【苏丹黑格里格原油加工管式加热炉的工艺设计计算案例5800字】

苏丹黑格里格原油加工管式加热炉的工艺设计计算案例 1 2 2 21.3加热炉总热负荷 2 3 31.4.1燃料的低发热值 31.4.2燃烧所需的理论空气量 31.4.3烟气组成 4 6 6 61.5.3炉效率7 7 7 71.5.6烟道气流量 7 71.1.1辐射室的热负荷 71.1.2辐射管管壁的平均温度 71.1.3辐射管加热表面积、管径及管程数的确定 8 81.1.5对流室主要尺寸(圆筒炉) 9 1.7.1对流室的热负荷 1.7.2对流室的传热计算 20 1.8.1确定汽化段的当量长度 201.8.2汽化段中气液两相的混合流速 201.8.3汽化段的压力降 21 23 24 加热至所需温度，然后进入下一设备进行精馏等反应5。管式加热炉的传热方式1.2.1被加热介质(1)冷原油(流量取原油的25%)G₁=437500×0.25=109375kg/hd2⁰=0.8796g/cm³(2)饱和水蒸汽出炉温度t₂=200℃G₂=9511.74kg/h进口温度tɪ=180℃出口温度t2=420℃进口压力P₁=1.0MPa(3)闪底油出口压力P₂=0.3MPaG₃=403725kg/h进口温度tr=290℃出口温度t₂=360℃d2⁰=0.9188g/cm³e=23.57%(体积分数)=22.56%(质量分数)因采用双圆筒炉并联操作，所以初始加热量均取(1)全炉热负荷：Q=QF₁+Qw+QF3(2)冷进料吸热入炉温度ti=120℃,查图3-1411可得：焓值Iɪ=65kcal/kg出炉温度t2=200℃,查图3-1411可得：焓值I2=112kcal/kg则QF₁=G₁(I₂-I₁)=54687.5×(112-65)=2.57×10⁶kcal/kg(3)水蒸气吸热1)当入口温度为ti=180℃,入口压力为1.0MPa下时，焓值Is₁=677.0kcal/kg2)当出口温度为t2=420℃,出口压力为0.3MPa下时，焓值Is2=792.5kcal/kg所以水蒸汽吸热为：Qw=4755.87×(792.5-677.0)=0(4)闪底油吸热1)闪底油进口温度为t1=290℃,查图3-242可得：焓值Ii=171kcal/kg2)闪底油出口温度为t2=360℃,查图3-242可得：液相焓值IL=217kcal/kg,气相焓值Iv=270kcal/kg所以QF3=201862.5×[0.2256×270+217×(1-0.2256)-171]=11.70×10⁶kcal/h则全炉热负荷为：Q=QF1+Qw+QF₃=2.57×10⁶+0.55×10⁶+11.70×10⁶=1取原油的减压渣油为加热燃料，根据原油评价报告上的渣油性质，可得到其组成如下：则燃料的低发热值为：=81×87.01+246×12.56+26×0.08=10139.65kcal/kg燃料L=0.116C%+0.348H%+0.0过剩空气系数取α=1.2,则Lo=αL=1.2×14.47=17.36kg空气/kg燃料(1)烟气含量nco₂=0.8701×1000/12=72.nso₂=0.0008×1000/32=0.02nN₂=0.768×α×L₀=0.768×1.2×17.36×1000/28=571nH₂o=0.1244×1000/2=62.no₂=0.232×(1.2-1)×18.72×1000/32=27.14mol所以n总=72.51+0.025+571.39+62.2+27.14=733.265mol(2)各组分占烟气含量的摩尔分数(3)每千克燃料产生的烟气质量ma=44nco₂+64nso₂+28nN₂+18nH₂=(44×72.51+64×0.025+28×查文献[15P11LY-100-表3可得到常用气体的热焓值，汇于表温度℃N₂77.92%以温度为横坐标，以焓值为纵坐标，绘制温焓图，如下图所示：温度(℃)带入炉内的显热。即：Qm=Qɪ+Q+Q₈(2)燃料带入炉内的显热QQ=(0.415+0.0006×120)×120=58.44kcallkg燃料(3)空气带入炉内的显热Q空气入炉温度取25℃,查LY-100-表315可得I₅=6kcal/kg所以Q₅=aL₀I₅=1.2×17.36×6=124.99kcal/kg燃料出炉热量包括被加热物料的有效利用能量Q,烟气带出热量Q₀,炉壁散热(1)烟气带出的热量对流段烟气出口温度取比最低进料温度高100℃,则tri=120+100=220℃。查(2)炉壁损失热量取全炉热损失为3%,则炉壁热损失为：(3)有效利用能量假设总额定喷气能力比实际燃料用量大30%,选取标准火嘴为300所W=B(1+W+L₀),取W₅=0.5,则前已计算出加热炉全炉热负荷为14.82×10⁶kcal/h,现辐射室热负荷取全炉热负荷的70%,即：QR=0.7Q=0.7×14.82×10⁶=10.374×10⁶kcal/h=12.06MWT=T₂-0.8(T₂-t₁)=360-T₁—一对流段物料的入口温度，℃T₂—一辐射段物料的出口温度，℃查表5141,选取辐射管表面热强度qR=32.56KW,则辐射段炉管表面积为：根据表5141,取冷油流速ur=1.5m/s,管程数取N=4,则辐射管管径为：查附表一141,可选用φ127×6炉管(光管),管心距为：Sc=2.1d.