Курсовая работа (т): Расчет трубчатой печи установки атмосферной перегонки коробковской нефти

Расчет трубчатой печи установки атмосферной перегонки коробковской нефти

Содержание

Введение

1. Назначение трубчатых печей

2. Классификация трубчатых печей

.1 Технологические признаки

.2 По конструктивному оформлению

.3 Теплотехнические признаки

3. Показатели работы печей

4. Состав нефти и классификация

. Аппаратурное оформление вертикально-цилиндрической печи

. Расчетная часть

.1 Расчет процесса горения топлива

.2 Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива

6.3 Выбор типоразмера трубчатой печи

6.4 Упрощенный расчет камеры радиации

6.5 Расчет диаметра печных труб

.6 Расчет камеры конвекции

.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Заключение

Список использованных источников

Введение

Наступившее столетие ставит перед человечеством исключительно серьезную глобальную проблему, связанную с истощением извлекаемых запасов нефтяного сырья. В настоящее время в мире ежегодно добывается и перерабатывается более 3 млрд т нефти и 2,5 трлн м3 природного газа при их оставшихся запасах около 140 млрд т и 155 трлн м3 соответственно. Одновременно во всем мире ужесточаются экологические требования к качеству выпускаемых нефтегазопродуктов. Поэтому должны расширяться производства высооктановых автобензинов с ограниченным содержанием ароматических углеводородов, дизельных топлив со сверхнизким содержанием серы, высокойндексных смазочных масел и др. В этой связи нефтепереработка должна переориентироваться на более эффективную, экологически и технологически безопасную, энергосберегающую и глубокую переработку нефтяного сырья и рациональное использование нефтепродуктов, прежде всего высококачественных моторных топлив.

России после распада СССР досталось 26 морально и физически устаревших Нефтеперерабатывающих заводов с отсталой технологией, низкой глубиной переработки нефти, слабой оснащенностью вторичными, прежде всего каталитическими, процессами и сильно изношенным оборудованием. Задачи, стоящие перед отечественной нефтегазоперерабатывающей отраслью в области углубления переработки углеводородного сырья, повышения качества выпускаемых нефтепродуктов и обеспечения надежности оборудования и безопасности технологических процессов, требуют от спецналистов-нефтегазопереработчиков глубоких знаний теории, передовой технологии и оборудования процессов Нефтеперерабатывающих заводов.

1. Назначение трубчатых печей

Трубчатая печь - высокотемпературное термотехнологическое устройство с рабочей камерой, огражденной от окружающей атмосферы.

Печь предназначена для нагрева углеводородного сырья теплоносителем, а также для нагрева и осуществления химических реакций за счет тепла выделенного при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате. Трубчатые печи используются при необходимости нагрева среды (углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т. е. примерно свыше 230 °С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.

Трубчатые печи получили широкое распространение в нефтехимической промышленности, где их используют для высокотемпературного нагрева и реакционных превращений жидких и газообразных нефтепродуктов (пиролиза, крекинга). Нашли они применение и в химической промышленности.

Трубчатая печь относится к аппаратам непрерывного действия с наружным огневым обогревом.

Впервые трубчатые печи предложены русскими инженерами В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым.

Сначала печи использовались на промыслах для деэмульгирования нефтей.

Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т.е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным процессом и средствами его обеспечения.

Несмотря на большое многообразие типов и конструкций трубчатых печей, общими и основными элементами для них являются рабочая камера (радиация, конвекция), рубчатый змеевик, огнеупорная футеровка, оборудование для сжигания топлива (горелки), дымоход, дымовая труба.

Печь работает следующим образом, мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.

Продукт одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, проходит трубы экранов камеры радиации и нагретый до необходимой температуры, выходит из печи.

Тепловое воздействие на исходные материалы в рабочей камере печи, является одним из основных технологических приемов, ведущих к получению заданных целевых продуктов.

Главной частью трубчатой печи является радиационная секция, которая одновременно является и камерой сгорания.

