автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Оптимизация теплообмена в радиантной секции трубчатой печи

На правах рукописи

РГБ ОД

1 з и:он гзоо

ТЛЯШЕВА РЕЗЕДА РАФИСОВНА

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В РАДИАНТНОЙ СЕКЦИИ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Специальность 05.04.09 - Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 2000

Работа выполнена на кафедре " Машины и аппараты химических производств" Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Кузеев 1/1.Р.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Нигматуллин Р.Г. - кандидат технических наук, доцент Латыпов Р.Ш.

Ведущая организация - ОАО «Салаватнефтеоргсингез»

Защита диссертации состоится "22" июня 2000 г. в 1000 ч на заседании диссертационного совета Д 063.09.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу; 450062, г. Уфа, ул Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского госу дарственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан "/8" мая 2000 г. Ученый секретарь диссертационного гшчетя

доктор технических наук

И.Г. Ибрагимов.

А ЪЦ-Ы-ЛЛ Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В современных условиях развития нефтеперерабатывающей и нефтехимиче-ой промышленности актуальной задачей становится повышение эффективности экс-|уатации применяемого в отрасли топпивоиспользующего оборудования, в особенно-и трубчатых печей, так как их стоимость достигает 25% от стоимости всей технолотче-ой установки. Трубчатые печи являются основными аппаратами технологических уста-)вок нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) и основными потребителями топлива. В IX сжигается 6-8% газообразного и жидкого топлива от общего количества перерабаты-юмой нефти. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность по уров-э потребления топлива занимает четвертое место среди друтх отраслей промышлен->сти. В связи с этим особую важность приобретает повышение эффективности сжига-ш топлива на НПЗ.

В настоящее время на предприятиях отрасли эксплуатируется более 1500 >убчатых печей, часть которых имеет технологические показатели работы ниже простых значений, что объясняется, главным образом, несовершенством отдельных ме->дов сжигания топлива. Поэтому возникает необходимость расчета теплового поля ра-1антной секции трубчатых печей в зависимости от условий сжигания топлива.

Цель работы. Оптимизировать распределение теплонапряженности змее-«а в радиантной секции трубчатой печи для рационального использования тепла.

Основные задачи исследования.

1. Провести анализ конструктивных особенностей эксплуатируемых трубча->1х печей на АО НУНПЗ и ОАО «Уфанефтехим».

2. На основе газодинамического анализа определить характер распределена параметров факела.

3. Методом конечных элементов определить радиационное поле температур радиантной секции трубчатых печей.

4. Оптимизировать теплонапряженности змеевиков радиантной секции шат-эвых печей с учетом неравномерности теплового потока.

5. Разработать технические решения для модернизации и создании новых ечных агрегатов.

Научная новизна.

1. Вычислительными экспериментами по определению температурного поля камеры радиации методами газовой динамики и методом конечных элементов выявлены особенности теплообмена в радиантной секции и зоны повышенной тепло-напряженности. Установлено, что в координате 0,1-0,3 ширины камеры радиации от начала факела находится экстремум плотности теплового потока, превышающий среднюю в 1,5 раза.

2. Предложен критерий Ks, который представляет собой отношение средней плотности теплового потока к фактическому, позволяющий рассчитать оптимальный шаг расположения труб с учетом неравномерности теплового поля в радиантной секции трубчатой печи.

Практическая ценность.

1. В результате исследования предложены рекомендации для оптимального размещения радиантных труб при реконструкции действующих и вновь проектируемых нагревательных печей. Рекомендации приняты инженерным центром нефтехим-переработки «ИНТЭКО».

2. Учебное пособие Тляшевой Р.Р.«Расчет и конструирование горелочны) устройств трубчатых нагревательных печей НПЗ с помощью автоматизированно£ система «Autocad 13» используется при чтении дисциплин «Конструирование и расче' элементов оборудования отрасли» и «Машины и аппараты химических производств) для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств i предприятий строительных материалов».

Апробация работ.

Основные положения работ диссертации докладывались на:

- Республиканской научно-технической конференции «Роль технической ди агностики в обеспечении промышленной и экологической безопасности на объекта нефтегазохимического комплекса» (г. Уфа, 1995г.);

- II Всероссийской научно-технической конференции «Техническая диагно стика, промышленная и экологическая безопасность» (г. Уфа, 1996 г.);

- 47-ой научно-технической конференции студентов, х ученых (г.Уфа, 1995 г.);

- 49-ой научно-технической конференции студентов, х ученых (г. Уфа, 1998 г.);

- 50-ой научно-технической конференции студентов, х ученых (г. Уфа, 1999 г.);

- У-ой Международной научной конференции «Методы дологических процессов (КХТП-\А99)»

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, со-ржит 98 страниц машинописного текста, в том числе 51 рисунок, список исполь-занных источников из 94 наименований и приложения.

