота и рекуперации тепла дымовых газов с помощью рекуператоров на тепловых трубах.

Содержание

Введение
1. Литературный обзор
1.1. Первичная перегонка нефти
1.2. Классификация и конструкция трубчатых печей нефтепереработки и нефтехимии
1.3. Методы снижения выбросов окислов азота
1.4. Воздухоподогреватели трубчатых печей
1.5. Принцип работы тепловой трубы
2. Технологическая часть
2.1. Описание технологической схемы производственного процесса
2.1.1. Блок теплообменников
2.1.2. Ректификационная колонна К-1
2.1.3. Печь П-1
2.1.4. Ректификационная колонна К-2
2.1.5. Печь П-2
2.1.6. Вакуумная колонна К-5
2.1.7. Вакуумсоздающая аппаратура
2.1.8. Блок защелачивания
2.1.9. Блок откачки кислых стоков
2.1.10. Сепаратор топливного газа
2.1.11. Факельная система установки
2.2. Задание на проектирование
2.3. Поверочный расчет печи П-1
2.3.1. Исходные данные для расчета
2.3.2. Расчет процесса горения
2.3.3. Расчет радиантных камер
2.3.3. Расчет камер конвекции
2.4. Поверочный расчет печи П-2
2.4.1. Исходные данные для расчета
2.4.2. Расчет процесса горения
2.4.3. Расчет радиантных камер
2.4.3. Расчет камер конвекции
2.5. Результаты исследования и математической обработки температур-ного поля радиантных камер печей П-1 и П-2
2.6. Расчет степени подавления окислов азота в радиантной камере П12
2.7. Проектный расчет системы подавления окислов азота в печи П-1
2.7.1. Расчет девиации падающей капли от вертикальной траектории
2.7.2. Расчет расхода подаваемой аммиачной воды
2.8. Проектный расчет рекуператора на тепловых трубах для печи П-1
2.8.1. Расчет числа тепловых труб и количества передаваемого тепла
2.8.2. Расчет гидравлического сопротивления рекуператора в борове
2.8.3. Расчет гидравлического сопротивления воздушной части рекуператора
2.9. Проектный расчет рекуператора на тепловых трубах для печи П-2
2.9.1. Расчет числа тепловых труб и количества передаваемого тепла
2.9.2. Расчет гидравлического сопротивления рекуператора в борове
2.9.3. Расчет гидравлического сопротивления воздушной части рекуператора
3. Механическая часть
3.1. Выбор материала
3.2. Расчет на прочность единичного элемента рекуператора
3.3. Расчет листа, разделяющего секции рекуператора
4. КИП и А
4.1. Общие задачи автоматизации
4.2. Анализ технологического объекта как объекта управления
4.3. Предлагаемые к контролю параметры
4.4. Выбор технических средств автоматизации
5. Безопасность жизнедеятельности
5.1. Основные опасности производства, обусловленные характерными свойствами сырья, продуктов и самого процесса
5.2. Пожарная безопасность
5.2.1. Основные причины возникновения пожара
5.2.2. Противопожарный распорядок
5.2.3. Средства пожаротушения на установке
5.3. Характеристика аварийно-химически опасных веществ, участвующих в производстве
5.4. Меры предосторожности при ведении технологического процесса
5.5. Способы обезвреживания и нейтрализации продуктов производства при разливах и авариях
5.6. Оперативная часть плана работ по ликвидации аварийных ситуаций установки АВТ-1
5.7. Безопасные методы обращения с пирофорными отложениями
5.8. Возможность накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации
5.9. Безопасный метод удаления продуктов производства из технологических систем и отдельных видов оборудования
5.10. Средства индивидуальной защиты работающих
5.11. Расчет естественного освещения
5.12. Расчет искусственного освещения
6. Экологическая часть
6.1. Отходы производства
6.1.1. Сточные воды
6.1.2. Выбросы в атмосферу
6.2. Характеристика свойств вредных веществ
7. Экономическая часть
7.1. Технико-экономическое обоснование
7.2. Укрупненный расчет изменения капитальных затрат
7.3. Укрупненный расчет изменения годовых эксплуатационных затрат
7.4. Расчет изменения непроизводительных расходов
7.5. Оценка экономической целесообразности проекта
7.6. Технико-экономические показатели проекта
Заключение
Список использованной литературы

Вложенные файлы: 25 файлов

~$нотация и содержание.doc

— 162 байт (Просмотреть документ, Скачать файл)

Аннотация и содержание.docx

— 23.96 Кб (Просмотреть документ, Скачать файл)

Диплом (Word 97-2003).doc

— 4.68 Мб (Просмотреть документ, Скачать файл)

Мой Диплом.docx

— 370.62 Кб (Скачать файл)

Тогда допустимое количество труб составит:

nдоп = Qдоп / 355 = 203295.                                      (2.126)

Расчет допустимого количества тепла, которое может быть передано тепловым трубам, показал, что принятое ранее число труб 3861 меньше максимально допустимого nдоп, следовательно, такое количество труб можно использовать в рекуператоре.

