WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Единственной зоной, где можно реализовать указанный принцип - это отвод безретурбентного змеевика. Поскольку врезка каких-либо штуцеров в этих местах нежелательна, то, приняв во внимание обстоятельство, когда парожидкостный поток, минуя криволинейный участок, не сразу стабилизируется, точка отбора паровой фазы выбирается на расстоянии диаметра трубы змеевика от соединения двойника с гладкой частью печной трубой, как это показано на рисунке 5.

дисперсная фаза жидкая фаза паровая фаза жидкая фаза Рисунок 5 - Схема разделения фаз Разделение фаз происходит вследствие разности удельных весов жидкости и пара. При этом паровая фаза будет двигаться по внутреннему контуру, а жидкая - по внешнему. При нисходящем движении потока разделение становится более эффективным, так как к действию инерционной (центробежной) составляющей добавляется гравитационная сила (сила тяжести).

В основу расчета выбрано уравнение Б.Д. Бакланова для определения давления на участке испарения (1):

К 2К pн = рк + Аlи рк 1 + + Вl2 1 + (1) lи и lи, где рн и рк — начальное и конечное абсолютные давления на рассматриваемом участке, Па;

и — длина рассчитываемого участка испарения, м;

А, В и К — коэффициенты соответственно.

В ходе расчетного эксперимента исследования проводились для конкретного печного змеевика, в котором нефть подвергалась нагреву с частичным испарением. Скорость сырья на входе в змеевик Wвх = 1,5 м/с.

На основе данных из справочной литературы по разгонке нефтей, был проведен расчет зависимости давления насыщенных паров i-го компонента нефти от температуры в змеевике, в результате которого выявлено, что в ходе постепенного частичного испарения нефти по длине змеевика наблюдается характерное повышение давления насыщенных паров, как показано на рисунке 6.

Номера кривых на графиках соответствуют номерам нефтей в таблице 2, т.е. кривая 1 – туймазинская нефть;

2 – александровская нефть;

3 – краснокамская смесь нефтей;

4 – ромашкинская смесь нефтей;

5 – покровская нефть.

Пi, МПа 0.0.0.0.35 0.t, оС 0.267 267.5 268 268.5 269 269.5 Рисунок 6 – График зависимости давления насыщенных паров П i-го компонента от температуры в змеевике t многокомпонентной смеси Температуру в начале участка испарения примем Tн = 267оС.

Давление при заданной температуре рассчитывается согласно уравнению Б.Д. Бакланова (1).

С учетом гидравлических потерь рассчитываем давление на входе в печь на графике (рисунок 7) показано, как изменяется давление внутри змеевика трубчатой печи по его длине.

Р, МПа 0.0.0.0.0.0./общ 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 /общ – относительная длина змеевика Рисунок 7 – График изменения давления P в змеевике по длине Для определения давления на входе в печь с учетом отбора паровой фазы по длине змеевика на участке испарения с целью оптимального выбора координаты отбора паровой фазы, которая будет обеспечивать минимальное давление на входе в печь и давать максимальный прирост производительности, расчет производится с учетом того, что текущая массовая доля паровой фазы yi = 0 при принятой температуре.

Полученное значение давления в начале участка испарения с учетом отбора паровой фазы сравнивается с ранее принятым, и в случае необходимости производится пересчет.

/общ 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.Рисунок 8 – График прироста производительности для нефтей различного состава Нефть, выбранная в данной работе в качестве исследуемого сырья, представляет собой сложную смесь различных углеродсодержащих соединений, преимущественно углеводородов. Поэтому немаловажную роль играет состав нефти, в зависимости от которого, в значительной мере, зависит, насколько целесообразно применение данного метода на практике. В ходе расчета было выявлено, что точка отбора паровой фазы, даже при незначительном изменении состава, а соответственно и плотности, мигрирует в пределах 10 м, эта зависимость показана в таблице 3.

Таблица № нефти Параметр 1 2 3 4 344 347 349 Длина участка испарения, м Координата отбора паровх, м 90 93 95 Количество отбираемых 0,978 0,981 0,984 0,989 0,паров Давление на входе в печь, 1,156 хх 1,155 хх 1,153 хх 1,152 хх 1,157 хх МПа Производительность 141,7 142,1 142,8 143,2 141,по сырью, м3/ч Прирост производительности, 10,3 10,7 11,03 9,10,% х - отсчет с выхода радиантного змеевика;

хх - давления приведены без учета прироста производительности В четвертой главе представлен анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) труб в узле разделения фаз змеевика нагревательной трубчатой печи в зоне соединения отвода паровой фазы с гладкой частью трубы змеевика для выявления картины распределения напряжений. Для решения поставленной задачи использовался язык программирования APDL, встроенный в пакет ANSYS.