Вычислительные эксперименты выполнены под руководством к.т.н. Баязито-

М.И.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли экс-уатируется нагревательные трубчатые печи с радиантной и конвективной секциями, в горых происходит высокотемпературный нагрев. Основная доля тепла передается ра-ацией (излучением) - 80%, поэтому возникает необходимость рассчитать тепловое по-радиантной секции трубчатой печи.

Печной агрегат - аппарат, в котором одновременно происходят несколько 13ико-химических процессов: теплопередача - горение, газодинамика, радиация, нвекция, гидродинамика, фазовые превращения. Наиболее существенным процес-ми в радиантной секции являются: горение, турбулентное движение продуктов сго-¡ния и лучистый теплообмен.

Проведение экспериментов стоит довольно дорого и сложно с точки зрения блюдения граничных условий (трудно подобрать топливо без примесей, создать неводимое разрежение в печи и др.). Поэтому возникает необходимость рассмотреть

аспирантов и моло-аспирантов и моло-аспирантов и моло-кибернетики химико-

задачу в идеализированном виде с выполнением необходимых и наиболее важны: граничных условий, что позволит провести анализ динамики процесса.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ существующи> конструкций трубчатых нагревательных печей и обоснован объект исследования, е качестве которого выбраны шатровые печи, как наиболее распространенные на НПС (55-65% от общего количества печей), широко описанные в литературе и имеющие обширные статистические данные по температурным полям и отказам труб.

На эффективность работы трубчатых печей существенную роль оказывае расположение горелок и способ отвода продуктов сгорания из топки, циркуляция про дуктов сгорания, характер тепловыделения в объеме факела, селективность излуче ния, конструктивные параметры радиантной секции.

В диссертационной работе рассматриваются турбулентное пламя, как наи более широко используемое в радиантных секцияхх трубчатых печей. Ставится зада ча исследования конфигурации и параметров факела с помощью моделирования I визуализации процесса.

Во второй главе на основе газодинамического анализа рассчитано темпе ратурное поле факела. В промышленных печах основная доля тепла передается из лучением от факела горелок. Следовательно, основной задачей расчета топочны: пространств является расчет конфигурации температурного режима факела, а затеи нахождение закономерностей влияния его излучения в пространстве радиантной сек ции.

Для расчета характеристик топочного пространства шатровых печей исполь зован пакет СаэОупагтпсТоо^ ©(университетская версия) с размером счетной облает! 100x100 ячеек. Алгоритм программы основан на численном решении полной системь нелинейных нестационарных уравнений динамики вязкого, сжимаемого, теплопровод ного газа при наличии диффузии и химических реакций методом крупных частиц I плоской, осесимметричной и трехмерной постановках.

Было проведено более 150 вычислительных экспериментов по исследована газодинамики факела печей различных конструкций.

Образование факела в камере радиации шатровой печи

В качестве начальных условий задавались: геометрия радиантной секци! шатровой печи, разрежение в камере печи порядка 100 Па, диффузионно кинетическая горелка с амбразурой горелки размером 100 мм, топливо принято - ме

н/воздух, скорость истечения газов из сопла достигала до 100 м/с. Вследствие сим-зтричной конструкции рассматривалось плоское решение задачи для половины печи, з рисунке 1 показано температурное поле факела (а) и график распределения тем-¡ратур вдоль оси факела в зависимости от производительности горелки (б).

-I И 1 1 1 1 ! ! II 1 1 1

т -ул*та>:=0,25-- - - -уМпах=0.75 ---у/утаиМ

- т - 1 -

V - — :

■

1 ч 1 ц -

- 1 \ - к

- т- Ц -

- •• 1 V

1 Т \

-

I <

1 -

1

1 1 •

Относшельная длина факела

Рисунок 1 - Температурное поле факела в камере радиации шатровой печи

Результаты эксперимента показывают, что температурные поля в факелах натровых печей распространяются неравномерно и состоят из двух областей.

Первая область - высокотемпературная область, которая является по клас-:ической теории факелом. Вторая - не менее важная область, область более низких температур - форма, которая зависит от способа отвода дымовых газов и своей верх-■гей частью под воздействием конвекции близко подходит к трубам, находящимися в зередине потолочного экрана, вызывая возникновение дефектов именно у этих труб. 1ри изменении длины факела область менее интенсивного тепловыделения переме-

щается, соответственно, при увеличении выше или при уменьшении - ниже по скату Также на рисунке 1 (а) видны «мертвые» тепловые зоны 1-4, причем при всех скоро стях они имеют место.

