Анализ изменения гидравлического сопротивления трубчатого теплообменника в зависимости от температуры и расхода углеводородного сырья

Analysis of changes in the hydraulic resistance of the tubular heat exchanger depending on the temperature and consumption of hydrocarbons
Цитировать:
Худайбердиев А.А., Исмаилов О.Ю. Анализ изменения гидравлического сопротивления трубчатого теплообменника в зависимости от температуры и расхода углеводородного сырья // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 9 (66). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7779 (дата обращения: 10.08.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты изучения изменения гидравлического сопротивления ΔР опытного и промышленного трубчатых теплообменников при различных расходах V нефти. Установлено, что в диапазоне средней температуры подогрева нефти 20÷60 оС величина ΔР по длине опытного аппарата повышается в 3-3,5 раза, а повышение расхода нефти в пределах V =10÷20 л/мин при этом приводит к росту величины ΔР в 1,5-2 раза. В диапазоне производительности по нефти V = 67÷134 мз/ч величина ΔР промышленного теплообменника по длине трубного пучка интенсивно повышается по наклонной прямой в среднем в 6 раз.

АBSTRACT

The results of the study of changes in hydraulic resistance of experimental and industrial tubular heat exchangers ΔР different costs in oil are presented. It is established that in the range of the average temperature of the heated oil 20÷60 оS the value of the ΔР along the length of the experimental apparatus is increased in 3-3,5 times, and increasing the flow of oil in the range from V =10÷20 l/min in this case leads to an increase in the size of ΔР is 1,5-2 times. In the performance range of oil V = 67 ÷ 134 м3 / h ΔР industrial heat exchanger along the length of the tube bundle is intensively increased along an inclined straight on average 6 times.

 

Ключевые слова: нефть, подогрев нефти, теплообменник; теплопередающая труба, скорость потока, температура, расход, гидравлическое сопротивление.

Keywords: oil, oil heating, heat exchanger; heat transfer pipe, flow rate, temperature, flow rate, hydraulic resistance.

 

При гидравлических расчетах трубчатого теплообменника с заданной производительностью обычно определяют гидравлическое сопротивление аппарата ΔР или же выбирают оптимальный диаметр его теплопередающих трубок с целью обеспечения минимального значения ΔР. Нагреваемая жидкость по трубкам движется благодаря перепаду ее энергии в их концевых участках, что создается работой насоса. По известной величине ΔР подбирают тип насоса для перекачки сырья через теплообменник и выбирают его рациональный гидродинамический режим эксплуатации [1].

Гидравлическое сопротивление (потери напора) ΔР складывается из потерь: напора на трение ΔРтр и на преодоление местных сопротивлений ΔРмс. При этом величину ΔРтр по длине теплопередающих труб L теплообменников определяют по выражению [2,3,4]:

ΔРтр = λ(Ln/dвн)(ν2p/2),                                                                        (1)

где L – длина одной трубки, м; n – количество трубок в аппарате, шт; ν и p –средняя скорость (м/с) и плотность (кг/м3) потока.

Известно, что диаметр трубок dвн определяют в зависимости от расхода теплоносителей V3/с) или G (кг/с) [2,3]:

ν= 4V/πdвн2n                                                                               (2)

или

ν= 4G/dвн2n.                                                                             (3)

Влияние гидравлического сопротивления опытного и промышленного трубчатых теплообменников DРтр к величине энергетических расходов Nн (Вт) на перекачку нагреваемого углеводородного сырья установлено расчетным путем по (1).

Расчеты изменения гидравлического сопротивления ΔР опытного двухтрубного теплообменника [5,6] по длине его теплопередающей трубы L выполнены для случаев нагревания нефти с плотностью p20 = 853 кг/м3 в диапазоне средней температуры нефти t = 20÷60 оС при ее расходах V = 10, 15 и 20 л/мин. Параметры теплопередающих труб обоих теплообменников – L = 6 м, dвн = 0,02 м и шероховатость их стенки составляет Dэ = 0,001 м.

На рис. 1 отражены изменения гидравлического сопротивления ΔР (Па) опытного теплообменника по длине теплопередающей трубы L (м) при расходах нефти V = 10, 15 и 20 л/мин.

 

Рисунок 1. Изменение величины ΔР (Па) опытного теплообменника по его длине L (м) в зависимости от расхода нефти V (л/мин) при 20 оС: 1 - 10; 2 - 15; 3 - 20

 

Как видно из рисунка, с ростом расхода нефти V величина ΔР аппарата по его длине L интенсивно растет по наклонной линии. Анализ расчетных данных показывает, что при V = 10 л/мин гидравлическое сопротивление ΔР в конце трубы опытного теплообменника увеличивается от 445 до 1649 Па (в 3,7 раза), при V = 15 л/мин от 820 до 2627 Па (в 3,2 раза) и при V = 20 л/мин от 1299 до 3708 Па (в 2,86 раза).