=2.1×0.127=0.(1)高径比(辐射炉管直段长度L与节圆直径D之比)查表6141,因节圆直径较大，所以高径比可取小一点，取高径比L/D=1.8。查附表一14国产炉管规格可知：可选取长度Le=12m的加热炉管。(3)炉管数根=78根实际炉管数取：4×20=80根(管程数N=4)炉膛直径：D=D'+3d。=6.80+3×0.127=7.181m炉膛高度：H=L+1=12+1=13m1.1.5对流室主要尺寸(圆筒炉)(1)对流室长L=D-1.25-5.4d.=7.181-1.25-5.4×0.1(2)对流室宽根据以下两式，可联立求得对流室宽S以及每排管子数nw取G₈=2.5kg/m²●s,则L=3.61m。取L=3.7m,则a=0.6因为2<G₈<4此时L、S满足条件。管心距取对流管外径的2.1倍，即S。=2.1d.,查图514可得有效因数α=0.86(单排单面管),所以：2)遮蔽管当量冷平面：Ac=n.LSc=8×5.25×0.267=11.214m²3)总当量冷平面面积：φApa=220.44+11.214=231.66m²(2)炉膛总的面积为：(3)比值：由表914可查得：烟气平均辐射长度为：L=假设辐射段烟气出口温度为T₈=700℃,查图714,得烟气的辐射率ε=0.625。由以及气体辐射率=0.625,查图814可得：F=0.675。过剩系数取α=1.2,辐射段烟气出口温度T=700℃,查图4-716得：假设辐射室热损失为2%,即据前计算：t=304℃=577.15K,tw=382℃=655.15K假设不同的tg,作出吸收曲线。可通过作图法求辐射室出口的烟气温度。首先，根据吸收曲线的数据作出a当t=700℃时，,由此可确定出A点(973.15,85.51)可得气体辐射率为0.585;再根据气体辐射率查图8[14可得交换因数F=0.641B传热速率方程QR=(1-0.02-0.38)×10323.08×1647.62=10.21×10⁶kcal/h占加热炉总热负荷的百分数：QR/Q=10.21/14.82=68.89%(2)辐射管表面热强度qR(3)辐射室油品入口温度τQ出=G₃[ely+(1-e)Iz]=201862.5×[0.2256×270+217×(1-0.2256)[(46.22-10.04)×10⁶]/G₃=(36.18×10⁶)/201862.5=179.23kcallkg查图3-1411,可得温度为304℃。Q.=Q-QR=(14.82-10.21)×10⁶=4(1)对流室下段(闪底油)的传热计算(管程数N=4)1)传热温差及热负荷闪底油吸收的热量为：Qc=Q₃-QR=(11.76-10.21)×10⁶=1.55×10⁶kcal/hH₁₂=220.07kcal/kg假设烟气出口温度为t₂,比焓值为H₁,根据热平衡(假设热损失为1.1%)可得：1.72×10⁶=31074.11(220.07-H查图1.1,可得t2=597.5℃,即为烟气换热后的温度。2)管内膜传热系数h选用φ127×6标准钉头管，管心距S。=2.1。=0.267m,取nw=8管径di=0.115m,则管内介质质量流速为：h,=1.5G)⁸1d9²=1.5×1349.61⁰8/0.115⁰²=738.11kc3)管外膜传热系数(对流段采用钉头管)a钉头管表面传热系数h₃=9.44×G8667T⁸31d9333=9.44×2.950667×684.5°³/120333=60.20k本设计采用的是钉头为φ12的标准钉头，其中，钉头高为0.025m。当h=46.27kcal/(m²h℃)时，查图1514可得钉头效率为：Ω₅=0.923d钉头管外膜传热系数4)总传热系数K/(m²h℃)5)对流管管排数及表面积6)对流管表面热强度(2)对流室中段(饱和水蒸汽)的计算(管程数N=1)1)热负荷及传热温差由前计算可知：水蒸汽吸热为：Qc₂=Qw=0.55×10⁶kcal/h烟气，设烟气出该段的温度为t₂,比焓为H₁,根据热平衡可得：(假设热损失为1.1%)Q.2=W(H₁₂-H₁)(1-1.1%),代入数据：0.55×10⁶=31074.11(164.1-H₁)×0.989,则H₁=141.20kc查图1.1,可得t₂=538.0℃,即为烟气换热后的温度。水蒸汽420℃←180℃2)管内膜传热系数h,为便于安装，也选用φ127×6标准钉头管，管径d:=0.115m,管心距贝贝L.=3.7m因为2<G₈<4此时L、S满足条件。则：h,=5G981d⁹²=5×127.198/0.115⁰3)管外膜传热系数(对流段采用钉头管)a钉头管表面传热系数查图1514可得钉头效率为：Ω,=0.924c钉头管光管部分管外的对流传热系数d钉头管外膜传热系数4)总传热系数K5)对流管管排数及表面积(6)对流管表面热强度(3)对流室上段(冷原油)的传热计算(管程数N=2)1)热负荷及传热温差由前计算可知：冷原油吸热为：Qc3=QF1=2.57×10⁶kcal/h烟气进入该段的温度为tr=538℃,查图1.1可得：其焓值为H₁₂=141.4kcal/kg烟气，设烟气出该段的温度为t2,比焓为Hi₁,根据热平衡可得：(假设热损失为1.1%)Q₃=W(H₁₂-H₁)(1-1.1%),代入数据：2.57×10⁶=31074.11(141.4-H+1)×0.989,则H₁1=62.77kcal/h查图1.1,可得t2=231.7℃,即为烟气换热后的温度。传热温差：烟气538℃→231.7℃冷原油200℃←120℃所以烟气平均温度2)管内膜传热系数h选用φ127×6标准钉头管，管心距S。=2.1。=0.267m,取n=8管径d₁=0.115m,则管内介质质量流速为：h,=1.5G3/d⁰²=1.5×731.26⁰8/0.115⁰²=452.07kc3)管外膜传热系数(对流段采用钉头管)a钉头管表面传热系数h,=9.44×G⁶7T³1d9333=9.44×2.9567×366.96⁰³/12333=49.93k所以包含污垢热阻在内的钉头表面传热系数h为：b钉头效率采用φ12的标准钉头，钉头高为0.025m。当h,=39.96kcal/(m²h℃)时，查图1514可得钉头效率为：Ω₅=0.926d钉头管外膜传热系数(4)总传热系数K(5)对流管管排数及表面积(6)对流管表面热强度对流室管总排数为：N总=N₁+Ne₂+Ne3排对流室炉管总数为：18×8=144根设全炉热损失为2%,则全炉热效率为：闪底油的焦点温度为568.8℃,焦点压力为5.02MPa辐射管出口温度为360℃,气化率e=23.57%(体积分数)=22.56%(质量分数),辐射管出口处气液两相的混合焓为：I₀=ely+(1-e)I=0.2256×270+(1-0.2256)×217=22I;=180kcal/kg假设Pe=0.4MPa,I;=180kcal/kg开始汽化时的温度为357.6℃,查图3-1411可得其液相焓值为：Ie=214kcal/kg查表6-161,取φ=60。所以辐射管的当量长度为：汽化段平均温度为：汽化段平均压力为：取平均摩尔质量为：Pv=(0.216+0.4)/2=0.308MPaMy=200kg/kmol平均条件下的气相密度为：液相密度为：P₁=P₂o-γ(T-20)=0.8727-0.00064(358.5-20)=0.6561g/cm³汽化段平均气化率为：汽化段气液两相的混合密度为：混合流速为：1.8.3汽化段的压力降汽化点处的压力为：P'=0.216+0.186=0.402MPa,与假设的压力相近，但还差一点，需重复计算。(1)重复计算假设Pe=0.5MPa,根据图5.1可得：汽化点温度为：358.6℃辐射管入口温度为304℃,查图3-1411可得其液相焓值为：I;=180kcallkg开始汽化时的温度为358.6℃,查图3-1411可得其液相焓值为：Ie=215kcal/kg(2)汽化段中气液两相的混合流速Mv=200kg/kmol,/m³(3)汽化段的压力降汽化点处的压力为：P=0.216+0.155=0.371MPa,与假设不符。(4)作图法求解汽化段压力第一次计算结果比值：1:第二次计算结果比值：2:1、2两点与横轴交于点3(0.407,1.000),即汽化点处的压力为0.407MPa。32当汽化段压力为0.407MPa时，查闪底油的P-T-e相图可得汽化点温度为357.9℃,查图3-1411得：液相焓值为：214.5kcal/kg。则汽化段当量长度为：所以辐射管加热段的当量长度为：L=LR-Le₁=371.1-109.6=261.5m所以汽化点以前的总当量长度为：L=L+Lcon=261.5+199.7=461.2m(1)汽化点以前的平均温度为：(357.9+290)/2=323.95℃液相密度为：PL=P₂-γ(Ty-20)=0.8727-0.00064(323.95-20)=0.6取平均摩尔质量为：My=200kg/kmol,则平均条件下的气相密度为：则气液两相混合密度为：(3)管内平均流速为：(5)汽化点以前炉管的压力降：所以炉管总压力降为：△Pe=0.191+0.所以炉管入对流室的压力为：P=0.2153+0.216=0.4313MPa1.9烟囱的设计计算1.9.1烟囱的直径取烟气质量流量G₈=3.0kg/(m²·s),则烟囱直径为：1.9.2烟囱及对流室产生的抽力炉膛高H=13m,对流室高H.=4.16m,辐射室烟气出口温度为781.08℃=1059.23K,对流室烟气的平均温度为t均=(684.5+567.23+3