close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оптимизация конструкции трубчатых печей. I. уменьшение поверхности оребрения труб.pdf

код для вставкиСкачать
Химия и металлургия
Библиографический список
1. Горицкий В.М. Диагностика металлов. М.: Металлургиз408 с.
дат, 2004. 408 с.
6. Сорокин В.Г., Волосникова А.В. [и др.]. Марочник сталей и
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Масплавов / под общ. ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение,
шиностроение, 1990. 528 с.
1989. 640 с.
3. Арзамасов Б.Н., Крашенинников А.И.. Пастухова Ж.П.,
7. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов.
Рахштадт А.Г. Научные основы материаловедения. М.:
М.: Металлургия, 1986. 480 с.
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. 368 с.
8. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А. [и др.]. Конструкционные
4. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических спламатериалы: справочник / под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.:
вов. М.: Металлургия, 1971. 495 с.
Машиностроение,1990. 688 с.
5. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1971.
УДК 66.041
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ.
I. УМЕНЬШЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОРЕБРЕНИЯ ТРУБ
С.Ю. Ляшонок1, А.В. Книжник2, С.Г. Дьячкова3
1,3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
1,2
ОАО «ИркутскНИИхиммаш»,
664074, г. Иркутск, ул. Курчатова, 3.
На основе оптимизации конструкции печи найдена корреляция между параметрами работы печи и изменениями
конструкции и числом ребер змеевика. Проведена серия расчетов для определения последствий уменьшения
поверхности оребрения и способов возможной компенсации изменением рабочих параметров. Получены данные
о минимальной площади оребрения, обеспечивающей необходимую теплопередачу.
Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: трубчатая печь; ребристая труба; теплопередача; трубчатый змеевик высокого давления;
тепловой режим.
OPTIMIZATION OF TUBULAR FURNACE DESIGN. REDUCTION OF PIPE FINNING SURFACE
S.Y. Lyashonok, A.V. Knizhnik, S.G. Dyachkova
National Research Irkutsk State Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Branch of “IrkutskNIIhimmash” plc,
3, Kurchatov St., Irkutsk, 664074.
On the basis of furnace design optimization the authors found a correlation between furnace operation parameters, design changes and a number of coil pipe fins. They performed a series of calculations in order to determine the consequences of the finning surface reduction and ways of possible compensation by changing of working parameters. The
data on the minimum finning area that provides necessary heat transfer are obtained.
4 figures. 2 table. 5 sources.
Key words: tubular furnace; ribbed (finned) pipe; heat transfer; tubular high pressure coil pipe; thermal regime.
Трубчатые печи конвективного типа с оребрёнными трубами, используемые в производстве масел на
ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», были
спроектированы в 60-е годы прошлого века. Управление работой печи осуществляется вручную. Вместе с
тем, к настоящему времени внедрение новых технологий и современные требования к качеству нефтепродуктов вносят коррективы в сырьевые и технологические режимы работы печей. Основное достоинство
используемых на ОАО «АНХК» печей в том, что они
имеют большой запас прочности, могут работать в
большом диапазоне нагрузок и температур. Поэтому
данное оборудование более целесообразно модернизировать, а не проектировать заново [5].
