Оптимизация конструкций змеевиков трубчатых печей

• Автор: Каданцев, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1 Анализ конструктивно - технологических характеристик трубчатых змеевиков печей атмосферно - вакуумной перегонки нефти
р 1.1 Особенности технологического процесса перегонки нефти
1.2 Особенности блока вакуумной переработки нефти
1.3 Змеевики трубчатых печей
1.4 Классификация дефектов змеевиков
1.5 Тепловой режим эксплуатации змеевиков
1.6 Особенности гидравлических режимов движения сырья
1.7 Особенности фазового перехода жидкость - пар
1.8 Пути оптимизации змеевиков трубчатых печей
1.9 Экспериментальное исследование змеевиков трубчатых печей

1.10 Постановка задачи оптимизации конструкций трубчатого змеевика
^ 1.11 Выводы
2 Методы анализа гидродинамических параметров сырья в трубчатом змеевике и его напряженно- деформированного состояния
2.1 Определение потери напора при испарении и нагреве сырья
2.2 Численные методы исследований течения среды в змеевиках
2.3 Метод анализа движения среды в ПК Е1оуУ1зюп
2.4 Равновесная модель кавитации
2.5 Анализ гидродинамических параметров потока в узле труба -конический переход
2.6 Определение потери давления в змеевике с однофазным режимом движения сырья
2.7 Обзор существующих методов расчета НДС
2.8 Численные методы исследований НДС змеевика
2.9 Методы оптимизации конструкций змеевиков и их элементов
2.10 Выводы
3 Анализ гидродинамических параметров двухфазного потока
3.1 Анализ теплофизических характеристик углеводородного
сырья
3.2 Анализ потерь давления в змеевике без конического перехода с двухфазным режимом движения сырья
т 3.3 Алгоритм оптимизации змеевика по скорости выхода продукта
3.4 Определение координаты размещения конического перехода в змеевике
3.5 Исследование параметров фазового перехода жидкость - пар
3.6 Исследование влияния вида сырья на скорость продукта в змеевике
3.7 Анализ гидродинамических параметров трансферного трубопровода
3.8 Гидродинамика потока в системе труба - отвод - конический переход
3.9 Выводы
4 Анализ НДС конструкции трубчатого змеевика
4.1 Анализ НДС змеевика трубчатой печи

4.2 Оценка НДС трубчатого змеевика с трансферным трубопроводом
4.3 Влияние геометрических параметров на НДС в узле переход
отвод
4.4 Влияние изменения конструкции узла переход - отвод на его

4.5 Исследование НДС трубы змеевика в зоне конического перехода
4.6 Оптимизация конструкции конического перехода трубы змеевика
4.7 Исследование температурных напряжений в поперечном сечении трубы
(Л 4.8 Выводы
Выводы
Список литературы
Приложения

.,л

Актуальность работы. Производство качественных продуктов в результате переработки углеводородного сырья - основная тенденция, определяющая развитие нефтегазоперерабатывающей промышленности. Наиболее значимым в технологическом процессе оборудованием является трубчатая печь, основным элементом которой является трубчатый змеевик воспринимающий основную тепловую нагрузку со стороны продуктов сгорания топлива и подвергающий воздействию со стороны нагреваемого потока внутри труб.
Образование на участке испарения большого количества паровой фазы обусловленное процессами нагрева, частичного или полного испарения ведет к возрастанию линейных скоростей сырья и перепаду давления в змеевике. В процессах вакуумной переработки нефти состояние потока на выходе из печи имеет особое значение, так как от его параметров зависят рабочие характеристики контактных устройств колонных аппаратов.
Наиболее распространенный способ снижения скорости потока сырья -это увеличение диаметра трубы трансферного трубопровода. Но вследствие ограниченности его длины снизить скорость потока удается лишь до определенных пределов. Кроме этого, вследствие высокого паросодержания потока данный прием приводит к возрастанию перепада давлений, поэтому изменение диаметров производят начиная с конечного участка змеевика. При этом вопрос о выборе места изменения диаметра на этом участке с точки зрения получения требуемой скорости потока на выходе из змеевика не оценивался. Также важно то, что распределение давления и температуры по длине змеевика в этом случае может оказывать существенное влияние на напряженно - деформированное состояние его конструктивных элементов и узлов.
Одним из возможных путей решения данной проблемы является подход, основанный на оптимизации конструкций змеевика по конструктивно - технологическим параметрам путем их изменения с целью
локализовав моментное напряженное состояние в узкой зоне, примыкающей к краю оболочки. Такое напряженное состояние называют поэтому краевым эффектом. Тонкостенную конструкцию следует считать удачной (в прочностном отношении), если напряжения краевого эффекта по величине не превосходит безмоментных напряжений.
в) приведенная в [17] методика расчета по оценке остаточной толщине стенки в процессе эксплуатации имеет различие для труб в печах для низкотемпературных процессов и для высокотемпературных процессов. Расчетные отбраковочные толщины стенок труб определяют, исходя из конкретных условий их работы и испытаний, а также допускаемого напряжения металла.
Толщину стенки трубы реакционного змеевика печи для высокотемпературного процесса переработки углеводородного сырья рекомендуется рассчитывать по методу Качанова и Зверькова. При этом допускаемые напряжения назначаются с запасом 1,5 по отношению к средним значениям длительной прочности (за 100000 ч работы) при максимальной температуре стенки трубы.
г) В источнике [60] рассматриваются расчеты на прочность деталей трубопроводов, с целью выбора таких их размеров (в основном толщин), которые бы обеспечили их прочность на весь период назначенного расчетного срока службы. Здесь приводятся расчетные формулы и зависимости для труб, коленьев и гнутых труб, расчет штуцерных и тройниковых соединений, переходов.
д) В ряде работ предлагается рассчитывать соединения оболочек с патрубками, тройниками и т. п. исходя из коэффициента концентрации напряжений, определяемого как отношение - наибольшего тангенциального (окружного) напряжения в зоне соединения оболочек с патрубками по внутренней поверхности к тангенциальному (окружному) напряжению в стенке трубы вдали от этой зоны по внутренней поверхности (по безмоментной теории)