CC BY
362
УДК 662.753.004.18
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКОВ КОМПРЕССОРНОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
С. В. Корнеев, А. М. Дёмин, М. А. Дёмин, В. Н. Сорокин, А. Н. Кабаков
Аннотация. В статье приведены данные о причинах появления загрязнений и их влиянию на характеристики работы теплообменного оборудования. На основе спектрального анализа сделаны выводы о примесях, которые вызывают загрязнение трубного и межтрубного пространства.
Ключевые слова: теплообменное оборудование, загрязнение, диагностика, коэффициент теплопередачи.
В нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности широко применяются теплообменные аппараты, используемые в качестве подогревателей, испарителей, холодильников, конденсаторов и тому подобное.
Для непрерывных процессов теплопередачи, которые применяются в нефтепереработке и нефтехимии тепловой поток можно определить по формуле:
д=кдад^
ср
где К - кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий
скорость переноса теплоты;
Д1ср - средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), по поверхности теплопередачи;
Р - площадь контакта.
Из этого уравнения вытекает, что при заданной поверхности теплообмена, постоянной разности температур обеспечить необходимую теплопередачу можно за счет поддержания высокого коэффициента теплопередачи.
Тепловой поток О обычно определяют из теплового баланса.
В процессе эксплуатации теплообменников коэффициент теплопередачи уменьшается.
Уменьшение коэффициента теплопередачи в теплообменниках масляных компрессоров вызывают отложения продуктов окисле-
ния масла, которое интенсивно происходит при высоких температурах и давлениях в присутствии кислорода воздуха. Из-за отложений коэффициент теплопередачи может изменяться в несколько раз, что влияет на эффективность работы теплообменного оборудования.
Практически все процессы в нефтепереработке и нефтехимии протекают при повышенных температурах. Доля теплообменного оборудования на нефтеперерабатывающих заводах превышает 30%, в связи с чем эффективное его использование может значительно сократить затраты на топливо при нагревании сырья до требуемой температуры, а также снизить потребление оборотной воды и электроэнергии, которые используются для охлаждения продуктов нефтепереработки. Особенно распространены рекуперативные теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды. В качестве разграничителя, чаще всего, используется трубный пучок, в межтрубном пространстве которого движется теплоноситель.
Существенное влияние на эффективность теплообменников оказывают различные отклонения в интенсивности теплопередачи, связанные с дополнительным термическим сопротивлением. Рост термического сопротивления происходит из-за отложений в межтрубном пространстве, а так же с байпасными перетечками теплоносителей, с неравномерными гидравлическими сопротивлениями в каналах пучка труб. [1]. (Рис.1.)
Рис. 1. Изменение коэффициента теплопередачи, производительности, разности температур на горячей стороне теплообменника от состояния межтрубного пространства теплообменника
Для гидрогенизационных процессов, таких как гидроочистка дизельных топлив и бензинов байпасные перетечки на сырьевых теплообменниках сразу же будут обнаружены по ряду признаков. В первую очередь, по результатам аналитического контроля, особенно, если учесть повышение требований по степени очистки. Кроме того, если перетечки возникли при эксплуатации теплообменника, то это повлияет и на величину давления в реакторе, а также на перепад давления в реакторе. Быстрое обнаружение перетечек позволяет оперативно их устранять. В связи с этим влияние данного параметра на эффективность работы теплообменника при удовлетворительных результатах аналитического контроля можно исключить.
Если процесс теплообмена рассматривать при определенных загрузках по сырью, то можно говорить и об исключении влияния неравномерности гидравлических сопротивлений в каналах пучка труб.
Следовательно, основной причиной, оказывающей влияние на изменение коэффициента теплопередачи, а, следовательно, и на эффективность работы, при эксплуатации теплообменников в стационарном режиме, является термическое сопротивление загрязнений, которые откладываются на стенках труб.
В процессе эксплуатации теплообменного оборудования его коэффициент теплопередачи изменяется в большом диапазоне и по ряду причин:
- из-за накопления загрязнений, которые откладываются на наружной и внутренней поверхности труб (теплопередающей поверхности);
- из-за изменения режима течения теплоносителя (холодного и горячего);
- из-за начальных температур потоков теплоносителей;
- из-за тепловых потерь с наружной поверхности аппарата, которые зависят от состояния теплоизолирующего покрытия;
- из-за изменения физических свойств потоков в результате изменения составов теплоносителей.
Если рассматривать какой-либо процесс, протекающий в нефтеперерабатывающей промышленности, то можно говорить о том, что когда процесс становится стационарным, потоки по своему составу практически не изменяются. Это позволяет предположить, что изменение коэффициента теплопередачи с течением времени не зависит от состава, который для выбранного процесса можно рассматривать как постоянную величину, а также от физических свойств потоков, так как входные температуры при стационарном режиме можно считать также постоянными величинами. Кроме того, при стационарном характере процесса и режим течения не изменяется.
Для гидрогенизационных процессов, таких как гидроочистка дизельных топлив или гидроочистка бензинов характерно наличие продуктов вторичных процессов, в которых присутствуют непредельные углеводороды. Это приводит к тому, что на стенках теплообмен-ных труб в межтрубном пространстве образуется значительное количество отложений в результате полимеризации непредельных углеводородов или коксообразования.
Спектральный анализ состава отложений (Таблица 1) показал, что внутритрубные от-
ложения состоят в основном из хлорида аммония. Причиной их образования является присутствие хлороводорода в водород содержащем газе поступающим с установки ри-форминга. Отложения в межтрубном пространстве теплообменников состоят из продуктов поликонденсации и осмоления непредельных углеводородов, а также продуктов коррозии технологического оборудования.
При эксплуатации эти отложения снижают коэффициент теплопередачи и если не производить очистку теплообменников по межтрубному пространству, то потери тепла, которые необходимо восполнять дополнительным сжиганием топлива на печах приведут к увеличению затрат на топливо. Постепенное накопление отложений в межтрубном пространстве приводит к увеличению гидравлического сопротивления теплообменника, деформации труб и может привести к полной остановке установки из-за нарушения норм технологического регламента (ограничения по перепаду давления между всасывающей и
нагнетающей магистралями циркуляционного компрессора), а это приведет к значительным потерям от недовыработки целевой продукции.
Отложения в межтрубном пространстве теплообменников могут вызвать смещение перегородок по ходу движения газо-сырьевой смеси, что приводит к деформации труб и невозможности качественной очистки межтрубного пространства. При таких неисправностях трубный пучок приходится выбраковывать, не смотря на то, что внутренняя поверхность труб не загрязнена. В результате этого трубные перегородки смещаются по ходу движения газо-сырьевой смеси, трубы деформируются, таким образом, что невозможно осуществить качественную очистку межтрубного пространства и трубный пучок надо отбраковывать.
В таблице 1 приведены данные анализа отложений взятых из межтрубного и трубного пространства теплообменника гидроочистки дизельного топлива.
Таблица 1 - Результаты анализа состава отложений
Показатель Анализируемый осадок
Т-8 Т-5 Т-5 Т-7
(межтрубное) (межтрубное) (трубное) (межтрубное)
Доля нерастворимых в во- 97,5 88,8 1,9 98,2
де, % по массе
Доля нерастворимых в геп- 97,7 53,1 57,4 98,9
тане, % по массе
рН водяной вытяжки 5,1 4,7 4,7 5,5
Катионно-анионный состав
пробых, % масс
Б2- - - - -
С1- 0,08 0,2 47 0,09
БО42- 1,1 5,4 0,17 0,18
БОз2- - - - -
ЫИ4+ 0,15 1,76 50 0,05
Содержание серы в исходной пробе, % масс 3,76 9,1 - 3
Элементный состав осадка, 3,32 19,39 0,17 0,42
% масс: Ре
№ 0,05 0,03 0,003 0,01
Са 0,03 0,03 0,003 0,01
Б1 0,25 0,16 0,015 0,033
А1 0,21 0,08 0,04 0,016
Со 0 0 0,002 0
Мо 0,07 0,06 0,03 0,004
х Для водной вытяжки.
Таким образом, изменение коэффициента теплопередачи по времени можно рассматривать как функцию отложений загрязнений на стенках теплопередающей поверхности и изменение его можно считать диагностическим показателем для оценки загрязнённости и определения периодичности очистки межтрубного пространства теплообменника. Перспективным видится и подбор режимов движения и состава сырья и теплоносителей для минимизации отложений в межтрубном пространстве с целью увеличения периодичности очистки теплообменников и сокращения эксплуатационных затрат.
Библиографический список
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Изд. 2-е. в 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. - С.400
IMPROVING THE EFFICIENCY OF HEAT
EXCHANGERS, COMPRESSORS AND PROCESS EQUIPMENT
S. V. Korneev, A. M. Demin, M. A. Demin,
V. N. Sorokin, A. N. Kabakov
The paper presents data on the causes of the emergence of pollution and their effects on the characteristics of heat exchange equipment. On the basis of spectral analysis of conclusions about the impurities that cause pollution of the pipe and the annulus.
Корнеев Сергей Васильевич - доктор технических наук, профессор. Основные направления научной деятельности - Рациональное использование нефтепродуктов. Общее количество опубликованных работ: 102.e-mail: [email protected].
Дёмин Александр Михайлович - соискатель ОмГТУ.
Дёмин Максим Александрович - магистрант кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование» ОмГТУ.
Сорокин Владимир Николаевич - д.т.н., профессор, каф. «Прикладной механики» ОмГТУ.
Кабаков Анатолий Никитович - д.т.н., профессор, каф. «Вакуумной и компрессорной техники и технологии» ОмГТУ
УДК 355.691.1
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТРЕБНОГО КОЛИЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПЕРЕВОЗОК СНАБЖЕНЧЕСКИХ
И ЭВАКУАЦИОННЫХ ГРУЗОВ
П. Ф. Кривоусов
Аннотация. На основании изложенного в статье материала определяется состав автомобильной колонны, путем проведения расчетов подвоза материальных средств и вывода эвакуационных грузов, посредством расчета оптимальным способом, позволяющим наиболее эффективно использовать автомобильный транспорт.
Ключевые слова: подвоз, расчет, эффективность.
Как правило, автомобильная колонна, выполняя боевую задачу, подвозит в боевые подразделения снабженческие грузы, а обратным рейсом вывозит эвакуационные, тем самым повышается эффективность использования автотранспорт, а именно, коэффициент использования пробега (КИПр) приближается
к 1,0. Другой способ повышения эффективности - применение автопоездов.
Из собственного опыта планирования автомобильных перевозок, расчет потребного количества автотранспорта на снабженческие и эвакуационные перевозки целесообразно начать с расчета вывоза эвакуационных гру-