Рассчитываем тепло, передаваемое воздуху тепловыми трубами:

Qтр = nтр ∙ 355 ∙3,6 = 4,934 ∙ 106 кДж/ч.                           (2.127)

При работе печи без рекуператора общее количество тепла, вносимого в печь, определяется по формуле (2.40):

 

где – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

 – коэффициент полезного действия топки;

8,931 ∙ 107 кДж/ч.

В формуле (2.40) не учтено количество тепла, вносимого с воздухом, так как его количество незначительно. При работе печи с рекуператором становится необходимым учесть тепло, вносимое воздухом. Тогда общее количество тепла будет рассчитываться по следующей формуле:

 

где – расход топливного газа при работе печи с рекуператором, кг/ч;

 

Сокращение расхода топливного газа:

ΔB = B – = 94 кг/ч.                                        (2.130)

Массовый расход дымовых газов при работе печи с рекуператором:

 

Найдем температуру дымовых газов после рекуператора, считая, что изменение теплоемкости при этом пренебрежимо мало:

 

где – температура дымовых газов перед рекуператором, ;

.

Средняя температура дымовых газов при прохождении рекуператора:

 

Эффективный фонд времени работы печи составляет 8580 ч в год. Исходя из этого определим годовое снижение расхода топлива:

  • расход топлива при работе без рекуператора:

B = 1782 ∙ 8580 / 1000 = 15290 т/год;

  • расход топлива при работе с рекуператором:

= 1688 ∙ 8580 / 1000 = 14487 т/год;

  • сокращение расхода топливного газа:

 ΔB = 15290 – 14791 = 803 т/год;

  • экономия топливного газа в массовых процентах:

 

2.8.2. Расчет гидравлического сопротивления рекуператора в борове

Пучок тепловых труб в борове имеет длину 1 м. Трубы установлены на стержнях, поэтому будем считать, что пучок труб проходит через сечение борова. Трубы предполагается располагать в коридорном, а не в шахматном порядке с целью уменьшения гидравлического сопротивления рекуператора. Поэтому для нахождения сопротивления рассчитаем критерий Эйлера для коридорного расположения труб в пучке по формуле (2.134) [13]:

 

где – коэффициент, зависящий от угла атаки, при 90° b = 1;

 – число рядов труб в направлении движения, m = nL;

dтр – расстояние между трубами, dтр = 0,025 м;

s – расстояние между трубами, s = 2dтр = 0,05 м;

Re – критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса найдем по формуле (2.135) [13]:

 

где – скорость газов в борове, м/с;

 – эквивалентный диаметр борова, м;

 – плотность дымовых газов при tср, кг/м3;

 – динамическая вязкость газов при tср, Па ∙ с.

Эквивалентный диаметр борова определим по формуле для трубопроводов прямоугольного сечения [13]:

 

где – ширина борова, х = 2 м;

 – глубина борова, у = 1,5 м;

.

Живое сечение борова:

.

Плотность дымовых газов при tср определим из найденной в расчете процесса горения плотности при нормальных условиях:

 

Скорость газов в борове:

 

Вязкость дымовых газов рассчитаем по свойству аддитивности, так как их динамические коэффициенты вязкости отличаются незначительно:

 

где – динамическая вязкость i-того компонента дымовых газов при tср [13];

 – мольная доля i-того компонента дымовых газов.

Расчет вязкости дымовых газов приведен в табл.2.4. Мольные доли компонентов были найдены в расчете испарительного устройства.