Передача тепла в радиационной секции осуществляется преимущественно излучением, вследствие высоких температур газов в этой части печи.

Тепло, переданное в этой секции конвекцией, является только небольшой частью от общего количества переданного тепла, т. к. скорость газов, движущихся вокруг труб, большей частью определяется только местной разностью удельных весов газов, и передача тепла естественной конвекцией не значительна.

Продукты сгорания топлива являются первичными и главным источником тепла, поглощаемого в радиационной секции трубчатых печей. Тепло выделившееся при горении, поглощается трубами радиационной секции, создающими так называемую поглощающую поверхность. Поверхность футеровки радиационной секции создает так называемую отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик, (рис. 2.71) 60...80% всего используемого тепла в печи передается в камере радиации, остальное - в конвективной секции.

Температура газов, выходящих из радиационной секции, обычно достаточно высока, и тепло этих газов можно использовать далее в конвективной части печи.

Камера конвекции служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700...900 оС. В камере конвекции тепло к сырью передается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов.

Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150 °С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов. С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью - поперечными или продольными ребрами, шипами и т.п.

Нагреваемое углеводородное сырье проходит последовательно сначала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и продуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло, полученное при его сжигании.

. Классификация трубчатых печей

Классификация печей - это упорядоченное разделение их в логической последовательности и соподчинении на основе признаков содержания на классы, виды, типы и фиксирование закономерных связей между ними с целью определения точного места в классификационш системе, которое указывает на их свойства.

Она служит средством кодирования, хранения и поиска информации, содержащейся в ней, дает возможность распространения обощенного опыта, полученного теорией и промышленной практике эксплуатации печей, в виде готовых блоков, комплексных типов решений и рекомендаций для разработки оптимальных конструкт печей и условий осуществления в них термотехнологических и теплотехнических процессов.

Главными и естественными по степени существенности основаниями для классификации печей в логической последовательности являются следующие признаки:

технологические;

конструктивные.

теплотехнические;

.1 Технологические признаки

трубчатый печь топливо конвекция

Но технологическому назначению различают печи нагревательные и реакционно-нагревательные.

В первом случае целью является нагрев сырья до заданной температуры. Это большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокой производительностью и умеренными температурами нагрева (300...500 °С) углеводородных сред (установки AT, АВТ, ГФУ).

Во втором случае кроме нагрева в определенных участках трубного змеевика обеспечиваются условия для протекания направленной реакции.

Эта группа печей многих нефтехимических производств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).

.2. По конструктивному оформлению трубчатые печи классифицируются

по форме каркаса:

а) коробчатые ширококамерные (рис. 1а), узкокамерные (рис. 1б);

б) цилиндрические (рис. 1в);

в) кольцевые;

г) секционные;

Рисунок 1. - Форма каркаса печи: а - коробчатой ширококамерной печи; б - коробчатой узкокамерной печи; в - цилиндрической печи

по числу камер радиации:

а) однокамерные;

б) двухкамерные

в) многокамерные;

по расположению трубного змеевика:

а) горизонтальное (рис. 2а);

б) вертикальное (рис. 2б);

Рисунок 2. - Расположение трубного змеевика: а - горизонтальное; б - вертикальное

по расположению горелок:

а) боковое;

б) подовое;

по топливной схеме:

а) на жидком топливе (Ж);

б) на газообразном топливе (Г);

в) на жидком и газообразном топливе (Г+Ж);

по способу сжигания топлива:

а) факельное;

б) беспламенное сжигание;

по расположению дымовой трубы:

а) вне трубчатой печи (рис. 3а);

б) над камерой конвекции (рис. 3б);

по направлению движения дымовых газов:

а) с восходящим потоком газов;

б) с нисходящим потоком газов;

в) с горизонтальным потоком газов.

Рисунок 3. - Расположение дымовой трубы: а - вне трубчатой печи; б - над камерой конвекции

.3 Теплотехнические признаки

По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразделяются:

·        Конвективные

·        Радиационные

·        Конвективно-радиационные

Конвективные печи.