Увеличение расхода нефти от 10 до 15 л/мин повышает величины ΔР в начальном участке труб аппарата в 1,84 раза, что в конце трубы падает до 1,59 раза. При двукратном увеличении расхода нефти (от 10 до 20 л/мин) величина ΔР в концевых участках трубы аппарата составляет соответственно в 2,92 раза (в начале) и 2,25 раза (в конце).

На рис. 2 отражены изменения величины ΔР по длине труб опытного теплообменника при расходе нефти V = 10 л/мин, в зависимости от средней ее температуры t = 20, 30, 40, 50 и 60 оС. Как видно из рисунка, при постоянном расходе нефти с ростом ее температуры сопротивление аппарата ΔР по длине трубы L также возрастает по наклонной прямой.

 

Рисунок 2. Изменение величины ΔР (Па) опытного теплообменника по его длине L (м) в зависимости от средней температуры нагреваемой нефти t (оС): 1 - 20; 2 - 30; 3 - 40; 4 - 50; 5 - 60 при ее расходе V = 10 л/мин

 

Анализ изменения величины ΔР показывает, что процессе перекачки нефти расходом V = 10 л/мин при 20 оС, величина ΔР опытного аппарата в концевых участках трубы растет от 445 до 1649 кПа (в 3,7 раза). При заданном расходе нефти, повышение ее температуры в ходе нагревания приводит к росту величины ΔР аппарата: при t = 30 оС - в 3,7 раза; 40 оС -
в 3,2 раза; 50 оС - в 2,95 раза и 60 оС - в 2,75 раза.

В целом, в температурном интервале от 20 до 60 оС изменение величины ΔР по длине трубы опытного теплообменника L составляет от 1,48 до 1,994 раза.

На рис. 3 изображены изменения гидравлического сопротивления ΔР промышленного теплообменника 10Е07 Бухарского НПЗ [7] по длине трубного пучка L при регламентированных расходах нефти V = 67, 100,5 и 134 м3/ч с температурой 20 оС.

 

Рисунок 3. Изменение величины ΔР (кПа) теплообменника 10Е07 по длине трубного пучка L (м) при 20 оС в зависимости от его производительности V (м3/ч) по нефти: 1 - V = 67; 2 - 100,5; 3 - 134

 

Результаты расчетов свидетельствуют о том, что при перекачке по трубкам нефти, изменение величины ΔР теплообменника 10Е07 по длине трубного пучка L возрастает в среднем в 6 раз, в зависимости от его производительности (при 67 мз/ч - 6,14 раза, 100,5 мз/ч - 5,99 раза и 134 мз/ч - 6,0 раза). Увеличение производительности теплообменника в 1,5 раза (от 67 до 100,5 мз/ч) приводит к повышению ΔР в начальном участке трубного пучка от 2,31 раза и его небольшое падение до 2,25 раза в конце трубчатки. При двукратном увеличении расхода нефти в аппарате (от 67 до 134 мз/ч) рост его гидравлического сопротивления ΔР повышается в среднем в 4 раза (в начале трубного пучка - 4,1 раза, а в конце - 4,0 раза).

Таким образом, в диапазоне средней температуры нефти 20÷60 оС гидравлическое сопротивления опытного аппарата по длине его трубы повышается в 3-3,5 раза, а повышение расхода нефти в пределах 10-20 л/мин приводит к росту сопротивления аппарата от 1,5 до 2,0 раза. В диапазоне производительности по нефти 67-134 мз/ч сопротивление теплообменника 10Е07 по длине трубного пучка интенсивно повышается по наклонной прямой в 6 раз. Двукратное увеличение производительности теплообменника приводит к росту гидравлического сопротивления его трубного пучка от 2,3 до 4 раза. Результаты исследования пригодны для определения эффективных гидродинамических режимов работы промышленных трубчатых теплообменников.

 

Список литературы:
1. Чугаев Р.Р. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 672 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 8-е изд., перераб. - М.: Химия, 1971. - 783 с.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/ Под ред. П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. -576 с.
4. Иванец В.Н., Бородулин Д.М. Процессы и аппараты химической технологии: Учебное пособие. - Кемерово: КТИПП, 2006. - 172 с.
5. Худайбердиев А.А., Исмаилов О.Ю. Изучение процесса нагревания нефти углеводородными парами в опытном трубчатом теплообменнике // Международный научно-технический журнал: Химическая технология, контроль и управление. - Ташкент, 2012. - № 5. - С. 23-27.
6. Хурмаматов А.М., Исмаилов О.Ю., Худайбердиев А.А. Гидродинамика нагревания углеводородного сырья в трубчатых теплообменниках. - Ташкент: Navroz, 2019. - 110 с.
7. Технологический регламент установки атмосферной перегонки смеси газоконденсата и нефти и фракционирования гидроочищенной нафты Бухарского НПЗ. - TR 16472899-001: 2009.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории «Процессы и аппараты химической технологии» Института общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher of the Laboratory "Processes and Apparatuses of Chemical Technology" of the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

доктор философии (PhD), старший научный сотрудник лаборатории «Процессы и аппараты химической технологии» Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

doctor of philosophy( PhD), senior researcher of the laboratory "Processes and devices of chemical technology» Institute of General and inorganic chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top