Из рисунка 1 (б) видно, что температурное поле факела сильно неравномер но. Причинами экстремумов являются турбулентность газовых потоков и пульсации При увеличении скорости характер пульсаций меняется, максимальная температур; факела повышается, а температура по длине факела уменьшается по полиэкстре мальной зависимости.

Высокие капитальные затраты на строительство новых печей и большие удельные энергозатраты при эксплуатации печей шатрового типа делают необходи мым проводить работы по улучшению работы печей на «собственном фундаменте» Службами завода и кафедры МАХП УГНТУ предложен вариант модернизации шатро^ вых печей типа Б-2-4 (рисунок 2), который представляет интерес к изучению процессе распределения температуры.

Суть проекта заключается в переносе пакета конвективных труб 3 с пода пе чи к своду с переоборудованием стен 4 конвективной камеры (движение газов чере: конвекцию по восходящему потоку), над конвекцией, выше свода печи смонтироваь газовый фонарь 5 с боковым отводом 6 дымовых газов в трубу, а верхние панели фо наря выполнены съемными, обеспечивая свободную выгрузку пучка 3 конвективны) труб для ревизии и обслуживания.

Газодинамика (температурное поле факела и векторное поле скоростей модернизирог

Рисунок 2- Модернизированная шатровая печь типа Б-2-4

I

а

Рисунок 3 - Температурное поле факела (а) и векторное поле скоростей (б) модернизированной шатровой печи

В модернизированной печи форма факела сохраняется только в начальной эдии, дальше фронт горения имеет другой характер по сравнению с обычной шат-вой печью. Распределение температур по поду становится более равномерным. 1толочный экран оказывается в зоне нагрева только радиацией. В целом обстановка и теплообмена улучшается. Отрицательный результат: зона горения перемещается юнвективную секцию при скоростях истечения из сопла горелки более 75 м/с. Полу-ем пределы скоростей истечения из сопла горелки 25-75 м/с: ниже 25м/с - «вялый» минарный факел с низкими температурными полями, а выше 75 м/с - трубы каме-I конвекции подвергаются повышенным температурным воздействиям, приводящим юрегреву труб и образованию различных дефектов.

График температурного поля представлен на рисунке 4.

Относительная длина 4

Рисунок 4 - Распределение температур вдоль оси факела

Сравнивая температурные поля факела шатровой и модернизированной печей (рисунки 16 и 4) видно, что температуры факела модернизированной печи выше и распределение их более равномерное при увеличении скорости. При увеличении скорости пульсации смещаются в зону малых длин факела.

Расчет факела в вертикальной печи

Габариты печи вертикальной конструкции зависят от производительности. Если производительность небольшая, то можно устанавливать одну горелку по поду печи в каждом сечении. При необходимости увеличения производительности это можно сделать двумя методами:

либо в сечении устанавливают две горелки, либо увеличивать габариты печи по длине.

Проведен газодинамический расчет для вертикальных трубчатых печей с расположением по поду одной и двух горелок. Полученные результаты приведены на рисунках 5.

Рисунок 5 - Температурное поле диффузионно-кинетического факела в вертикальной пе1 с одной горелкой (а) и двумя горелками (б)

Рассмотрим температурное поле диффузионно-кинетического факела вертикальной печи с одним факелом (см. рисунок 1а). Наблюдаем классический вариант с одним факелом (длина и конфигурация факела) широко описанный в литературе.

Устанавливая по поду две горелки необходимо посмотреть каково оптимальное расположение факелов относительно друг друга, поскольку форма факела и температурные поля будут зависеть от взаимодействия этих двух факелов (зоны максимальных скоростей по закону Бернулли будут создавать как бы вакуум и пульсации в области факела). При разных скоростях получаем разные давления и возникновение колебаний. Исследования для вертикальных печей с двумя горелками проводили в интервале расстояний между факелами 200-400 мм. Результаты приведены на рисунках 6,7 (где Т - максимальная температура факела, Тф - фактическая температура факела).

