Предварительный расчет блока теплообменников.

Схема теплообмена на установке должна обеспечить подогрев мазута до температуры 300^оС перед входом в печь П-1. Основой расчёта схемы теп­лообмена являются температура теплоносителя и его расход. Расчет технологической схемы теплообмена проведем обратным ходом.

Принимаем: температура мазута на входе в первый теплообменник равна 95^оС; на выходе из последнего теплообменника 300^оС.

В таблице 16 представлена характеристика теплоносителей.

 

Таблица 16 Характеристика теплоносителей

№ п/п	Теплоноситель	Расход, т/ч	Начальная тем­пература тепло­носителя, оС
Теплоносители вакуумной колонны К-1
1.	Гудрон (гудрон+затемненный продукт+квенч)
2.	ШМФ(ШМФ+НЦО)

 

Определение тепловой нагрузки теплообменника Т-101 [20]:

Q=G₁ (q₁- q₂) ŋ= G₂ (q₃- q₄)

где G_1, G₂ — расход горячего и холодного теплоносителя, соответст­вен­но, кг/с; q₁, q₂, q₃, q₄ — энтальпии горячего и холодного теплоносителя при тем­пературах входа и выхода из аппарата, кДж/кг; ŋ — к.п.д. тепло­обменника, равный 0,95—0,97[16].

q₁=

Температура гудрона на входе в теплообменник равна температуре квенча 270˚С.

q₁=

Температуру гудрона на выходе принимаем из опытных данных [8] как оптимальную для выработки пара в парогенераторе 210˚С.

q₂=

Q₁₀₁=59,1×(582820-431440)×0,95=6890 кВт

Температура мазута на входе в теплообменник 95˚С. Из теплового баланса найдем температуру мазута на выходе:

q₄=

213000×(582,82-431,44)×0,95= 400000 (q₃-180.91)

q₃=240.91

По данным [21] энтальпии q₃=240.91 соответствует температура 123˚С.

Определим температурный напор ΔТ_ср, имея в виду, что теплообмен осуществляется в смешанном токе теплоносителей.

270˚С → 210˚С гудрон

123˚С ← 95˚С мазут

ΔТ_б147˚С ΔТ_м115˚С

ΔТ=

Введем поправочный коэффициент ε=0,93 для смешанного тока в многоходовом (по трубному пространству) теплообменнике с одним ходом в межтрубном пространстве и поперечными ребрами [6].

ΔТ_ср=131×0.93=121.83˚С

Примем коэффициент теплопередачи по [22] для вязких жидкостей в кожухотрубчатых теплообменниках К=80 кВт/(м²К).

Поверхность теплообмена рассчитаем по формуле:

Выбираем кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой по ГОСТ 14246-79 [23] со следующими характеристиками:

площадь теплообмена – 783 м²;

диаметр кожуха – 1200 мм;

диаметр труб – 25×2 мм;

длина труб – 9 м;

число ходов – 4;

площадь сечения одного хода по трубам 0,179 м²;

площадь сечения межтрубного пространства 0,113 м²;

общее число труб – 1708 шт.

Запас площади теплообмена:

Разность температур теплоносителя на входе и выходе из теплообмен­ника определяется по уравнениям:

при t ≤ 200^оС

при t > 200^оС

где Δtм и Δtm - разность между температурами на входе и выходе соответ­ственно для мазута и теплоносителя, ^оС;

Gм и Gm - расход в теплообменнике мазута и теплоносителя, соответст­венно, т/ч или % от общего количества мазута.

Рассчитаем температуры теплоносителя на выходе и мазута на входе в теплообменник Т-102. В качестве теплоносителя используем поток ШМФ (табл. 16).

Для Т-102 температура выходящего потока ШМФ будет равна 210˚С, поскольку далее он направляется в парогенератор для выработки пара. На входе примем температуру ШМФ 250˚С. Тогда

Температура мазута на выходе из теплообменника Т-102 составит: 123+67=190˚C.

Для Т-103 температура выходящего потока гудрона равна температуре квенча 270˚С. На входе примем температуру гудрона 300˚С. Тогда

Температура мазута на выходе из теплообменника Т-103 составит: 190+19=209˚C.

Температура потока ШМФ на входе в Т-104 равна температуре вывода ШМФ из вакуумной колонны – 285ºС, а температура ШМФ на выходе из теплообменника – 250ºС. Температура ввода мазута в теплообменник – 209ºС. Температуру вывода мазута из теплообменника принимаем – 272ºС

Принимаем, что ШМФ, проходя через теплообменник охлаждается с 285ºС до 250ºС.

Требуемая площадь теплообмена (F₂) равна:

где Q – тепловая нагрузка теплообменника Вт.

К – коэффициент теплопередачи Вт/м²*К. принимаем [24] К=180 Вт/м²*К.

Δt_ср – средняя разность температур.

Расход ШМФ 724 т/ч= 201,1кг/с

Тогда:

285ºС à 250ºС

272ºС ß 209ºС

13ºС à 41ºС

Δt_б=13ºС; Δt_м=41ºС; Тогда:

I₂₈₅=651,71кДж/кг

I₂₅₀=556,09кДж/кг.

Тогда:

Выбираем два кожухотрубчатых теплообменника со следующими характеристиками:

площадь теплообмена – 2304 м²;

диаметр кожуха – 1400 мм;

диаметр труб – 25×2 мм;

длина труб – 9 м;

число ходов – 4;

площадь сечения одного хода по трубам 0,179 м²;

площадь сечения межтрубного пространства 0,113 м²;

общее число труб – 1580 шт.

Запас поверхности:

Для Т-105 температура выходящего потока гудрона равна 300˚С. На входе примем температуру вывода гудрона из колонны 350˚С [8]. Тогда

Температура мазута на выходе из теплообменника Т-105 составит: 272+28=300˚C.

Характеристики потоков теплообменников сводим в таблицу 17.

Таблица 17 Характеристика потоков теплообменников

Теплообменник	Теплоноситель, т/ч	Температура теплоносителя на входе, °С	Температура теплоносителя на выходе, °С	Температура мазута на входе °С	Температура мазута на выходе °С
Поток мазута
Т-101	Гудрон
Т-102	ШМФ
Т-103	Гудрон
Т-104	ШМФ
Т-105	Гудрон

С учетом характеристик теплоносителей (табл. 16) и потоков теплооб­менников (табл.17) на рисунке 7 представлена схема подогрева мазута перед печью П-1.

 

3.5 Расчёт эжектора

Целью расчёта является определение коэффициента эжекции, объёмного расход рабочего пара и диаметра рабочего сопла [25].

Газы разложения и водяной пар из вакуумной колонны проходят через холодильник, в котором конденсируется водяной пар. Далее газы разложения поступают в эжекторы первой ступени эжекции, где конден­сируется водяной пар – эжектирующая среда. Газы разложения поступают во вторую, а затем в третью ступень эжекции. Расходом несконденсировавшегося водяного пара и потерей давления на преодоление местных сопротивлений пренебрегаем [25].

 

Исходные данные для расчёта:

Давление эжектируемых газов разложения – р_г.р=6 кПа.

Расход эжектируемых газов разложения – G_г.р=400 кг/ч.

Температура эжектируемых газов разложения после предварительного холодильника-конденсатора – t_г.р=30ºС

Давление рабочего пара перед соплом – р_п=600 кПа

Температура рабочего пара – t_п=180ºС

Сжатая смесь сбрасывается в конденсатор-холодильник третей ступени с давлением р_с=110кПа.

Определим степень сжатия откачиваемого газа установки U₀ [26]:

Полная степень сжатия распределяется равномерно между тремя ступе­нями:

= =2,6

По диаграмме [19], по известной найдем коэффициент эжекции ε=0,7

Массовый расход пара на одну ступень определим по формуле:

Определим площадь сечения горловины (критического сечения сопла):

где -показатель адиабаты рабочего пара (для насыщенного пара ), -удельный объем насыщенного пара (при температуре 180˚С )

Для одного эжектора

Диаметр горловины d_k определим по формуле:

Принимаем диаметр горловины 10мм.

Определим площадь выходного сечения сопла по формуле:

Для одного эжектора

Диаметр выходного сечения d₁ сопла равен:

Принимаем диаметр выходного сечения 37мм.

Выберем угол конусности сопла α= 15˚. Площадь сечения диффузора определим по формуле:

где - удельный объем смеси при давлении (принимаем как для насы­щенного пара), ; - поправочный множитель, зависящий от степени сжатия U₁(берем по номограмме[20] )

Диаметр горловины диффузора d₃ равен:

Принимаем диаметр диффузора d₃=62мм.

Площадь входного сечения конфузора найдем по формуле [26]:

Диаметр входного сечения конфузора:

Принимаем диаметр d₂=68мм.

Определяем диаметр выходного сечения диффузора d_c:

Принимаем диаметр выходного сечения диффузора d_c=100мм.

Угол конусности конфузора принимаем 5˚, угол конусности диффузора принимаем 6˚ [19]. Длину камеры смешения (расстояние от выходного сечения сопла до горловины диффузора) определим по графику [27].

L_к/d₃=6; L_к=6×62=372мм.

Длину горловины диффузора принимаем L_д=2d₃=2×63=126мм.