Совершенствование методов расчета и конструирования элементов печей пиролиза

• Автор: Хаерланамова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.02.13, 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Технологические особенности процесса пиролиза

1.2 Печи для высокотемпературных процессов деструктивных превращений углеводородного сырья

1.3 Трубчатый змеевик печей пиролиза

1.3.1 Условия эксплуатации

1.3.2 Материальное оформление

1.3.3 Основные дефекты и их причины Глава 2 Материалы и методы исследований

2.1 Объект исследований

2.2 Методы исследований

Г лава 3 Результаты исследований

3.1 Результаты микроструктурного анализа и определения химсостава обнаруженных фаз
3.2 Результаты механических испытаний и фрактографии
3.3 Анализ ползучести стали в условиях эксплуатации в печах пиролиза
3.4 Анализ границ раздела квазислоев
Глава 4 Исследование напряженнодеформированного состояния труб змеевиков печей пиролиза
4.1 Расчет радиантных змеевиков реакционных печей
4.2 Анализ свойств квазислоев
4.3 Конечноэлементное моделирование напряженнодеформированного состояния квазимиогослойной трубы змеевика печи пиролиза в программе АЫ8У
4.3.1 Описание расчетной процедуры
4.3.2 Постановка задачи
4.3.3 Представление результатов расчета
4.4 Анализ возможностей усовершенствования конструкции элементов печи пиролиза
4.4.1 Ситаллы
Общие результаты и выводы Список использованных источников Приложение
Введение


Подобные расчеты проводятся методом конечных элементов. Необходима разработка специальных критериев отбраковки для конкретных расчетных случаев. Учет ползучести и истории нагружения позволяет более точно определить остаточный ресурс труб, обеспечить максимальную длительность безопасной эксплуатации. Поэтому целью данной работы является изучение напряженнодеформированного состояния змеевиков печей пиролиза из стали ХН, металл которых претерпел изменения в процессе эксплуатации, с целью разработки практических рекомендаций по совершенствованию методов расчета и конструирования, способствующих снижению количества отказов. ХН в процессе пиролиза. Работа выполнена на кафедре Машины и аппараты химических производств Уфимского государственного университета под руководством доктора технических наук, профессора И. Р. Кузеева и кандидата технических наук Л. Г. Чирковой, которым автор выражает искреннюю благодарность. Автор признателен Авдеевой Л. Г. за предоставленные для исследований образцы труб печей пиролиза, сотрудникам лаборатории ИПСМ РАН за помощь в проведении металлографических исследований и Хаерланамову за помощь при оформлении рукописи. ГЛАВА 1. Пиролиз термическое разложение углеводородов представляет собой сложный процесс, который можно представить как ряд протекающих последовательно и параллельно химических реакций. Наиболее важной реакцией является расщепление углеводородов по углерод углеродным связям. В результате этой реакции, а также при дальнейшем расщеплении первичных продуктов образуются газообразные и жидкие смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов низшие олефины, метан, а также другие алксны меньшей молекулярной массы, чем исходное сырье Все реакции в отсутствии катализаторов протекают через образование свободных радикалов и имеют цепной характер. Кроме газообразных и жидких веществ при переработке нефтепродуктов и углеводородных газов получаются также твердые вещества сажа или кокс. Образование сажи объясняется распадом углеводородов до свободного углерода. Кокс получается при глубокой конденсации ароматических соединений, идущей с отщеплением водорода. В результате образуются нелетучие и нерастворимые вещества, из которых и состоит кокс. Основными целевыми продуктами пиролиза являются этилен и пропилен 1,2. Относительный выход жидких продуктов смола пиролиза, газа газ пиролиза и твердого остатка кокс или сажа зависит от трех основных факторов вида сырья, температуры и времени контакта 3. В качестве сырья используются газообразные и жидкие углеводороды. Разные виды сырья различаются по соотношению водорода и углерода. Очевидно, что относительно легкое сырье углеводородные газы и бензин даст при расщеплении больше газа и мало кокса наоборот, из тяжелых нефтепродуктов с высоким содержанием углерода особенно имеющих много арома
тических компонентов получится значительное количество кокса и меньше газа рисунок 1. Наибольший выход этилена и пропилена получается при разложении газообразного сырья этана, пропана, Нбутана и их смесей. Наиболее широко в качестве сырья пиролиза используют бензиновые фракции, выкипающие в интервале температур 5 С 4. Другим важным фактором, влияющим на выход продуктов, является температура. Термическое расщепление высших углеводородов начинается около 0 С, но достигает значительной скорости лишь при 0 0 С, ускоряясь при дальнейшем повышении температуры. При этом общая закономерность состоит в том, что при прочих равных условиях с повышением температуры возрастает выход газа и кокса и снижается выход жидких продуктов рисунок 1. Главным образом от температуры зависят также состав и выход продуктов. V уу. Т емперо т уро, С
Рисунок 1. Большое влияние на состав продуктов термического расщепления оказывает время контакта. Поскольку образование водорода, метана, ароматических веществ и кокса, а также полимеризация олефинов являются последовательными по отношению к первичному расщеплению сырья, то при прочих равных условиях увеличение времени контакта ведет к усиленному развитию этих процессов и к снижению выхода олефинов.