Ширина камеры радиации

-400 мм

200 мм

Рисунок 6 - Распределение температур по поду печи в зависимости от расстояния между горелками

1

0,8 0,6 0,4 0,2 О

О Высота камеры радиации

-400 мм

200 мм

Рисунок 7 - Распределение температур по оси левого факела в зависимости от расстояния между горелками

Из рисунков 6,7 видно, что при уменьшении расстояния между горелками горение становится более равномерным и два факела сливаются в один, это получается за счет пульсаций давления. Нагрев труб будет происходить более равномерно и не возникнут локальные перегревы отдельных участков трубчатого змеевика. Следовательно, при сближении горелок факела сливаются в один факел с более равномерным температурным полем и с более высокими температурами, что делает теплообмен более эффективным.

Распределения температур факелов вертикальных печей с одной и двумя горелками приведены на рисунках 8-10 (где U - фактическая скорость истечения из сопла горелки, Umax - максимальная скорость истечения из сопла горелки).

1 0,8

«-0,6 ^ 0,4 0,2 О

«чГ

— ¥

-Л \ Л N \

N S ¡»я.

I ■ Г 1 " Г—1

Вьсогагвчи

-Шта<=0,01--UUra<=Q25-

.UUmc=Q75-----Штв<=1

- -ULhra<=0,5

Рисунок 8 - Распределение температур по оси факела вертикальной печи

t-

1

0,8 0,6 0,4 0,2 О

Ширина камеры радиации

-и/итах=0,01--и/итах=о,25 - - - -и/итах=о,5

-----и/итах=0,75 - -и/итах=1

Рисунок 9 - Распределение температур по поду вертикальной трубчатой печи для одной горелки

0,8 0,6 Р 0,4 0,2 0

^и 11.: А

1 V V • ! а !

1 V V 1 |

ч V ;

1 1 1

0 Высота камеры радиации 1

и/итах=0.01 — — 11/итах = 0,25 - - -и/11тах = 0,5 ... и/итах=0,75 - - и/1)тах=1

Рисунок 10 - Распределение температур по оси факела вертикальной печи для одной горелки

Из рисунка 8 видна полиэкстримапьная зависимость по высоте печи, при зепичении скорости область максимальных температур сдвигается к устью горелки.

С увеличением скорости истечения из сопла максимальная температура и пина одинарного факела уменьшается (рисунки 9,10). Но распределение температур э высоте одинарного факела более равномерное, чем распределение температур по ысоте двух факелов и выделение теплоты у него больше, т.е нагрев змеевиков осу-¡ествляется интенсивнее. Хотя у сдвоенного факела максимальная температура эльше, по высоте радиантной секции наблюдается быстрое снижение температуры и эравномерность температурного поля, что нежелательно для обогреваемых труб, ледовательно, лучше устанавливать в вертикальной печи одну горелку большей роизводительности для увеличения тепловыделения и более равномерного обогрева зубчатого змеевика, чем ставить две горелки той же производительности с неравно-ерным температурным полем, получая в результате локальные перегревы трубчато-з змеевика.

В третьей главе описываются результаты расчета лучистого теплообмена етодом конечных элементов.

Полученные во второй главе результаты характеризуют только газодинами-еские параметры факела, но не учитывают излучение высокотемпературных газов. :ледовательно, следует рассмотреть влияние излучения на температурное радиант-ой секции со стороны горящего факела. В качестве исходных данных использованы езультаты расчета температурного поля факела, полученные во второй главе. Мо-елирование теплопереноса излучения проводилось методом конечных элементов.

Рассчитано температурное поле от излучения и распределение плотности тепловог потока в объеме топки, в частности потока по трубам потолочного и подового экранов Для решения задачи заданы условия: геометрия радиантной секции; конф! гурация и температуры факела в различных точках.

Рассчитано температурное поле от излучения и распределение плотност теплового потока в объеме радиантной секции, в частности потока по трубам пот< лочного и подового экранов шатровой печи и модернизированной шатровой печи. Р( зультаты расчета приведены на рисунках 11-14. ___

Рисунок 11,- Распределение плотности теплового потока (а) и температур в объеме камеры радиации шатровой печи

Рисунок 12 - Распределение плотности теплового потока (а) и темпе ратур (б) в объеме камеры радиации шатровой печи

Рисунок 13 - Распределение плотности теплового потока (а) и температур (б) в объеме камеры радиации вертикальной печи с расположением по поду одной горелки

эисунок 14 - Распределение плотности теплового потока (а) и температур (б) в объеме камеры радиации вертикальной печи с расположением по поду двух горелок

В результате анализа полученных данных установлена неравномерность плотности теплового потока по экранам, выявлены участки локального перегрева трубчатого змеевика. Так как плотность теплового потока определяет теплонарпяжен-ность радиантных змеевиков, то максимальное его значение приводит к перегреву. Наибольшие тепловые нагрузки приходятся на трубы, располагающиеся в непосредственной близости от факела. Полученные расчетные данные согласуются с отказами змеевиков шатровых трубчатых печей.

