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

где Т0 - приведенная температура продуктов сгорания; Т0 = 313 К; hт = 0,96 - к.п.д. топки;

 К.

Средние массовые теплоемкости газов при температуре Тmax, кДж/кг×К:

; ;

; ; .

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тmах:

;

 кДж/кг.

Теплосодержание продуктов сгорания при температуре Тух.:

 кДж/кг.

Коэффициент прямой отдачи:

.

Фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб:

 ккал/м2×ч.

Температура наружной стенки экрана вычисляется по формуле:

,

где a 2 = 600¸1000 ккал/м2×ч×К - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту; принимаем a 2 = 800 ккал/м2×ч×К; d - толщина стенки трубы, d = 0,008 м; l = 30 ккал/м×ч×К - коэффициент теплопроводности стенки трубы; dзол. /l зол. - отношение толщины к коэффициенту теплопроводности зольных отложений; для жидких топлив dзол. /l зол. = 0,002 м2×ч×К/ккал;

0С - средняя температура нагреваемого продукта;

 К.

Теплонапряженность поверхности радиантных труб, приходящаяся на долю свободной конвекции:

;

 ккал/м2×ч.

Итак, температура продуктов сгорания, покидающих топку:

 К.

Как видим, рассчитанная Тп не совпадает со значением, принятым в начале расчета, следовательно расчет повторяем, принимая Тп = 1062,47 К.

Таблица 8. - Результаты расчетов

№ итерации           I, Тmах,

КImax,

m,

q,

К,

Тп,

Рассчитываем количество тепла, переданное продукту в камере радиации:

;

 кДж/ч.

Рис.3. Схема камеры радиации трубчатой печи:

I - сырье (ввод); II - сырье (выход); III - продукты сгорания топлива; IV - топливо и воздух.

Выводы: 1) рассчитали температуру продуктов сгорания, покидающих топку, при помощи метода последовательного приближения; ее значение Тп = 1045,81 К;

) фактическая теплонапряженность поверхности радиантных труб при этом составила qр = 24798,7 ккал/м2×ч;

) сравнивая полученное значение фактической теплонапряженности с допускаемым для данной печи qдоп.= 35 Мкал/м2×ч (см. табл.2), можно сказать, что наша печь работает с недогрузкой.

.5 Расчет диаметра печных труб

Цель этапа: по результатам расчета выбрать стандартные размеры труб (диаметр, толщину и шаг).

Объемный расход нагреваемого продукта рассчитывается по формуле:

,

где Gс - производительность печи по сырью, т/сут.; rt - плотность продукта при средней температуре, кг/м3;

,

где a - температурная поправка;

;

 кг/м3.

Подставляя, получим:

 м3/с.

Площадь поперечного сечения трубы определяется уравнением:

,

где n = 2 - число потоков; W - допустимая линейная скорость продукта, W = 2 м/с; dвн - расчетный внутренний диаметр трубы, м.

Из этого уравнения находим:

 м.

Из стандартных значений выбираем диаметр трубы  м.

Таблица 9.- Характеристики печных труб и фитингов.

Определяем фактическую линейную скорость нагреваемого продукта:

 м/с.

Вывод: на данном этапе расчета вычислили диаметр печных труб, по нему выбрали стандартный диаметр, толщину и шаг труб, и, исходя из стандартного диаметра, рассчитали фактическую линейную скорость нагреваемого продукта.

.6 Расчет камеры конвекции

Цель данного этапа: расчет поверхности конвекционных труб и проведение анализа эффективности работы камеры конвекции.

Поверхность конвекционных труб определяется по уравнению:

,

где Qк - количество тепла, воспринятое конвекционными трубами; K - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту;

Dtср - средняя разность температур.

 кДж/ч.

Средняя разность температур определяется по формуле:

,

где ,  - соответственно большая и меньшая разности температур; tк - температура продукта на выходе из камеры конвекции, которая находится путем решения квадратичного уравнения вида:

,

где а = 0,000405; b = 0,403; с - соответственно коэффициенты уравнения.