В качестве объекта исследований нами была выбрана печь конвективного типа, в камере сгорания
которой установлены газовые горелки, радиантная
секция отсутствует. В конвективную секцию дымовые
газы поступают из камеры сгорания. В целях экономии
тепла на горелки подается воздух, подогретый в воз-
___________________________
1
Ляшонок Сергей Юрьевич, аспирант, инженер-технолог, тел. 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru
Lyashonok Sergey, Postgraduate, Engineer-Technologist, tel.: 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru
2
Книжник Алексей Владимирович, кандидат химических наук, зав. сектором моделирования, тел. 89646527061,
e-mail: a.knizhnik@himmash.irk.ru
Knizhnik Aleksei, Candidate of Chemistry, Head of the Sector of Modeling, tel.: 89646527061, e-mail: a.knizhnik @ himmash.irk.ru
3
Дъячкова Светлана Георгиевна, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой химической технологии,
тел. (3952) 405120 ,e-mail: cmf_dean@istu.edu
Dyachkova Svetlana, Doctor of Chemistry, Professor, Head of the Department of Chemical Technology, tel.: (3952) 405120,
e-mail: cmf_dean@istu.edu
170
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (58) 2011
Химия и металлургия
духоподогревателе. К дымовым газам подмешиваются
дымовые газы рециркуляции для снижения температуры газов, подаваемых в секцию конвекции. В конвективной секции расположен змеевик, состоящий из
18 оребрённых труб диаметром 159 мм и толщиной
стенки 28 мм, выполненный из стали 20Х3НВФ
(рис. 1). Давление в трубном пространстве 320 МПа.
Ребра выполнены из пластин листовой стали
20Х3НВФ толщиной 4 мм с шагом оребрения 14 мм.
Крепление ребер к трубам из такой стали с помощью
сварки – трудоемкая и дорогостоящая операция. Кроме того, при малом шаге оребрения трудно обеспечить контроль качества сварных швов, которые являются потенциальными источникам развития трещин,
что негативно сказывается на сроке службы труб.
Расчетная нагрузка по сырью рассматриваемой
печи составляет 28 м3/ч, однако в настоящее время
печь эксплуатируется при нагрузке 17 м3/ч. В связи с
этим становится актуальной задача понижения металлоемкости печи и упрощения процесса её эксплуатации. Данную задачу можно решить, уменьшив количество ребер змеевика при сохранении режима теплообмена.
Рис. 1. Фрагмент оребренной трубы
Для исследования возможности сокращения числа
рёбер в работе выполнены расчёты на определение
необходимой поверхности теплообмена при различных нагрузках [1]. Проведена серия расчётов для
определения последствий уменьшения поверхности
ореберения и способов возможной компенсации изменением рабочих параметров [2]. Использование имеющихся программных продуктов не позволяет учесть
специфические особенности печи. Поэтому для оптимизации печи был применен расчёт в программе
Excel, позволяющей «с нуля» выполнить расчёт и внести в него любые коррективы [3, с. 87-88]. Параметры
оптимального режима были получены на основе серии
расчетов, выполненных при варьировании: избытка
воздуха, количества топлива и загрязнения внутренней поверхности труб коксом.
Нами был проведён поверочный расчёт, результаты которого хорошо коррелируют с данными отчётов
предприятия (табл., столбец 2).
Основное уравнение зависимости количества переданной теплоты от поверхности теплообмена F ,
коэффициента теплопередачи K и температурного
напора  ср [4]
Q  K  F   ср .
Из уравнения видно, что при уменьшении поверхности теплообмена понизится количество переданного
тепла (табл., столбец 3). Поэтому уменьшение поверхности теплообмена необходимо скомпенсировать
изменением режимов работы печи. В частности, необходимо увеличить температурный напор или коэффициент теплопередачи. Для повышения температурного
напора необходимо увеличить температуру дыма на
входе в конвективную секцию. Это можно обеспечить,
снизив избыток воздуха. Максимально допустимая
температура дымовых газов ограничена условиями
прочности змеевика и составляет 650 С. Температура
дыма, обеспечивающая температурный напор, позволяющий уменьшить поверхность теплообмена на 10%,
равна 620С, при избытке 4,3 (табл., столбец 4). Дальнейшее уменьшение избытка воздуха ещё больше
увеличит температуру и повысит риск прогара труб,
так как температура непостоянна и изменяется в пределах 10С. При повышении температуры необходимо
увеличить количество газов рециркуляции для снижения температуры дымовых газов, при этом температурный напор увеличится на 11С по сравнению с исходным вариантом, что позволит уменьшить поверхность оребрения на 10 % (рис. 2).