Таблица 2.4

Расчет вязкости дымовых газов

Компонент

 

, Па ∙ с

, Па ∙ с

CO2

0,062

2,9

0,180

H2O

0,136

1,9

0,258

SO2

0,000006

2,3

0,00001

O2

0,065

3,3

0,216

N2

0,737

2,9

2,137

Сумма

1,000

-

2,790


 

Критерий Рейнольдса по формуле (2.135) равен:

 

Критерий Эйлера по формуле (2.134):

 

Так как критерий Эйлера является отношением гидравлического сопротивления к произведению плотности на квадрат скорости дымовых газов, то из него можно получить значение гидравлического сопротивления той части борова, в которой поток газов проходит через пучок тепловых труб:

Δpб = Eu ∙ ρ ∙ w2 = 447,924 Па.                                    (2.141)

Для сравнения рассчитаем гидравлическое сопротивление данного участка борова, если на нем не установлен рекуператор [13]:

 

где – коэффициент трения, который определяется по следующим формулам:

  • если Re ≤ 100000, тогда:

 

  • если Re > 100000, тогда:

 

В данном случае коэффициент трения вычисляем по формуле (2.143):

 

Тогда гидравлическое сопротивление без рекуператора (формула (2.142)):

 

 

 

2.8.3. Расчет гидравлического  сопротивления воздушной части  рекуператора 

В надземной части рекуператора происходит нагревание воздуха, забираемого из окружающей среды, перед подачей его в печь. Пучок труб здесь имеет длину 1 м, т.е сверху остается область высотой примерно 30 см, не занятая трубами. Ввиду малого гидравлического сопротивления в свободном сечении воздушной части рекуператора в расчетах его не учитываем.

Для расчета гидравлического сопротивления также используем критерий Эйлера, предварительно вычислив все необходимые величины.

Плотность воздуха при нормальных условиях [13]: 

Температуру воздуха в окружающей среде tвх принимаем равной 20°С (293 К).

Средняя теплоемкость воздуха:   .

Часовой расход воздуха для подачи в печь:

Gв = Lв ∙ B1,                                                  (2.145)

где Lв – расход воздуха, необходимый для сжигания 1 кг топлива (найден в расчете печи при коэффициенте избытка воздуха 1,5), кг/кг;

B1 – расход топлива при работе печи с рекуператором, кг/ч;

Gв = 43900 кг/ч.

Определим температуру воздуха на выходе из рекуператора:

 

где – количество теплоты, передаваемое воздуху тепловыми трубами, кДж/ч;

.

Рассчитаем коэффициент теплопередачи рекуператора:

  • поверхность теплообмена равна суммарной поверхности тепловых труб (длина каждой трубы lтр = 2 м):

                                 (2.147)

  • схема теплообмена в рекуператоре:



  • средняя движущая сила по формуле (2.65):

 

  • коэффициент теплопередачи рекуператора:

 

Средняя температура воздуха в рекуператоре:

 

 

Плотность воздуха при :

 

Динамическая вязкость воздуха при [13]:  .

Сечение воздушной части рекуператора имеет следующие размеры:  ширина  x = 2 м,  высота  y = 1,3 м. Исходя из этого определяем эквивалентный диаметр по формуле (2.132):

 

Живое сечение воздушной части рекуператора по формуле (2.137):

.

Линейная скорость воздуха в рекуператоре по формуле (2.139):

 

Критерий Рейнольдса в воздушной части рекуператора по формуле (2.135):

 

Критерий Эйлера по формуле (2.134):

 

Гидравлическое сопротивление воздушной части рекуператора определяем, используя формулу (2.141):

 

Тогда общее гидравлическое сопротивление рекуператора:

 

Очевидно, что при установке рекуператора гидравлическое сопротивление борова многократно возрастет (от 0,65 Па до 748,4 Па), и дымовая труба уже не будет обеспечивать тягу дымовых газов. Следовательно, при установке рекуператора на тепловых трубах необходимо использовать дымосос для создания искусственной тяги.

Минимальная необходимая мощность дымососа с учетом 30%-й надбавки (учитывает неадиабатичность процесса):

 

где – объемный расход дымовых газов в борове, м3/ч ;

 

 

 По найденной минимальной  мощности выбираем стандартный дымосос мощностью 30 кВт с числом оборотов в минуту 1500.

 

Выводы

В ходе проектного расчета рекуператора на тепловых трубах для печи П-1 были рассчитаны его основные технические параметры:

  • общее количество тепловых труб 3861, диаметр 25×2, длина 2 м, из которых на 1 м каждая труба находится в воздушной части рекуператора и на 1 м – в борове, расположение труб в пучке коридорное, расстояние между осями труб по ширине и по длине рекуператора 50 мм;
  • длина рекуператора 5 м, ширина – 2 м, высота воздушной части 1,3 м;
  • температура дымовых газов на входе 300°С, на выходе 296°С при расходе 45588 кг/ч;
  • температура воздуха на входе 20°С, на выходе 132°С при расходе 43900 кг/ч;
  • коэффициент теплопередачи 10,353 Вт/(м2 ∙ К);
  • гидравлическое сопротивление рекуператора 748,379 Па;
  • для работы рекуператора необходим дымосос мощностью 30 кВт;
  • сокращение расхода топливного газа на печь П-1 при работе с рекуператором составляет 803 т/год (5,25%).

