ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕННИКА

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день нехватка сырья негативно влияет для полноценное функционирование многих нефтеперерабатывающих заводов. Это приводит к использованию тепловых ресурсов завода в не полном объеме. Основным решением этих проблем является полноценное использование тепловых поверхностей аппаратов с улучшением гидродинамических режимов потока сырья. Для этого нами рекомендовано использовать стержни в трубах теплообменника для активного теплообмена. Проведенные эксперименты показывают, что температура нефти с повышением расхода снижается от 70 до 55^оС, с установкой стержня диаметрами от 10 до 15 мм на теплообменной трубе выходная температура сырья значительно поднимается от 2 до 10^оС за счёт повышение активной поверхности.

ABSTACT

To date, the shortage of raw materials has a negative impact on the full functioning of many refineries. This leads to the use of the thermal resources of the plant in an incomplete volume. The main solution to these problems is the full use of the thermal surfaces of the apparatus with improved hydrodynamic flow regimes of raw materials. To do this, we recommend using rods in the heat exchanger tubes to increase the active heat exchange surface. The experiments show that the oil temperature decreases from 70 to 55 ° C with an increase in flow, with the installation of a rod with diameters from 10 to 15 mm on the heat exchange pipe, the output temperature of the raw material rises significantly from 2 to 10 ° C due to an increase in the active surface, depending on the diameter of the rod.

Ключевые слова: нефть, газовый конденсат, нафта, керосин, дизель, стержень, температура.

Keywords: oil, gas condensate, naphtha, kerosene, diesel, rod, temperature.

На сегодняшний день наблюдается определенная нехватка сырья, что негативно сказывается на полноценном функционировании многих нефтеперерабатывающих заводов. Это приводит к использованию тепловых ресурсов завода не в полном объеме и как следствие, к повышению энергетических расходов при первичной переработке углеводородного сырья. 

Одним из актуальных решений таких проблем является полноценное использование тепловых поверхностей аппаратов с улучшением гидродинамических режимов потока сырья. Для этого были использованы стержни в трубах теплообменника, которые повышают активную поверхность трубы в вышеуказанном устройстве, что позволяет повысить температуру сырья на выходе из аппарата [2; 3].

Интенсивность теплоотдачи при конвективном теплообмене зависит от многих факторов, в том числе и от гидродинамического режима движения нагреваемой жидкости в трубках теплообменных аппаратов [1, 2]. Для изучения влияния режима движения нагреваемой нефти в горизонтальных трубках теплообменника на процесс теплоотдачи собрана экспериментальная установка, принципиальная схема которой представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема лабораторного двухтрубчатого теплообменника

1 – труба для входа нефтепродукта; 2 – центробежный насос; 3 – вентиль для регулировки подачи сырья; 4 – термометр для измерения начальной температуры сырья; 5 – контур гайка для турбулизатора; 6 – наружная труба теплообменника; 7 – внутренняя труба теплообменника; 8 – турбулизатор; 9 –термометр для измерения конечной температуры нагретого сырья; 10 – бак для сырья; 11 – горелка; 12 – парогенератор; 13 – монометр для измерения давления пара; 14 и 15 – термометры для пара.

Установка состоит из двухтрубчатого теплообменника длиной 2000 мм, диаметр наружной (6) трубы d_н = 50 мм, диаметр внутренней (7) трубы  d_вн = 20 мм. Она позволяет исследовать  изменение температуры нагреваемого сырья при постоянной плотности теплового потока (q = const), в различных режимах её движения.

Экспериментальная установка работает следующим образом. В парогенератор (12) заливаются 10 л теплоносителя (в нашем случай – газовый конденсат) и зажигается газ в горелке (11).  Давление теплоносителя измеряется с помощью манометра (13), температура входа и выхода теплоносителя в кожух двухтрубчатого теплообменника измеряется с помощью термометров (14) и (4). При достижении постоянной плотности теплового потока (120 ^оС) подается сырьё (1) через центробежный насос 2. Расход сырья регулируется с помощью вентиля (3). Температура сырья на входе и выходе из теплообменника измеряется термометрами (4) и (9). Массовый расход нагреваемого сырья измеряется мензуркой (10).

В установке для повышения активной поверхности внутренней трубы при малых расходах сырья установлен дополнительный стержень из нержавеющей стали во внутренней трубе теплообменника.

Для изучения влияния диаметра стержня на изменение температуры нагреваемого сырья изготовлены стрежни разных диаметров (рис. 2).

d₁ = 10 мм, d₂ = 12 мм, d₃ = 15 мм, L =2000 мм

Рисунок 2. Конструктивные параметры стержня

В таблице приведены результаты измерения температуры сырья на выходе из теплообменника. Температура сырья при входе в теплообменник t_вх = 20 ^оС, температура теплоносителя t_теп = 120 ^оС.

Таблица 1.

Изменение выходной температуры сырья в трубчатом теплообменнике в зависимость от диаметра стержня  при расходе сырья 2÷14 кг/мин

Из данных таблицы видно, что температура нефти в теплообменнике с повышением расхода от 2 кг/мин до 14 кг/мин снижается от 70 до 55 ^оС. Газового конденсата от 76 ^оС до 58 ^оС. При таком же расходе и установке стержня на теплообменной трубе, выходная температура сырья поднимается на величину от 2 ^оС до 10 ^оС за счёт повышения активной поверхности теплообмена и улучшения гидродинамики. Диаметр установленного в трубе стержня оказывает влияние на температуру. При G = 2 кг/мин и стержне диаметром 10 мм температура сырья на выходе повышается на 2 ^оС, при стержне диаметром 12 мм – на 5 ^оС, при стержне диаметром 15 мм – на 9 ^оС. При G = 14 кг/мин и установленном стержне диаметром 10 мм температура сырья на выходе повышается на 3 ^оС, при стержне диаметром 12 мм – на 6 ^оС, при стержне диаметром 15 мм – на 10 ^оС.

В других объектах, таких как газовый конденсат, легкая нафта и керосин и летний дизель наблюдается аналогичное повышение выходной температуры от 2 до 10 ^оС в зависимости от диаметра стержня.

Список литературы:

1. Интенсификация теплообмена. Успехи теплопередачи,. – 2-е изд. / под ред. проф. Жукаускаса А.А и проф Калинина Э. К. – Вильнюс,: «Мокласлас»,  1988. – 188 с.
2. Исмаилов О.Ю., Хурмаматов А.М., Исаматова Д.Н. Влияние толщины накипи на коэффициент теплопередачи в горизонтальной трубе // Материалы международной конференции “Инновационные подходы к локализации”. – 14 октября 2023. – Карши. – С. 244.
3. Исмаилов О.Ю., Хурмаматов А.М., Исаматова Д.Н. Исследование коэффициента теплопередачи при нагревании нефти и газового конденсата парами бензина // Узбекский научно-технический и производственный журнал ”Композиционные материалы”. – № 3. – 2023. – Ташкент. – С. 127–131.
4. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассобмен: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 550 с.