Увеличение количества дыма рецикла приведет к
увеличению его температуры на выходе, к снижению
температуры газов на входе в камеру конвекции и к
некоторому росту коэффициента теплопередачи. Так
как дым рецикла имеет температуру 270С, он будет
вносить больше тепла в конвективную секцию, чем
избыточный воздух, увеличивая КПД печи. Общее
количество дыма таково, что при нагреве газосырьевой смеси на 90С, дым остывает примерно на 260 С
(от 595 С до 334С). Температура, до которой остынут дымовые газы, при передаче постоянного количества тепла пропорциональна массе дыма:
Q  c p  m  (t1  t2 ) .
Если увеличить количество дымовых газов на
40%, то температура уходящих дымовых газов возрастет примерно на 20С по сравнению с исходным
вариантом и составит 334 С. Средний температурный
напор возрастёт на 11С и составит 127С (табл.,
столбец 5). Это позволит передать то же количество
тепла на поверхности, меньшей на 9 %, без учёта теплопотерь и загрязнений поверхности.
Вместе с тем, если не оснастить управление процессом работы печи контрольно-измерительными
приборами и аппаратурой (КИПиА), при изменённых
условиях работы (например, нагрузки) она может работать нестабильно.
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (58) 2011
171
Химия и металлургия
Уменьшить поверхность оребрения до 65% от исходной площади можно за счёт разбавления дымовых
газов газами рециркуляции при избытке воздуха 1,5
(табл., столбец 6). Такое ограничение по избытку было
сделано для максимальной интенсификации горения.
Минимальная поверхность теплообмена составит
1360 м2. При такой поверхности теплообмена становится возможным использовать стандартные трубы с
ленточным оребрением. Использующиеся дымососы
позволяют перекачивать необходимое количество
дыма, поэтому ограничений в их мощности не просматривается.
Дальнейшее повышение эффективности работы
печи возможно при установке воздухоподогревателя
(рис. 3). Он нагреет входящий воздух до температуры
510 С, если соотношение дыма рециркуляции и све-
172
жего воздуха, подаваемого на горелку, будет 6:1. При
этом необходимая поверхность теплообмена уменьшится до 15% от имеющихся на данный момент.
Однако при этом дымососу придётся перегонять
54 т/ч дыма, необходимого для разбавления дымовых
газов до рабочей температуры, что не является допустимым вариантом. Поэтому целесообразнее уменьшить количество подаваемого топлива на 32% (с 615
до 415 м3/ч) (рис. 3). При этом температура воздуха в
воздухоподогревателе станет 325С.
Это позволит уменьшить количество дыма рециркуляции до 21 т/ч и уменьшит поверхность теплообмена до 65% от исходного значения. При этом возможно использовать стандартные трубы с ленточным
оребрением, которые намного дешевле, проще и качественнее в изготовлении.
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (58) 2011
Химия и металлургия
Необходимо подчеркнуть, что при любом сокращении поверхности теплообмена печь станет более
чувствительной к изменению параметров её работы,
поэтому необходимо оснастить её приборами КИПиА.
Таким образом, нами показано, что основными
способами уменьшения поверхности теплообмена при
сохранении необходимой теплопередачи и заданной
нагрузки являются снижение избытка воздуха и увеличение количества дымовых газов рециркуляции (при
достаточной мощности дымососов). Это позволит модернизировать трубчатую печь, сократить производственные затраты и металлоемкость за счет удаления
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (58) 2011
173
Химия и металлургия
до 40% поверхности оребрения при использовании
стандартных труб.
Выполненные исследования позволяют разработать комплекс мероприятий по улучшению технологических параметров работы трубчатых печей, снизить
риски и ограничения, связанные с их эксплуатацией.
Результаты работы могут быть использованы в проектных материалах технического перевооружения и
реконструкции предприятий.
Авторы искренне благодарят генерального директора ОАО «ИркутскНИИхиммаш» д.т.н. Кузнецова А.М. за участие в работе и поддержку.