Узел разделения фаз в печном змеевике представляет собой Т-образное соединение цилиндрических оболочек (труб). Толщина стенок и прочность в зоне сопряжения отвода с основной трубой определяется из условия равнопрочности.

Расчет производился исходя из следующих данных:

Рр = 0,3 МПа; tр = 265оС; s (толщина стенки) = 8 мм; труб змеевика = 159 мм.

Описание задачи:

Стальной отрезок трубы змеевика со штуцером жестко закрепляется с двух сторон, как показано на рисунке 9, по внутренней поверхности трубы равномерно приложено давление Р=0,3МПа, нужно определить распределение напряжений при температуре T=265оС.

Зона исследования НДС Рисунок 9 - Схема нагружения и закрепления узла разделения фаз змеевика cоединительный шов х Для данных рабочих условий выбираем материал 15Х5М, который согласно ГОСТ 10498 имеет следующие характеристики:

- []300 = 70 МПа;

- модуль упругости 2х105 МПа;

- коэффициент Пуассона µ = 0,3.

Постановка задачи:

Рассчитываются максимальные эквивалентные напряжения в заданных точках с относительной координатой.

Li L = Lmax, где, согласно рисунку 10:

Li – расстояние от начальной точки до расчетной точки;

L max – общая длина зоны сопряжения.

Li L=Рисунок 10 - Зона исследования напряженно-деформированного состояния узла разделения фаз змеевика Для определения оптимального месторасположения узла разделения фаз змеевика нагревательной трубчатой печи, расчет производился для различных вариантов соединения.

Исследование напряженно-деформированного состояния проводилось в зоне узла разделения фаз змеевика нагревательной трубчатой печи (рисунок 9).

Результаты расчетов приведены в таблице 4.

Таблица Размер отвода х, max, L,, DхS, мм МПа мм град мм 102х8 100 5,37 230 200 6,86 160 300 6,89 20 400 6,47 150 500 5,62 170 127х8 100 7,06 280 200 9,43 70 300 10,75 390 400 10,63 30 500 9,48 350 159х8 100 10,14 60 200 12,77 140 300 15,86 130 400 14,61 450 500 12,33 60 х - расстояние от соединительного шва до зоны исследования НДС (рисунок 9) Li Li L= – угол расположения расчетной точки Li от начальной точки LРисунок 11 - Схема расположения расчетной точки Li от начальной точки LНа графиках, представленных на рисунке 12 показано изменение i (эквивалентных напряжений по Мизесу) в зоне исследования НДС.

5,37 10,i i МПа МПа 5,8,4,7,4,6,3,4,3,3,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 L а L в а - штуцера 102 мм;

i 7,МПа б - 127 мм; в - 159 мм 6,Рисунок 12 – Распределение 5,максимальных эквивалентных 4,напряжений по длине 3,зоны исследования НДС 2,Расстояние от соединительного шва 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 L двойника и трубы х =100 мм б На основании полученных результатов, приведенных в таблице 4 построена зависимость максимальных эквивалентных напряжений по Мизесу от месторасположения штуцера переменного диаметра.

i, МПа 14 х, мм 100 150 200 250 300 350 400 450 1 - штуцера 102 мм; 2 - штуцера 127 мм; 3 - штуцера 159 мм Рисунок 13 - Зависимость изменения эквивалентных напряжений от расположения штуцера Также в четвертой части представлен расчетный анализ конструкции трубчатого змеевика на механическую прочность посредством программы СТАРТ, предназначенной для расчета прочности и жесткости разветвленных пространственных трубопроводов различного назначения при статическом нагружении.

56 58 60 62 64 66 68 70 55 57 59 61 63 65 67 69 Рисунок 14 - Расчетная модель трубчатого змеевика Описание задачи:

Радиантный змеевик со штуцером жестко закрепляется, по внутренней поверхности трубы равномерно приложено давление Р=1,7 МПа, определить картину деформаций труб радиантного змеевика и распределение напряжений от всех воздействий в рабочем состоянии при температуре T=325оС.

Постановка задачи:

Определяется картина деформаций труб радиантного змеевика и распределение напряжений от всех воздействий в рабочем состоянии при рабочей температуре в заданных узлах (точках) согласно рисунку 14.

Для определения оптимального закрепления конструкции радиантного змеевика расчетный эксперимент в программе СТАРТ производился для нескольких схем закрепления (рисунок 14):

а - трубчатый змеевик расположен вертикально на жестких подвесках, жесткое закрепление произведено в узлах 1, 17, 54;

б - трубчатый змеевик расположен вертикально на жестких подвесках, жесткое закрепление произведено в узлах 1, 17, 54, а также в узлах 55-72 направляющими опорами;

в - трубчатый змеевик расположен вертикально на жестких подвесках, жесткое закрепление произведено в узлах 1, 17, 54, а также в узлах 55-72 (кроме узлов 58, 59) направляющими опорами.