Коэффициент с вычисляется следующим образом:

,

где - теплосодержание продукта при температуре tк:

 кДж/кг;

.

Решению квадратичного уравнения удовлетворяет только значение одного корня, так как второй корень, принимающий отрицательное значение, не имеет физического смысла:

оС.

Находим большую, меньшую и среднюю разности температур:

 оС;

 оС;

 оС.

Коэффициент теплопередачи в камере конвекции определяется уравнением:

,

где a1, a к, a р - соответственно коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке, конвекцией, излучением трехатомных газов.

a р определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

,

где tср - средняя температура дымовых газов в камере конвекции:

 К;

 Вт/м2×град.

a к определяется следующим образом:

,

где Е - коэффициент, зависящий от свойств топочных газов, значение которого определяем методом линейной интерполяции, используя табличные данные зависимости его от tср; принимаем Е = 21,248;- наружный диаметр труб:

 м;

- массовая скорость движения газов, определяемая по формуле:

,

где В - часовой расход топлива, кг/ч; G - количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг;- свободное сечение прохода дымовых газов в камере конвекции:

,

где n = 2 - число труб в одном горизонтальном ряду; S1 - расстояние между осями этих труб; S1 = 0,275 м; lр - рабочая длина конвекционных труб; lр = 18 м; а - характерный размер для камеры конвекции:

 м.

 м2.

Рассчитываем массовую скорость движения газов:

 кг/м2×с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

 Вт/м2×град.

Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому продукту:

 Вт/м2×град.

Рис.4. Схема расположения

Таким образом, поверхность конвекционных труб:

 м2.

Определяем число труб в камере конвекции:

 шт.

Число труб по вертикали:

 шт.

Высота пучка труб в камере конвекции определяется по формуле:

, труб в камере конвекции.

где S2 - расстояние между горизонтальными рядами труб:

 м;

 м.

Рассчитаем среднюю теплонапряженность конвекционных труб:

 Вт/м2.

Выводы: 1) рассчитали поверхность нагрева конвекционных труб, получив следующий результат: Нк = 622,63 м2;

) определили значение средней теплонапряженности конвекционных труб, оно составило Qнк = 14874,2 Вт/м2, что несколько выше допустимого значения (13956 Вт/м2), а значит камера конвекции работает с высокой эффективностью, но может быть нарушена нормальная работа печи (например, прогар труб); чтобы уменьшить теплонапряженность, можно увеличить поверхность конвекционных труб, т.е. увеличить их количество.

.7 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Цель расчета: определение общего гидравлического сопротивления змеевика печи или давления сырья на входе в змеевик.

Давление сырья на входе в печь складывается из следующих составляющих:

,

где Рк, DРи, DРн, DРк, DРст. - соответственно давление сырья на выходе из змеевика печи; потери напора: на участке испарения, на участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах; статический напор.

Значение Рк известно из исходных данных:

Рк = Рвых. = 1,5 ата = 1,5×105 Па = 0,15 МПа.

Остальные слагаемые необходимо рассчитать.

Расчет начинается с определения потерь напора на участке испарения:

,

где Рн - давление в начале участка испарения, которое, в свою очередь, рассчитывается методом последовательного приближения (метод итераций), используя уравнение Бакланова:

,

где А и В - расчетные коэффициенты.

; ,

где l, L1, , dвн, е, rп - соответственно коэффициент гидравлического сопротивления (для атмосферных печей l = 0,02¸0,024), секундный расход сырья по одному потоку, плотность сырья при средней температуре на участке испарения tср.и., внутренний диаметр труб, доля отгона сырья на выходе из змеевика, средняя плотность паров при давлении 9,1 Па (при нагреве нефти 1/rп = 3500);

 кг/с;

и - длина участка испарения:

,

где , ,  - соответственно теплосодержание парожидкостной смеси на выходе из змеевика, сырья на выходе из камеры конвекции, сырья при температуре начала испарения tн;

;

 кДж/кг;рад. - эквивалентная длина радиантных труб: