| |||||
МЕНЮ
| Моделирование математического процесса теплообмена в теплообменнике типа труба в трубеМоделирование математического процесса теплообмена в теплообменнике типа труба в трубеМинистерство образования Республики Татарстан Альметьевский нефтяной институт Кафедра Автоматизации и информационных технологий КУРСОВАЯ РАБОТА на тему «Моделирование математического процесса теплообмена в теплообменнике типа “труба в трубе”» Выполнил: студент гр.38-61 Шакиров Р.И. Тугашова Л.Г. Альметьевск 2002 год. Описание технологического процесса КУПВСН. Сырая нефть (газожидкостная смесь) с бригад №1,2,3 нефтепромысла №3 Вся жидкость с промыслов после предварительного холодного сброса общим
потоком поступает в каплеобразователь. Каплеобразователь – труба диаметром Контроль за межфазным уровнем осуществляется с помощью прибора “Элита”
на отстойниках 1,2,3,6,7,8 и визуальна через контрольные краники. Сброс
воды из отстойников производится автоматически клапанами-регуляторами
исполнения ВЗ (воздух закрывает). При увеличении уровня выше допустимого
сигнала прибора ”Элита” поступает через вторичный прибор и КПС Нефть из отстойников предварительного сброса через буферную емкость Е-4 поступает на прием сырьевых насосов, куда подается деэмульгатор в количестве 15-25 г/т. Сырьевыми насосами типа ЦНС-180/120 нефть прокачивают через трубные
пространства теплообменников 1, 1+6 две гурьевские печи, третья в резерве,
отстойниках первого горячего отстоя. В трубах теплообменников сырая нефть
подогревается теплом уходящей с установки готовой нефти до 20-300С, после
чего поступает в гурьевские печи. В гурьевских печах происходит нагрев до Технологическая обвязка отстойников предварительного холодного сброса воды, первая группа горячего отстоя осуществлена так, что они могут работать параллельно, последовательно и взаимозаменять друг друга. В отстойниках первой и второй группе горячего отстоя происходит обессоливание нефти в электрическом поле. Обессоливание производится за счет вымывания солей из нефти пресной водой подаваемой в поток нефти перед электродегидраторами (периодически при ухудшении качества). Пресная вода перемешивается с нефтью, образует нестойкую эмульсию, которая разрушается в электрическом поле электродегидраторов. Электроды также включаются периодически при ухудшении качества подготовки нефти. Внутренняя начинка отстойников первой группы горячего отстоя аналогична начинке отстойников предварительного сброса. Ввод нефти в отстойнике может осуществляться через верхние или боковые патрубки. Толщина водяной подушки в отстойниках первой группы горячего отстоя
поддерживается около 40 см. Контроль уровня и сброс дренажных вод
осуществляется так же как на отстойниках предварительного холодного сброса
воды. В отстойниках второй группы подушка отсутствует. Вода, отстоявшаяся в
этих отстойниках направляется в каплеобразователь для повторной обработки и
использованию тепла. Контроль раздела фаз нефть-вода в электродегидраторах
осуществляется по контрольным краникам, а поддержание уровня производится
автоматикой. Очистка сточных вод осуществляется на очистных сооружениях при В состав очистных сооружений входят 4 шт отстойника V=200 м3, РВС – 5000 Краткая теория по теплообменникам. В химической промышленности широко распространены тепловые процессы - нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках). Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому для осуществления различных тепловых процессов, например, нагревания, охлаждения, кипения, конденсации или более сложных физико-химических процессов – выпарки, ректификации, абсорбции. Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена. Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. В качестве прямых источников тепла в химической технологии используют главным образом топочные газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания топлива, и электрическую энергию. Вещества, получающие тепло от этих источников и отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, носят название промежуточных теплоносителей. К числу распространенных промежуточных теплоносителей относятся водяной пар и горячая вода, а также так называемые высокотемпературные теплоносители - перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости (и их пары), расплавленные соли, жидкие металлы и их сплавы. В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур (10-300С) применяют в основном воду и воздух. Все теплообменные аппараты по способу передачи тепла разделяются на две большие группы: поверхностные теплообменные аппараты и аппараты смешения. В поверхностных аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется с участием твердой стенки. Процесс теплопередачи в смесительных теплообменных аппаратах осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей. Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. В регенеративных теплообменных аппаратах теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая в один период нагревается, аккумулируя тепло «горячего» теплоносителя, а во второй период охлаждается, отдавая тепло «холодному» теплоносителю. Рекуперативные теплообменные аппараты классифицируются по следующим признакам: . По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния: паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо- газовые; паро-газовые. . По конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками; спиральные; пластинчатые; змеевиковые. . По компоновке поверхности нагрева: типа «труба в трубе»; кожухотрубчатые; оросительные аппараты. Теплообменные аппараты поверхностного типа, кроме того классифицируются по назначению (подогреватели, холодильники и т.д.); по взаимному направлению теплоносителей (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числу ходов и т.д. Описание работы объекта. При истечении жидкостей в теплообменнике температура их изменяется: горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Характер изменения температуры жидкости, движущейся вдоль поверхности нагрева, зависит от схемы ее движения. В теплообменных аппаратах применяются в основном три схемы движения жидкостей: . прямоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают параллельно; . противоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают в противоположном друг другу направлении; . перекрестная, когда жидкости протекают в перекрестном направлении. А. Б. Рис. 1. Схема движения жидкостей в теплообменнике типа «труба в трубе» при прямотоке (А) и противотоке (Б). Рис. 2. Односекционный теплообменник «труба в трубе». Расчетная часть. tx1 — входная температура холодной нефти, 0С; Tx2 — выходная температура нагретой нефти, 0С ; Gг — расход горячей нефти, кг/с;
tг1, tг2 — соответственно температура горячей нефти на входе и выходе, 0С. Регрессионный и корреляционный анализ. Линейная регрессия от одного параметра. T(G) = 30,545 – 5,193·10-3·G Параболическая регрессия. [pic] [pic] [pic] [pic] T(t)= 42,769 –2,895·t + 0,144·t2 Метод множественной корреляции. T(G,t) = 26,664 – 0,0036·G + 0,274·t Тепловой расчет теплообменника «труба в трубе». Исходные данные: Для греющей нефти: Cp60= 1,9 [pic] ?c= 25 мм [pic] [pic] Критерий Рейнольдса для потока греющей нефти: Тепловой баланс: Уравнение динамики процесса теплопередачи. Теплообменник является сложным объектом с распределенными параметрами. Рассмотрим теплообменник типа «труба в трубе». В данном случае рассматривается процесс теплообмена между двумя жидкостями, протекающие в концентрически расположенных трубках, когда нагреваемой является жидкость во внешней трубке. Для данного теплообменника можно записать следующие уравнения, которые характеризуют процесс теплообмена. В этих уравнениях индекс ‘1’ относится к внутреннему потоку, а индекс ‘2’ ко внешнему потоку. Уравнение для потока в трубке: [pic] [pic] [pic] Введем обозначения [pic] [pic] Уравнение для стенки трубки: Уравнение для потока в межтрубном пространстве: [pic] Оптимизация технологического процесса. Для данного технологического процесса (теплообмен между жидкостями) применим метод оптимизации – метод сканирования. Запишем статическую функцию объекта: T(G,t) = 26,664 – 0,0036·G + 0,274·t Составим программу оптимизации: [pic] Вывод: программа определила максимальную температуру нагреваемой нефти на
выходе из теплообменника Выводы по проделанной работе. 1. Корреляционный и регрессионный анализ работы объекта показал, что
зависимость выходной температуры нагреваемой нефти от расхода не
наблюдается, так как, во-первых, коэффициент корреляции меньше нуля 2. В ходе теплового расчета теплообменника выяснились следующие тепловые показатели аппарата: . коэффициент теплоотдачи от нагревающей жидкости к стенке трубки [pic] . коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой нефти [pic] . коэффициент теплопередачи [pic] [pic] разница между количеством переданной теплоты и принятой теплоты не очень велика. 3. Было получено следующее уравнение динамики процесса теплообмена [pic] [pic] 4. Оптимизация процесса теплообмена было проведено по статической функции объекта T(G,t) = 26,664 – 0,0036·G + 0,274·t. Выяснилось, что . максимальная выходная температура нагреваемой нефти равна [pic] . оптимальная входная температура нагреваемой нефти равна [pic] . оптимальный расход нагреваемой нефти равен [pic] Список литературы: 1. Кафаров “Методы кибернетики в нефтехимической промышленности”. 2. Бояринов, Кафаров “Методы оптимизации”. 3. Лутошкин Г.С. “Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту” 4. Юренев В.Н., Лебедев П.Д. Теплотехнический справочник. Том №2. Содержание: 1. Описание технологического процесса КУПВСН стр. 1 2. Краткая теория по теплообменник стр.3 3. Описание работы объекта стр. 6 4. Расчетная часть стр.7 4.1. Регрессионный и корреляционный анализ стр. 9 4.2. Тепловой расчет теплообменника «труба в трубе» стр.13 4.3. Уравнение динамики процесса теплопередачи стр. 16 4.4. Оптимизация технологического процесса стр. 19 5. Выводы по проделанной работе стр. 20 6. Список литературы стр. 22 ----------------------- tн tк Тк tн tк Тн Тк Gг , tг1 tг2 tx2 Gx , tx1 |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|