Расчет трубчатой печи для нагрева нефти в установке АВТ

Федеральное государственное  бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

 

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра «Химическая технология и промышленная экология»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

 

РАСЧЁТ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ ДЛЯ  НАГРЕВА НЕФТИ

 

В УСТАНОВКЕ АВТ

 

 

 

 

 

 

 

                                  Выполнила:

 Студент IV-ХТ-1  Сизова М.В

Проверила:

  Преподаватель  Скороход А.А

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2012

Содержание

Введение

1. Краткое описание технологической  схемы___________________________5

2. Описание конструкции  печи_______________________________________7

3. Расчет процесса горения__________________________________________8

4. Расчет радиантной камеры_______________________________________10

5. Расчет камеры конвекции________________________________________17

6.Гидравлический расчет змеевика печи______________________________19

7. Газовое сопротивление  и тяга_____________________________________23

Список литературы________________________________________________25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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 деэмульгированиянефтей.

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), трубчатый 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 незначительна.

Продукты сгорания топлива  являются первичным 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 °С. 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.

 

 

 

 

1. Краткое описание технологической схемы установки

 

Нефть, нагретая до 230-240 °С, покидает установку ЭЛОУ и поступает в  колонну К-1. В колонне К-1 происходит однократное испарение. Поток газов  и паров с верха испарителя поступает в атмосферную колонну  К-2. Неиспарившаяся часть нефти из нижней части испарителя насосом  Н-9 через печь П-2 ( до 355 ) подается также в атмосферную колонну К-2. С верха колонны К-2 отводится фракция 28-110 °С. Конденсация ее паров осуществляется в аппарате воздушного охлаждения АВО-2 и конденсаторе-холодильнике КХ-2, затем фракция насосом Н-19 подается на орошение колонны К-2, а ее балансовое количество поступает в блок стабилизации и вторичной ректификации.

С 34 тарелки колонны К-2 отводится фракция 110-180 °С и поступает  на

верхнюю тарелку стриппинг-колонны  К-2/1. Фракция 110-180 °С забирается насосом  Н-18, прокачивается через теплообменники Т-1/1, Т-2/1 и Т-3/1, где отдает тепло  нефти, затем проходит через аппарат  воздушного охлаждения АВО-12 и выводится  с установки.

С 32 тарелки колонны К-2 выводится фракция 180-240 °С и поступает  на верхнюю тарелку стриппинг-колонны  К-2/3. Фракция 180-240 °С забирается насосом  Н-17, прокачивается через теплообменники Т-1/3, Т-2/3 и Т-3/3, где отдает тепло  нефти, после этого направляется в АВО-11 и выводится с установки.

С 22 тарелки колонны К-2 выводится фракция 240-280 ^оС и поступает на верхнюю тарелку стриппинг-колонны К-2/3. Фракция 240-280 ^оС забирается насосом  Н-16, прокачивается через теплообменники Т-1/5, Т-2/5 и  Т-3/5, где отдает тепло нефти, после этого направляется в АВО-10 и выводится с установки.

С 12 тарелки колонны К-2 выводится фракция 280-350 ^оС и поступает на верхнюю тарелку стриппинг-колонны К-2/3. Фракция 280-350 ^оС забирается насосом  Н-15, прокачивается через теплообменники Т-1/57, Т-2/7 и  Т-3/7, где отдает тепло нефти, после этого направляется в АВО-9 и выводится с установки.

Избыточное тепло из колонны  К-2 отводят циркуляционными орошениями:

• первое циркуляционное орошение забирается из кармана 42 тарелки колонны К-2 насосом Н-10 прокачивается через теплообменники Т-1/2, Т-2/2 и Т-3/2 и возвращается в колонну на 43 тарелку;
• второе циркуляционное орошение забирается из кармана 30 тарелки колонны К-2, насосом Н-11 прокачивается через теплообменники Т-1/4, Т-2/4 и Т-3/4 и возвращается в колонну на 31 тарелку;
• третье циркуляционное орошение забирается из кармана 20 тарелки колонны К-2 насосом Н-12, прокачивается через теплообменники Т-1/6, Т-2/6 и Т-2/6 и возвращается в колонну К-2 на 11 тарелку;
• третье циркуляционное орошение забирается из кармана 10 тарелки колонны К-2 насосом Н-12, прокачивается через теплообменники Т-1/8, Т-2/8 и Т-2/8 и возвращается в колонну К-2 на 11 тарелку;

 

 

Схема атмосферной перегонки  нефти

 

 

Рис 1. 