Библиографический список
1. Тепловой расчёт котлов. Нормативный метод. СПб.: НПО
пищевых и металлургических производств: материалы
ЦКТИ, 1998. 259 с.
науч.-практ. конф. Иркутск, 2011.
2. Котишек Я. Трубчатые печи в химической промышленно4. Скобло А.И. Процессы и аппараты нефтегазопеработки и
сти. Л., 1963. 148 с.
нефтехимии. М.: Недра, 2005. 678 с.
3. Ляшонок С.Ю., Книжник А.Н., Ищук Н.А., Новицкий Е.А.,
5. Книжник А.В., Книжник А.Н., Марченко М.А. Перспективы
Дьячкова С.Г. Исследования, проектирование, изготовление,
развития технологии углеводородных, растительных и мистандартизация и техническая диагностика оборудования и
неральных ресурсов // Оптимизация трубчатой печи устатрубопроводов, работающих под давлением // Перспективы
новки № 209 ОАО «АНХК»: материалы науч.-техн. конф.
развития технологии, экологии и автоматизации химических,
Иркутск, 2011.
УДК 669.713.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТА КОАНДЫ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЦЕЛЕВОЙ
ФРАКЦИИ МИКРОЧАСТИЦ КВАРЦА
И.А. Сысоев1, В.В. Кондратьев2, А.Э. Ржечицкий3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Выполнен патентный поиск и литературный обзор различных типов конструкций пылеуловителей и классификаторов. Создан прототип лабораторного сепаратора на основе эффекта Коанда для выделения целевой фракции
из общего пылевого потока. Представлены результаты экспериментальных исследований лабораторного сепаратора по выделению целевой фракции кварцевых частиц.
Ил. 3. Табл. 1. Библиогр.4 назв.
Ключевые слова: кварц; эффект Коанда; сепарация; классификация; пылеулавливание; обеспыливание.
STUDY OF COANDĂ EFFECT APPLICATION FOR THE SEPARATION OF THE TARGET FRACTION
OF QUARTZ MICROPARTICLES
I.A. Sysoev, V.V. Kondratyev, A.E. Rzhechitsky
National Research Irkutsk State Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
A patent search and literature review of various types of designs of dust collectors and classifiers are performed. A prototype of the laboratory separator is created on the basis of Coandă effect in order to separate the target fraction from the
total dust flow. The results of experimental studies of the laboratory separator on the removal of the target fraction of
quartz particles are presented.
3 figures. 1 table. 4 sources.
Key words: quartz; Coandă effect; separation; classification; dust catching; dust removal.
В настоящее время значительная часть технологических процессов связана с дроблением, измельчением, классификацией и транспортированием сыпучих
материалов. При этом неизбежно часть материалов
образует пыль и переходит в аэрозольное состояние.
Этим обусловлено множество различных типов кон-
струкций аппаратов для пылеулавливания или сепарации (классификации) фракций необходимого гранулометрического состава. При всем многообразии оборудование может быть классифицировано по ряду
признаков: по назначению, по основному способу действия, по эффективности, по конструктивным особен-
___________________________
1
Сысоев Иван Алексеевич, кандидат технических наук, зам. начальника управления научной деятельности, (3952) 405769,
e-mail: ivansys@istu.edu
Sysoev Ivan, Candidate of technical sciences, Deputy Head of the Department for Research, (3952) 405769,
e-mail: ivansys@istu.edu
2
Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий
Физико-технического института, тел.: 89025687702, e-mail: kvv@istu.edu
Kondratyev Victor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Innovative Technologies of Physico-Technical
Institute, tel.: 89025687702, e-mail: kvv@istu.edu
3
Ржечицкий Александр Эдвардович, ведущий специалист (3952) 252151.
Rzhechitsky Alexander, Leading Specialist, tel.: (3952) 252151.
174
ВЕСТНИК ИрГТУ №11 (58) 2011
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
15
Размер файла
4 451 Кб
Теги
оребрения, труба, уменьшении, трубчатых, оптимизация, конструкции, pdf, печей, поверхности
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа