ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ СЫРЬЯ В ДВУХТРУБЧАТОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА

АННОТАЦИЯ

В статьи приведены результаты исследования по определению процесса охлаждения горячего теплоносителя за счёт изменения направления потока охлаждающего агента в межтрубной части трубчатого теплообменника. В экспериментах изучены последовательные и параллельные направления потока в межтрубном пространстве аппарата для сравнения процесса. С повышением расхода охлаждающего агента на 6 и 8 л/мин, при параллельном движении теплоносителя конечная температура горячего теплоносителя в 3 ^оС раза ниже, чем последовательное движение охлаждающего потока.

ABSTRACT

The article presents the results of a study to determine the cooling process of a hot coolant due to a change in the flow direction of the cooling agent in the inter-tube part of a tubular heat exchanger. In experiments, the sequential and parallel flow directions in the intertubular space of the apparatus were studied to compare the process. With an increase in the consumption of the cooling agent of 6 and 8 l/min. In the parallel movement of the coolant, the final temperature of the hot coolant is 3 ^oC lower than the sequential movement of the cooling stream.

Ключевые слова: вода, температура, горячий и холодный теплоноситель, параллельный ток, последовательный поток.

Keywords: water, temperature, hot and cold coolant, parallel current, serial flow.

Процессы нагревания и охлаждения жидких продуктов осуществляются в различных теплообменных аппаратах, в том числе и в двухтрубчатых теплообменниках. Теплообмен в нефтеперерабатывающих заводах осуществляется за счет использования тепла отходящих топливных дистиллятов, промежуточного циркуляционного орошения и кубового остатка, подлежащих к охлаждению [1-3]. Повышение эффективности теплопередачи в этих аппаратах во многом зависит от рациональной организации гидродинамических режимов движения теплоносителей за счет изменения конструктивных параметров аппаратов [4-6].

Для изучения процессов охлаждения жидких теплоносителей собран экспериментальный двух трубчатый теплообменник с измененными конструктивными параметрами, принципиальная схема которой представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема двухтрубчатого теплообменника с измененной конструкцией:

1 – парогенератор; 2, 5, 9,12, 17, 23 – термометры для определения температуры горячего теплоносителя,  21, 26 – термометры для холодного теплоносителя; 3 – манометр для измерения давления пара; 4 – электрический нагреватель (ТЕН); 6 – центробежный насос для перекачки сырья; 7 – кран для регулировки расхода горячего потока; 8 – горячий трубопровод: 10,14,15,16,18,19,20,24,28 – вентили для распределения холодного потока: 11 – наружная труба двухтрубчатого теплообменника; 13 – внутренняя труба двухтрубчатого теплообменника; 22 – труба для холодной воды;   25 – труба для горячего теплоносителя; 27 – кран холодной воды; 28 – труба для подачи холодной воды; 29 – ёмкость для холодного теплоносителя; 30 – ёмкость для сбора горячего теплоносителя.

В состав опытной установки входят нагревательная установка 1, теплообменные секции типа «труба в трубе» с трубами 11 и 13, центробежный насос 6 для перекачки сырья, мерник 30 для сбора нагретого сырья. Установка снабжена вентилями 7 для нагретого сырья и 10, 14, 15, 16, 19, 20, 24 и 27 для регулирования расхода и направления охлаждающего агента, ртутными термометрами 2, 9, 12, 17, 23 для определения температуры горячего теплоносителя и 21, 26 для измерения температуры охлаждающего агента, а также манометром 3 для измерения давления греющего теплоносителя. Теплопередающая труба 13 имеет внутренний диаметр 20 мм и общую рабочую длину 3000 мм. Кожух аппарата 11 с внутренним диаметром 50 мм.

Установка работает следующим образом. В парогенератор 1 заливают измеренное количество рабочей жидкости (вода) и нагревают с определенной температуры (t = 80÷90 ^оС) с помощью электрического нагревателя 4, после достижение определенной температуры горячего теплоносителя включается центробежный насос 6 и открывается кран 7. Горячий теплоноситель двигается через внутренние трубы 13 двухтрубчатого теплообменника через трубопровод 8. Горячий теплоноситель проходит через секции теплообменников и накапливается в мерную емкость 30. Расход теплоносителя регулируется с помощью вентиля 7 для создания определенного гидродинамического режима во внутренней трубе теплообменника.

Для сравнительного анализа процесса охлаждение теплоносителя двухтрубчатый теплообменник работает в двух режимах. В первом режиме охладительный агент (вода) поступает в межтрубную часть первой секции теплообменника и заметно нагреваясь поступает во вторую секцию аппарата. В этой секции температура охлаждающего агента сильно повышается и направляется в третью секцию теплообменника. В последовательном направлении охлаждающего агента процесс теплообмена ухудшается за счет повышенной температуры. Во втором (рекомендуемом) режиме в каждой секции аппарата охлаждающий агент поступает в отдельный трубопровод параллельно. При этом, начальная температура охлаждающего агента поступающая в каждую секцию остается неизменной. Это даёт улучшение процесса охлаждение и конденсации в каждой секции трубчатого теплообменника.

Опытная секционная теплообменная установка состоит из трех последовательно соединённых секций «труба в трубе». Наружная труба с диаметром d = 50 мм, а внутренняя d = 20 мм. Длина каждой секции равна L = 1000 мм. Общая длина теплообменника 3000 мм. Использована новая стальная труба с абсолютной шероховатостью D » 0,15 мм.

На данной установке проведены опыты по изучению влияния расходов нагревающего сырья и охлаждающего агента, изменяя подачу охлаждающей воды на межтрубные части двухтрубчатого теплообменника. Опыты проводились при расходах горячего теплоносителя 2 л/мин. Расход охлаждающего агента составил 2÷8 л/м, при этом давление горячего теплоносителя составил 50÷100 кПа. Процесс был организован в противоточных направлениях движения потоков теплоносителей.

Основной целью экспериментального исследование является улучшение процесса охлаждения горячего теплоносителя за счёт изменения направления потока охлаждающего агента в межтрубной части трубчатого теплообменника.

В таблице приведены результаты экспериментов по определению влияния изменения расходов горячего и холодного теплоносителя в последовательном и параллельном движении холодного теплоносителя в секции теплообменника «труба в трубе».

Таблица 1.

Влияние движении охлаждающего агента на изменение конечной температуры теплоносителей

Данные таблицы указывают, что расход потока горячего теплоносителя, протекающего по внутренней трубе опытного теплообменника составляет V = 2 л/мин. Расход холодного теплоносителя, двигающего по межтрубной части трубы, колебался в пределах V = 2÷8 л/мин.

С последовательной подачей охлаждающего агента в трубной части теплообменника при начальной температуре воды t = 20 ^оС, он нагревался до 45 ^оС (при расходе горячего теплоносителя V = 2 л/мин и начальной температуры t = 88 ^оС). При этом температура горячего теплоносителя снижалась до 60 ^оС. Постепенное повышение расхода холодного теплоносителя от 2 до 8 л/мин, приводит к снижению конечной температуры холодного теплоносителя до 31 ^оС, а температура горячего температуры снижается от 60 до 52 ^оС.

В процессе подачи охлаждающего агента в параллельном потоке температура охлаждающего агента при выходе из трех секции равняется 47 ^оС, конечная температура горячего потока снижается от 88 до 61 ^оС. С повышением расхода охлаждающего воды от 2 до 6 л/мин, его конечная температура снижалась до 34 ^оС. При этом горячий теплоноситель охладился до 49 ^оС. 

Из вышеприведенного следует, что при одинаковом расходе двух теплоносителей процесс охлаждения при движении теплоносителя в параллельном направлении не дает положительного результата. С повышением расхода охлаждающего агента на 6 и 8 л/мин, процесс дал положительный результат, и конечная температура горячего теплоносителя в 3 ^оС раза ниже, чем последовательное движение охлаждающего потока.

Сравнительный анализ двух экспериментальных данных показывает, что параллельное движение холодного теплоносителя влияет положительно, нежели чем при последовательном движении, если расход холодного теплоносителя более 3 раз выше чем охлаждаемый топок.

Список литературы:

1. Глаголева О.Ф., Капустин В.М., Гюльмисарян Т.Г. и др. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти /Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. –М.: Химия, КолосС, 2006. –400 с.
2. Oybek Yu. Ismailov , Mirzakbar X. Ismailov, Alisher U. Auesbaev, Abdugaffor M. Khurmamatov, //Investigations of the impact of the magnetic field on the process of formation of scaling in thermal devices/ Nafta-Gaz 2024, no. 2, pp. 115–124, DOI: 10.18668/NG.2023.02.07.
3. Исмаилов О.Ю., Хурмамтов А.М., Юсупов Р.А. Влияние центробежного сила на процесс конденсации углеводородных паров// Булатовские чтения: материалы VII Международной научно-практической конференции (31 марта 2023 г.) : в 7 т. : сборник статей / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. О.В. Савенок. – Краснодар: Издательский Дом – Юг. Т. 2.– 2023. С. 155-157.
4. Fozilbek F. Shomansurov, Alisher U. Auesbaev, Oybek Y. Ismailov , Abdugaffor M. Khurmamatov , Zamirbek M. Khametov , Jalolidin A. Muminov// Optimization of the process of heating an oil and gas condensate mixture by light naphtha vapor in heat – exchanger condenser 10E04. Nafta-Gaz 2024, no. 8, pp. 501–510, DOI: 10.18668/NG.2024.08.05 .
5. O. Yu. Ismailov A.M. Khurmamatov, Dj. N. Isamatova, R.A. Yusupov// Increasing the efficiency of' the condensation process in shell.pipe plants/ Science and innovation international scientific journal Volume 2ISSUE 6 JUNE 2023 UlF -2022 : 8.2| ISSN : 2181-3337 I SCIENTISTS.UZ/
6. Oybek Ismailov Abdugaffor Khurmamatov, Rustam Yusupov, Jamila Isamatova Guljakhon Aminova// Study of hydrodynamics of the condensation process in heat exchanger devices/ 3S Web Conf. Volume 497, 2024 5^th International Conference on Energetics, Civil and Agricultural Engineering (ICECAE2024). https://doi.org/10.1051/e3 sconf/202449701022  E3S Web of Conferences 497, 01022 (2024).
7. Oybek Yu. Ismailov , Alisher U. Auesbaev, Abdugaffor Khurmamatov, Zamir M. Khametov. Study of the thickness of the boundary layer of hydrocarbons in horizontal tubes of heat exchangers// Processes of Petrochemistry and Oil Refining. PPOR, Vol. 25, No. 3, 2024, pp. 931-941https://doi.org/10.62972/1726-4685.2024. 3.931.