Гидравлический расчет змеевика

При гидравлическом расчете змеевика трубчатой печи определяют потери давления.

При расчете потерь давления в змеевике могут встретиться случаи, когда продукт подвергается:

- только нагреву и на всем протяжении змеевика остается в жидкой фазе;

- нагреву и частичному или полному испарению;

- нагреву, испарению и химическому превращению.

12.7.1 Если продукт на всем протяжении змеевика в процессе нагрева находится в одной фазе, расчет давления проводится по формуле Дарси –Вейсбаха

, (12.79)

где DР – потери давления на рассчитываемом участке, Па;

l - коэффициент гидравлического сопротивления (определяются по таблице 12.8);

l_экв – эквивалентная длина одного потока, м;

d_в – внутренний диаметр труб, м;

U – массовая скорость продукта в трубах, кг/(м × с);

r - плотность продукта при средней температуре на участке, кг/м .

Таблица 12.8-Значение коэффициента гидравлического сопротивления

Эквивалентная длина одного потока радиантных труб, м

, (12.80)

где n – число труб в одном потоке;

j - коэффициент, определяемый по таблице 12.9.

Таблица 12.9 – Значение коэффициента j в зависимости от вида соединения

Массовая скорость продукта на рассматриваемом участке змеевика

, (12.81)

где G_с – производительность печи по сырью, кг/с;

d_в – внутренний диаметр змеевика, м;

N – число потоков ввода сырья.

12.7.2 Гидравлический расчет змеевика нагревательных печей, в которых происходит испарение продукта, рекомендуется производить по методу

Б.Д. Бакланова [6, с.132].

Рисунок 12.3 – Условное разделение змеевика на участок нагрева (1) и испарения (2)

Змеевик условно разбивается на участок нагрева и участок испарения. Расчет потери напора производится на каждом участке отдельно (см. рисунок 12.3).

12.7.2.1 Предварительно принимают давление в начале участка однократного испарения Р_О.И. (Па). По кривой зависимости температуры начала однократного испарения сырья от давления (рисунок А1.5 приложения А) находят, что этому давлению соответствует температура закипания нефти Т_О.И.

12.7.2.2 Предполагая, что распределение тепловых нагрузок по змеевику равномерное, длина участка испарения, м, определяется по уравнению

, (12.82)

где Н_вых – удельная энтальпия сырья на выходе из печи, кДж/кг,

, (12.83)

где h_о.и. – удельная энтальпия сырья при Т_о.и., кДж/кг;

h_н – удельная энтальпия сырья в начале трубного змеевика, кДж/кг. Если предположить, что испарение продукта начинается в радиантном змеевике, то h_Н=hт_р (см. пункт 12.6.2);

l_экв – эквивалентная длина змеевика (определяется по уравнению 12.80).

12.7.2.3 Для уточнения принятого ранее Р_о.и. применяют формулу

Б.Д. Бакланова

, (12.84)

где Р_К – давление в конце рассматриваемого участка, Па (для ранее принятого предположения – давление продукта на выходе из печи);

А и В – расчетные параметры, определяемые по выражениям

; , (12.85)

где G₁ – расход сырья для одного потока, кг/с;

r_ж – плотность жидкости при средней температуре участка, кг/м³;

r_п – плотность паров кг/м³. Для печей, нагревающих нефть и полумазут, можно принять 1/r_П =3500 [6, с. 150];

е – массовая доля отгона продукта в конце участка испарения;

l - коэффициент гидравлического сопротивления, принимается равным для атмосферных печей от 0, 02 до 0, 024; для вакуумных печей от 0, 018 до 0, 02.

12.7.2.4 Потеря давления на участке испарения

. (12.86)

12.7.2.5 Потери давления на участке нагрева в радиантном змеевике Р_р и в конвективном змеевике Р_К рассчитываются по уравнению 12.79. При этом эквивалентная длина нагрева для радиантного змеевика l_экв.р. определяется как

(12.87)

Эквивалентная длина конвективного змеевика для одного потока сырья определяется по уравнению 12.80.

12.7.3 Статическое давление столба жидкости, нагреваемой в печи, Па

, (12.88)

где h - высота печи до оси потолочного экрана, м;

r_ж- плотность сырья при средней температуре в конвективных трубах, кг/м³.

12.7.4 Общие потери давления в трубчатом змеевике в случае изменения агрегатного состояния, Па

. (12.89)

12.7.5 Давление продукта на входе в печь

, (12.90)

где - давление продукта на выходе из печи.