Конвективные печи - это один из старейших типов печей. Они являются как бы переходными от нефтеперегонных установок к печам радиационно-конвективного типа.

Практически в настоящее время эти печи не применяются, так как по сравнению с печами радиационными или радиационно-конвективными они требуют больше затрат как на их строительство, так и во время эксплуатации. Исключение составляют только специальные случаи, когда необходимо нагревать чувствительные к температуре вещества сравнительно холодными дымовыми газами.

Печь состоит из двух основных частей - камеры сгорания и трубчатого пространства, которые отделены друг от друга стеной, так что трубы не подвергаются прямому воздействию пламени и большая часть тепла передается нагреваемому веществу путем конвекции.

Чтобы предотвратить прожог первых рядов труб, куда поступают сильно нагретые дымовые газы из камеры сгорания, и чтобы коэффициент теплоотдачи удерживался в пределах, приемлемых по технико-экономическим соображениям, при сжигании используется значительный избыток воздуха или 1,5...4 - кратная рециркуляции остывших дымовых газов, отводимых из трубчатого пространства и нагнетаемых воздуходувкой снова в камеру сгорания. Одна из конструкций конвективной печи показана на рис. 4. Дымовые газы проходят через трубчатое пространство сверху вниз. По мере падения температуры газов соответственно равномерно уменьшается поперечное сечение трубчатого пространства, при этом сохраняется постоянная объемная скорость продуктов сгорания.

Рисунок 4. - Конвективная печь: 1 - тарелки; 2 - камера сгорания; 3 - канал для отвода дымовых газов; 4 - камера конвекции

Радиационные печи

В радиационной печи все трубы, через которые проходит нагреваемое вещество, помещены на стенах камеры сгорания. Поэтому у радиационных печей камера сгорания значительно больше, чем у конвективных.

Все трубы подвергаются прямому воздействию газообразной среды, которая имеет высокую температуру. Этим достигается:

а) уменьшение общей площади теплоотдачи печи, так как количество тепла, отданного единице площади труб, путем радиации при одинаковой температуре среды (особенно при высоких температурах этой среды), значительно больше, чем количество тепла, которое' можно передать путем конвекции;

б) хорошая сохранность футеровки за трубчатыми змеевиками, благодаря тому что снижается ее температура, во-первых, за счет прямою закрытия части ее трубами, во-вторых, за счет отдачи тепла излучением футеровкой более холодным трубам.

Обычно нецелесообразно закрывать все стены и свод трубами, так как этим ограничивается теплоизлучение открытых поверхностей, а в результате уменьшается общее количество тепла, отдаваемого единицей площади труб.

Например, у современных типов кубовых печей отношение эффективной открытой поверхности к обшей внутренней поверхности печи колеблется в пределах 0,2...0,5.

Часто радиационные печи из-за простоты конструкции и большой тепловой нагрузки труб имеют самые низкие капитальные затраты на единицу переданного тепла. Однако они не дают возможности использовать тепло продуктов сгорания, как это имеет место у радиационно-конвективных печей. Поэтому радиационные печи работают с меньшей тепловой эффективностью.

Радиационные печи применяются при нагреве веществ до низких температур (приблизительно до 300 оС), при небольшом их количестве, при необходимости использования малоценных дешевых топлив и в тех случаях, когда особое значение придается низким затратам на сооружение печи.

Радиационно-конвективные печи

Радиационно-конвективная печь (рис. 5) имеет две отделенные друг от друга секции: радиационную и конвективную.

Большая часть используемого тепла передается в радиационной секции (обычно 60...80% всего использованного тепла), остальное - в конвективной секции.

Конвективная секции служит для использовании физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700...900 оС, при экономически приемлемой температуре нагрева 350...500 оС (соответственно температуре перегонки).

Рисунок 5. - Радиационно-конвективная печь: 1 - камера радиации; 2 - камера конвекции; 3 - дымоход; 4 - змеевик; 5 - футеровка; 6 - горелочные устройства

Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150 оС выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов.