Введение к работе
Актуальность работы. Производство качественных продуктов в результате переработки углеводородного сырья - основная тенденция, определяющая развитие нефтегазоперерабатывающей промышленности. Наиболее значимым в технологическом процессе оборудованием является трубчатая печь, основным элементом которой является трубчатый змеевик воспринимающий основную тепловую нагрузку со стороны продуктов сгорания топлива и подвергающий воздействию со стороны нагреваемого потока внутри труб.
Образование на участке испарения большого количества паровой фазы обусловленное процессами нагрева, частичного или полного испарения ведет к возрастанию линейных скоростей сырья и перепаду давления в змеевике. В процессах вакуумной переработки нефти состояние потока на выходе из печи имеет особое значение, так как от его параметров зависят рабочие характеристики контактных устройств колонных аппаратов.
Наиболее распространенный способ снижения скорости потока сырья -это увеличение диаметра трубы трансферного трубопровода. Но вследствие ограниченности его длины снизить скорость потока удается лишь до определенных пределов. Кроме этого, вследствие высокого паросодержания потока данный прием приводит к возрастанию перепада давлений, поэтому изменение диаметров производят начиная с конечного участка змеевика. При этом вопрос о выборе места изменения диаметра на этом участке с точки зрения получения требуемой скорости потока на выходе из змеевика не оценивался. Также важно то, что распределение давления и температуры по длине змеевика в этом случае может оказывать существенное влияние па напряженно - деформированное состояние его конструктивных элементов и узлов.
Одним из возможных путей решения данной проблемы является подход, основанный на оптимизации конструкций змеевика по
конструктивно - технологическим парамет^аяеиутешдоивмвдввия с целью
С.Пеи*бург л ,А
4 обеспечения заданных рабочих характеристик. Данный подход позволяет найти лучшие конструктивные решения для узлов и элементов змеевика.
В связи с вышеизложенным целью работы является разработка метода оптимизации конструкций змеевика трубчатой печи исходя из оценки гидродинамических параметров двухфазного потока продукта и напряженно - деформированного состояния его конструктивных элементов и узлов.
Задачи исследования:
анализ конструкций змеевиков трубчатых печей и особенностей гидродинамики в двухфазных потоках;
исследование гидродинамических параметров потока продукта в процессе нагрева и постепенного испарения нагреваемого продукта;
исследование напряженно - деформированного состояния (НДС) змеевика и его элементов в условиях нагрева и испарения продукта.
Научная новизна
1 Сформулирована и решена задача оптимизации конструкции
змеевика по заданной скорости продукта на выходе из него. Установлено, что
скорость продукта на выходе из змеевика определяется координатой
размещения конического перехода, при смещении координаты установки
конического перехода в направлении входа продукта в змеевик скорость
продукта на выходе из змеевика увеличивается.
2 Показано, что положение точки начала испарения продукта зависит
от места изменения диаметра змеевика (координата установки конического
перехода): при смещении координаты установки конического перехода в
направлении входа продукта в змеевик координата точки начала испарения
продукта соответственно смещается в этом направлении.
3 Определено, что гидравлическое сопротивление змеевика с
изменяющимся диаметром зависит от местоположения конического перехода
по отношению к сопряженному отводу. Показано, что при его размещении
5 перед отводом по ходу потока гидравлическое сопротивление меньше в 1,6 раза по сравнению с размещением после отвода.
4 Показано, что при радиусе отвода змеевика более 0,18 м и при длине конического перехода более 0,1 м эквивалентные напряжения в зоне сопряжения труб разных диаметров зависят только от соотношения диаметров.
Теоретическая и практическая ценность
Разработана методика оптимизации конструкций змеевика трубчатой печи исходя из оценки гидродинамических параметров двухфазного потока продукта и напряженно - деформированного состояния его конструктивных элементов и узлов.
Данная методика принята к внедрению в ООО НПЦ '"ГЕХПРОЕКТ" и используется в учебном процессе УГНТУ при проведении аудиторных занятий по дисциплине «Машины и аппараты нефтегазопереработки» для студентов специальности 17.17.00 «Оборудование нефтегазопереработки».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
представлялись на 53-й научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2002 г.); Всероссийской студенческой
научно - технической конференции "Интенсификация тепломассообменных
процессов, промышленная безопасность и экология" (Казань, 2005 г.);
Международной научно - практической конференции
"Нефтегазопереработка и нефтехимия" (Уфа, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит 119 страниц машинописного текста, в том числе 67 рисунков, 14 таблиц, список использованных источников из 90 наименований и 5 приложений.
Похожие диссертации на Оптимизация конструкций змеевиков трубчатых печей