2. Описание конструкции  печи.

 

                                                           Назначение  
 
       Трубчатые печи предназначены для высокотемпературного нагрева нефти или нефтепродуктов в процессе их переработки. При необходимости могут нагреваться углеводородные газы, вода, инертный газ и другие среды. 
В нагревательных печах могут быть установлены пароперегреватели или парогенераторы технологического водяного пара, занимающие не более 20% общей поверхности печи. Печь состоит из камеры радиации, оборудованной радиантными змеевиками, горелочными устройствами, гляделками, люками-лазами (дверями) для обслуживания, взрывными окнами и системой пожаротушения; камеры конвекции с конвективными трубными пучками и теплоутилизирующими поверхностями (паропрегреватели, экономайзеры воздухоподогреватели, парогенераторы); газоходов и дымовой трубы с регулирующими шиберами.  
Корпус печи изнутри футеруется огнеупорами и теплоизоляционными материалами, предохраняющими от потерь тепла в окружающую среду. Печи оснащаются первичными приборами контроля и регулирования процесса нагрева сырья, а также предусматриваются аварийные блокировки для безопасной эксплуатации оборудования. Для обслуживания печи оборудуются лестницами, площадками и стремянками.

 
                                                      Печь типа ГН 2

    Печь ГН 2– трубчатая коробчатая с верхним отводом дымовых газов и горизонтальными настенными или центральными трубными экранами, объемно-настильного сжигания комбинированного топлива или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены. 

 
Вариант I. Горелки расположены в два ряда на фронтальных стенах под углом 45°. По оси печи расположена настильная стена, на которую и направлены горящие факела. Печь ГН2 имеет две камеры радиации. Она предпочтительна для процессов, требующих «мягкий» режим нагрева (УЗК, крекинг-процессы) с низкими теплонапряжениями (25 кВт/м² (20 Мкал/м²/ч).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трубчатая печь типа ГН 2

 

 

 

Рис. 2 

3. Расчет процесса горения

Определим низшую теплоту  сгорания топлива Q_р^н.

Q_p^н =   (1)

Q_p^н =МДж/=48460,5 кДж/кг

 

Средняя молекулярная масса  топлива М_m:

M_m = Σ M_i ∙ y_i,      (2)

где M_i – молярная масса i-гo компонента топлива

M_m= кг/кмоль

Теоретическое кол –во  воздуха необходимое для сжигания 1 кг топлива:

L₀=0,115С+0,345H+0,043(S-O)    (3)

L₀= кг/кг

Действительный расход воздуха  при α=1,2:

L=L₀ кг/кг    (4)

где L₀- расход воздуха теоретический. смотри формулу (3)

Удельный объем воздуха  при нормальных условиях для горения 1 кг топлива:

V_b=  _м³/кг (н.у.)   (5)

где ρ – плотность воздуха.

Расчетные данные сводим в  таблицу:

Таблица 3.1

Действительный расход воздуха

Расчетные величины	α=1,15
L0,  кг/кг	16,629
Vb, м3/кг	14,46

 

Найдем количество продуктов  сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

m_CO2=0,03667C  (6)

m_H2O=0,09H  (7)

m_N2=αL₀  (8)

m_O2=L₀ (α-1) 0,232  (9)

m_SO2=0,02S   (10)

где m_CO2 m_H2O m_N2 m_O2 m_SO2 – масса соответствующих газов(кг)

В результате расчетов мы получили:

 

Таблица 3.2

Состав продуктов сгорания

Кол-во продуктов сгорания,  кг/кг	α=1,15
mCO2	2,71
mH2O	2,14
mN2	12,8

Продолжение таблицы 3,2

Кол-во продуктов сгорания,  кг/кг	α=1,15
mO2	0,58
mп.с	18,23