 

 

 

 

 

 

2.9. Проектный расчет  рекуператора на тепловых трубах  для печи П-1

2.9.1. Расчет числа  тепловых труб и количества  передаваемого тепла

В рекуператоре для печи П-2 планируется использовать такие же тепловые трубы, как и в рекуператоре для П-1, т.е с наружным диаметром dтр = 25 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 2 м, изготовленные из стали 20. Расположение труб в пучке также коридорное. Размеры рекуператора аналогичны, так как размеры борова П-2 совпадают с размерами борова П-1, т.е. ширина A = 2 м, длина L = 5 м и высоту 1,3 м. Как и в случае с рекуператором для П-1, подсчитаем количество тепловых труб, которое возможно использовать в рекуператоре для П-2.

В качестве расстояния между осями труб и расстояния от крайних труб до краев листа примем удвоенный диаметр трубы: s = 2dтр = 0,05 м.

Число труб по длине рекуператора по формуле (2.121):

nL = L / s – 1 = 99.

Число труб по длине рекуператора по формуле (2.122):

nA = A / s – 1 = 39.

Общее число труб по формуле (2.123):

n = nL ∙ nA = 3861.

Температуру дымовых газов перед прохождением пучка тепловых труб также планируется снижать до около 300°С посредством подачи в боров воздуха из окружающей среды. Количество подаваемого воздуха предполагается регулировать с помощью шибера, установленного на борове.

Изменение состава дымовых газов при разбавлении воздухом не учитываем.

Рассчитаем количество теплоты, передаваемое всеми тепловыми трубами рекуператора (формула (2.124)):

Qтр = n ∙ 355 = 1,371 ∙ 106 Вт.

Рассчитаем допустимое количество теплоты, которое можно передать тепловым трубам из тех же соображений, что и при расчете рекуператора для П-1.

Допустимое количество тепла, которое могут принять тепловые трубы, определяется по формуле (2.125):

Qдоп = Gдг ∙ B ∙ (C573 ∙ 573 – C398 ∙ 398),

где Gдг – масса дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг;

B – расход топливного газа, кг/ч;

C573 – теплоемкость дымовых газов при температуре 573 К;

C398 – теплоемкость дымовых газов при температуре 398 К;

Qдоп = 1,379 ∙ 108 кДж/ч = 3,831 ∙ 107 Вт.

Тогда допустимое количество труб по формуле (2.126) составит:

nдоп = Qдоп / 355 = 107922.

Расчет допустимого количества тепла, которое может быть передано тепловым трубам, показал, что принятое ранее число труб 3861 меньше максимально допустимого nдоп, следовательно, такое количество труб можно использовать в рекуператоре.

Рассчитываем тепло, передаваемое воздуху тепловыми трубами (по формуле (2.127)):

Печь П-1.mcd

— 88.81 Кб (Скачать файл)

Печь П-2.mcd

— 89.58 Кб (Скачать файл)

Приложение 4.mcd

— 41.42 Кб (Скачать файл)

Расчет рекуператора на тепловых трубах (печь П-1).mcd

— 71.81 Кб (Скачать файл)

Расчет рекуператора на тепловых трубах (печь П-2).mcd

— 72.18 Кб (Скачать файл)

Расчет рекуператора на тепловых трубах.mcd

— 65.47 Кб (Скачать файл)

Расчет системы подачи аммиачной воды.mcd

— 63.84 Кб (Скачать файл)

Рецензия.docx

— 13.45 Кб (Просмотреть документ, Скачать файл)

Деталировка печи П-1.dwg

— 106.87 Кб (Скачать файл)

Деталировка печи П-1.frw

— 109.06 Кб (Скачать файл)

КИП.cdw

— 145.10 Кб (Скачать файл)

Печь - поперечный разрез.dwg

— 231.30 Кб (Скачать файл)

Печь - поперечный разрез.frw

— 284.98 Кб (Скачать файл)

Печь - продольный разрез.dwg

— 332.40 Кб (Скачать файл)

План расположения оборудования.dwg

— 104.48 Кб (Скачать файл)

План расположения оборудования.frw

— 131.64 Кб (Скачать файл)

Рекуператор.dwg

— 124.35 Кб (Скачать файл)

Система подавления.dwg

— 94.02 Кб (Скачать файл)

Схема расположения оборудования АВТ-1.frw

— 387.42 Кб (Скачать файл)

СхемаАВТ1.cdw

— 57.36 Кб (Скачать файл)

Информация о работе Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1