CC BY
68Комплексная переработка возобновляемого сырья
УДК 66.02
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В КОНВЕКЦИОННОЙ КАМЕРЕ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ
Ю. А. Иванова, Н. Ю. Кожухова*
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: sitkova72@mail.ru
Рассмотрено применение спирально-ленточного оребрения труб конвекционной камеры трубчатой печи с целью интенсификации процесса теплообмена.
Ключевые слова: теплообмен, конвекционная камера, спирально-ленточное оребрение.
HEAT EXCHANGE INTENSIFICATION IN THE CONVECTION CAMERA
OF THE PIPE-STILL HEATER
J. A. Ivanova, N. J. Kozhukhova*
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*E-mail: sitkova72@mail.ru
The article describes use of spiral ribbon finning of the tubes of the convection chamber of a tubular furnace in order to intensify the process of heat exchange.
Keywords: heat exchange, convection camera, spiral and tape.
На нефтеперерабатывающих предприятиях широкое применение получили аппараты, предназначенные для нагрева и охлаждения сырья. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели [1; 2].
Наиболее распространенным аппаратом для нагрева сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, являются трубчатые печи. Они являются составной частью многих установок и применяются в различных технологических процессах. Исследуемая печь входит в состав установки производства дизельного топлива нефтедобывающего предприятия.
Интенсификация конвективного теплообмена путем увеличения скорости потока теплоносителя связана с затратой энергии на преодоление сопротивления при его движении вдоль поверхности обтекаемого тела, что позволяет выбрать экономически выгодную скорость теплоносителя. При оптимальной скорости дымовых газов эффективность теплообмена и затрата энергии на преодоление сопротивления создают наиболее экономически благоприятные эксплуатационные условия работы аппарата.
Интенсификация конвективного теплообмена в условиях внутренней (продольное течение) и внешней (поперечное обтекание) задачи является основным направлением улучшения габаритно-массовых характеристик конвекционных камер трубчатых печей.
Применяют следующие основные способы интенсификации теплообмена:
- конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих тур-булизации потока в пристенном слое;
- использование турбулизирующих вставок в каналах;
- увеличение площади поверхности теплообмена посредством оребрения;
- воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным и ультразвуковым полями;
- турбулизация пристенного слоя организацией пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки;
- механическое воздействие на поверхность теплообмена посредством ее вращения и вибрации;
- применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдоподвижном состоянии;
- добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.
Вероятность применения того или иного способа интенсификации для конкретных условий определяются техническими возможностями и эффективностью этого способа.
Одним из наиболее широко используемых способов интенсификации теплообмена (повышения тепло -вого потока) является оребрение наружной поверхности труб при условии направления в межтрубное пространство теплоносителя с низким значением коэффициента теплоотдачи [3]. Для развития внешней поверхности конвективных элементов печи применяется оребрение. Был проведен анализ различных видов оребрения, наиболее широкое применение получило спирально-ленточное оребрение (см. рисунок) благодаря технологичности изготовления, широкой воз-
Решетневские чтения. 2017
можности варьирования геометрией оребрения и достижения достаточно высоких коэффициентов оребрения [4].
Преимущества спирально-оребренной поверхности нагрева перед гладкотрубными:
- коэффициент теплопередачи увеличивается до 50 %;
- расход труб сокращается до 50 %;
- общий вес конвекционной камеры снижается на 30-40 %;
- ресурс работы поверхности нагрева увеличивается в 2-3 раза за счет снижения скорости в шахтах и, в связи с этим, происходит уменьшение абразивного износа;
- уменьшение на 20-30 % аэродинамического сопротивления за счет снижения скорости дымовых газов;
- снижение температуры дымовых газов за счет увеличения поверхности нагрева без расширения шахты [5].
ВЧ-сварка
Спирально-ленточное оребрение трубы: к - высота ребра; Г - шаг оребрения; 5 - толщина трубы; << - диаметр гладкой трубы; Б - диаметр оребренной трубы;
5 - толщина ребра
Процесс оребрения заключается в приварке к наружной стенке трубы металлической полосы (ребра) непрерывным швом. После окончания цикла производства труба в термической и других видах обработки не нуждается. Высокочастотная сварка позволяет надёжно закрепить ребро на поверхности и обеспечить максимально эффективную теплопередачу от транспортируемого материала к телу рёбер. Трубы, оребрённые способом спиральной приварки, способны выдерживать большие нагрузки, скачки давления, перепады [4].
Эффективность использования оребрения труб конвекционной камеры подтверждена расчетами, согласно которым площадь поверхности теплообмена
увеличилась на 44 %, а коэффициент теплопередачи на 60 %, что свидетельствует о наиболее эффективном протекании процесса теплообмена на оребренной поверхности труб.
Представленное спирально-ленточное оребрение рекомендуется устанавливать в конвекционных камерах трубчатых печей в процессах переработки и добычи нефти.
Библиографические ссылки
1. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа : учеб. пособие / С. А. Ахметов [и др.] ; под общ. ред. С. А. Ахметова. СПб. : Недра, 2006. 868 с.
2. Ентус Н. Р., Шарихин В. В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М. : Химия, 1987. 304 с.
3. Теплообменные аппараты : учеб. пособие / Б. Е. Байгалиев [и др.]. Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012. 180 с.
4. Методические указания «Теплообмен оребрен-ных поверхностей» к практическим занятиям по дисциплине «Теплообмен в производственных процессах АПК» / А. Г. Цубанов, И. А. Цубанов, С. И. Синица. М. : БГАТУ, 2006. 25 с.
5. Урал, КотлоМашЗавод [Электронный ресурс] / Центр информ. технологий РГБ. А.: Рос. гос. б-ка, 2014. URL: http://www.uralkmz.ru.
References
1. Technology and equipment for oil and gas processing : textbook / S. A. Akhmetov [et al.] ; under the Society. Ed. S. A. Akhmetov. SPb. : Nedra, 2006. 868 p.
2. Entus N. R., Sharikhin V. V. Tubular furnaces in the oil refining and petrochemical industry. M. : Chemistry, 1987. 304 p.
3. Heatexchange devices : manual / B. E. Baygaliyev [et al.]. Kazan : Publishing house Kazan. state. техн. un-that, 2012. 180 p.
4. Methodical instructions "Heat exchange of finned surfaces" for practical training in the discipline "Heat exchange in industrial processes of the agroindustrial complex" / A. G. Tsubanov, I. A. Tsubanov, S. I. Sinitsa. М. : BGATU, 2006. 25 р.
5. Ural, KotloMashZavod [Electronic resource] / Center inform. technologies of the RSL. A .: Ros. state. б-ка, 2014. Available at: http://www.uralkmz.ru.
© Иванова Ю. А., Кожухова Н. Ю., 2017
