ГЛАВА 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТЕНКИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ АВТУ
Одним из основных факторов, влияющих на энергосырьевой КПД атмосферно-вакуумной установки, является снижение интенсивности теплообмена из-за увеличения термического сопротивления в процессе теплопередачи вследствие загрязнения металлической поверхности трубок и межтрубного пространства теплообменников нефтяными отложениями.
Для исследования влияния термического сопротивления из-за загрязнения металлической стенки со стороны горячего и холодного потоков теплообменного аппарата необходимо:
- исследовать влияние термического сопротивления на температуру обогреваемого потока в теплообменном аппарате АВТУ;
- исследовать влияние изменения температуры обогреваемого потока на энергетические затраты и расход топлива в трубчатой печи технологической атмосферно-вакуумной установки.
2.1. Исследование влияния термического сопротивления на температуру обогреваемого потока в теплообменном аппарате
Исследование предполагает определение искомого параметра при условии соблюдения теплового баланса теплообменного аппарата при номинальном и переменном режиме.
Отличительной особенностью в методике исследования переменных режимов является определение теплофизических характеристик потоков нефти, нефтепродуктов по эмпирическим формулам.
2.1.1. О п р е д е л е н и е т е п л о ф и з и ч е с к и х п а р а м е т р о в п о т о к о в.
Для определения вязкости потоков для нефти и жидких нефтяных фракций используется температурная зависимость кинематической вязкости при высоких температурах, описываемая формулой Гросса [69]:
(2.1)
При низких температурах используется формула Филоненко [94]:
(2.2)
В приведенных формулах коэффициенты для каждого типа нефтепродукта находят по двум экспериментальным точкам температурной кривой вязкости.
Для определения вязкости по формулам сначала определяется коэффициент , используя известные значения вязкости и горячего потока при двух температурах.
, (2.3)
Подставляя в формулу (2.1) одну из известных точек вязкостно- температурной зависимости (например, = 2,3 мм?/с), а также значение X = 0,5233, получаем для рассматриваемого горячего потока уравнение зависимости вязкости от температуры:
, (2.4)
где - средняя температура холодного и горячего потоков, °С.
По этой формуле для заданной средней температуры Т определяем вязкость для холодного и горячего потоков.
При определении плотности потоков необходимо учитывать, что для
жидких и твердых веществ влияние давления на изменение плотности относительно мало. Поэтому учитывается влияние температуры на изменение плотности потоков. В небольших интервалах температур плотность изменяется почти линейно. Средняя температурная поправка плотности (, кг/м? на 1 ?С) определяется по формуле:
, (2.5)
где - плотность жидкого потока при температуре , кг/м?;
- плотность жидкого потока при температуре , кг/м?.
Приближенная формула для определения плотности при температуре [72]:
(2.6)
Жидкие нефтепродукты характеризуются относительной плотностью , определяемой как отношение плотности вещества при температуре к плотности воды при .
В качестве стандартной относительной плотности принимается [64].
Для взаимного пересчета относительных плотностей и рекомендована [72, 77] формула:
, (2.7)
где - среднетемпературная поправка относительной плотности на 1 ?С .
Значение для нефти и жидких нефтепродуктов при температурах до 50 °С определяется по эмпирической формуле Кусакова [69]:
(2.8)
Для практических расчетов рекомендуется [72] приближенная формула:
(2.9)
С учетом рекомендаций [69] для практических расчетов предлагается для широкого интервала температур формула определения плотности :
(2.10)
Для определения энтальпии потоков жидких нефтяных фракций условно принято, что энтальпия в жидком состоянии при 0 °С равна нулю.
В расчетах для жидких нефтяных фракций зависимость энтальпии (h, кДж/кг) от температуры (t, °С), описывается эмпирической формулой Крега [69, 90]:
(2.11)
Для определения теплопроводности потоков используется эмпирическая формула для жидких нефтяных фракций и нефти по Крегу [69]:
, (2.12)
где -теплопроводность, кДж/(м ·К).
Для определения теплоемкости потоков жидких нефтепродуктов в температурных пределах 0 ... 400 °С можно использовать эмпирическую формулу Крега [69]:
(2.13)
2.2. Методика расчета теплового баланса теплообменного аппарата при номинальном режиме
Для исследования выбран промышленный кожухотрубный теплообменный аппарат с плавающей головкой, диаметром кожуха D = 1200 мм, длиной трубок l = 6 м и диаметром трубок d =20 х 2 мм, с плавающей головкой, работающий в номинальном режиме.
Исходные данные представлены в таблице 2.1.
Теплоносители греющего (мазут) и обогреваемого (нефть) потоков
п