На основании полученных результатов перемещений змеевика вдоль вертикальной оси (Z) определим оптимальную степень стеснения в узле отвода паровой фазы (узел 15), приведенного на рисунке 16, которая зависит от схемы закрепления змеевика.

Рисунок 15 - Узел отвода паровой фазы в печном змеевике, МПа [] q, мм [] - предельное эквивалентное напряжение в змеевике в рабочем состоянии q - степень стеснения вдоль вертикальной оси (Z) Рисунок 16 - Зависимость изменения эквивалентных напряжений от перемещения узлов вдоль вертикальной оси при рабочих условиях Таким образом, узел отбора паровой фазы должен быть закреплен в трех степенях свободы, при этом связи на сопряженных трубах кроме верхней подвески должны быть освобождены (схема закрепления – в). Кроме того, расчет, проведенный для схемы закрепления – а, когда направляющие опоры отсутствуют по всей длине змеевика, хотя и приводит к снижению степени стеснения, но значительного изменения эквивалентных напряжений в этом случае не наблюдается, что подтверждает выбор схемы закрепления – в.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1 Анализ эксплуатации змеевиков нагревательных печей на примере печей П-2 и П-3 НПЗ показал, что наиболее часто выходят из строя печные трубы в зоне начала участка испарения, где отложение кокса наиболее характерно. Проведенный анализ подтвердил возможность промежуточного отбора паровой фазы из змеевика нагревательной трубчатой печи.

2 Разработана методика расчета по оптимизации работы трубчатой печи посредством отбора паровой фазы из змеевика, на основании которой, разработана математическая модель, по которой проведен расчетный эксперимент, в ходе которого определена оптимальная координата отбора паровой фазы из змеевика трубчатой печи.

3 Расчетный эксперимент подтвердил, что путем отбора паровой фазы возможно увеличение производительности установки по сырью более чем на 10%.

4 Проведен расчетный анализ конструкции змеевика трубчатой печи при промежуточном отборе паровой фазы, который показал:

- при смещении узла отвода паровой фазы на расстояние 300 мм от соединения двойника с гладкой частью печной трубы, эквивалентные напряжения в зоне исследования напряженно-деформированного состояния начинают снижаться;

- при смещении узла отвода паровой фазы на расстояние более 300 мм от соединения двойника с гладкой частью печной трубы, происходит деформация труб змеевика;

- штуцер диаметром 102 мм, расположенный на расстоянии до 200 мм от соединения двойника с гладкой частью печной трубы, является наиболее оптимальным с точки зрения механической прочности.

5 В результате произведенного расчетного анализа конструкции змеевика на прочность было определено, что наиболее выгодными с точки зрения механической прочности змеевика являются схемы, при которых штуцер для отбора паровой фазы должен быть закреплен жестко, при свободном закреплении сопряженных труб.

CОДЕРЖАНИЕ РАБОТ ОПУБЛИКОВАНО 1 Баязитов М.И., Образцова Е.И. Выбор координаты отбора паровой фазы из змеевика трубчатой нагревательной печи// Матер. 50-й конф. студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. (Уфа, 1999 г.).- Уфа: УГНТУ, 1999.- С.- 96.

2 Образцова Е.И. О методе теплового расчета трубчатых печей. Выбор схемы трубчатой печи// Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидаций последствий чрезвычайных ситуаций: Матер. III Всеросс. науч.практ. конф. (Уфа, 24-25 янв. 2002 г.).- Уфа: Научно-исследовательский институт безопасности жизнедеятельности Респ. Башкортостан, 2002.- С.- 173.

3 Кузеев И.Р., Образцова Е.И. Дефекты печных труб и статистический анализ// Матер. 53-й конф. студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. (Уфа, 2002 г.).- Уфа: УГНТУ, 2002.- С.- 103.

4 Баязитов М.И., Образцова Е.И. Изменение состояния сырья трубчатых печей в процессе нагрева с частичным испарением// Матер. 53-й конф. студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. (Уфа, 2002 г.).- Уфа: УГНТУ, 2002.- С.- 105.

5 Баязитов М.И., Образцова Е.И. Технологические особенности работы нагревательных трубчатых печей с частичным испарением нефти// Матер.

53-й конф. студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. (Уфа, 2002 г.).- Уфа: УГНТУ, 2002.- С.- 107.

6 Баязитов М.И., Образцова Е.И. Дефекты печных труб и статистический анализ дефектов печных труб трубчатых печей НПЗ// Матер. 53-й конф.

студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. (Уфа, 2002 г.).- Уфа: УГНТУ, 2002.- С.- 98.

7 Баязитов М.И., Образцова Е.И. Исследование напряженнодеформированного состояния узла разделения фаз змеевика нагревательной трубчатой печи// Уфа: Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст.- УГНТУ, 2003.- С.- 131.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»