Установлено, что во всех случаях в координате 0,1-0,3 ширины камеры радиации от начала факела находится экстремум плотности теплового потока превышающий среднюю в 1,5 раза (рисунки 15,16). Причем, эта область плотности теплового потока не зависит от скорости истечения из сопла.

23.000

0.000

о

относительном ширина камеры радиации

25

о

умпа^о.гэ, а'/\лт:ах = 0.5 ; ■уЛтах=0.75; у/ут ах = 1

О

Относительная ширина камзры радиации

Рисунок 15- Распределение температур по поду шатровой печи (а) и модернизированной шатровой печей (б)

12 10 8 6 4 2 0

— ------... ! | « I ? I < #

________ь^кЛ!!

.......... .........- •.....- ■ , ; ¡¿¿--¿Я > .....'......г...... - 4*/ \ \

- >3 ; ! I !

! | | | -\-1-1-1-

-уДяпах-0,251 -у/утах=0,5 |

I

-уЛ/тах=0,75: • у/утах=1 I

Относительная ширина камеры радиации

Рисунок 16 - Распределение температур по поду шатровой печи (а) и модернизированной шатрозой печей (б)

Таким образом, решение задачи определения зависимости температурного )ля от радиации, показывает зоны неэффективного использования тепла, что явля-гся одной из причин снижения коэффициента полезного действия печи, юме того, полученные результаты показывают, что эти зоны наиболее подвержены зразованию дефектов у труб змеевика.

В четвертой главе рассматривается задача оптимизации расположения ракитного змеевика трубчатой печи с учетом неравномерное™ плотности теплового этока. Для этого вводится оптимизационный критерий расположения змеевиков ко-

эффициенты Kst и Ks2, представляющие собой отношение среднего теплового потоке к фактическому значению теплового потока в определяемой точке топочного пространства. Зависимости Ksi (а)и KS2 (б) представлены на рисунках 17,18.

¿ь

о

oSiôooo

1,000 — , Т П Л*.

¡4

/> '* % г» >> '--

0,400 %

опт

— - -v/vamc=1

- - - -vhnacOJS

--\Лп»c=0,£0

--v/wm<=0,25

q Огюжяшайдгиегаиерырадат ^

Рисунок 17 - Коэффициенте Ks шатровой печи для подовых труб

2,500 2,000 ^ 1,500 1,000 0,500 0,000

\ < \ U - - Wrfrac=Q75 —

\ мв ■>\Amac=0,S0 ---\Лпах=0.2Ь

\ \ N /: !

N Ч N U

ч< ¡s f

^Относительная длина камеры радиации1

Рисунок 18 - Коэффициенте Ks шатровой печи для подовых труб

Из рисунков 17,18 видна наиболее теплонапряженная зона, характерная дг шатровых печей. Поэтому при реконструкции шатровой печи можно рскомендооат воспользоваться коэффициентами шага Ksi и KS2 для расчета оптимального межтру! нога расстояния S. Если значения Ksi и KS2 меньше 1, то возникает необходимое увеличения плотности распложения труб в трубчатом змеевике камеры радиации п тем уменьшения межтрубного расстояния или расположением второго ряда труб дг снятия излишнего количества тепла и снижения теплонапряженности на данном уч ctkd трубного экрана (рисунок 19).

сш:;(1т:№-сю

Ks=1

сш::<ш

Ks<1

Рисунок 19 - Схема расположения труб змеевика, Sct>S

В первом случае требуется изготовление нестандартных калачей (а), поэто-/ второй вариант экономиченее с точки зрения использования стандартных калачей ¡). При Ksi и Ks2 больше или равно 1 межтрубное расстояние рекомендуется оста-пъ прежним (стандартным Причем Ks2 показывает «мертвые» зоны шатровой 5чи, где теплонапряженность мала (KS2 » 1) и наблюдается небольшой съем тепла.

Лучевоспринимающая поверхность H трубного экрана по стандартной методе определяется как

н = -°-. о

Чср.

где Q - производительность печи,

qcp - средняя теплонапряженность печи.

Введем коэффициент Ks для учета неравномерности плотности теплового яока и найдем относительный шаг расположения труб

Чфакт.

qcp - среднее теплонапряжение, q$an.- фактическое теплонапряжение.

S 7imnq К s

d Q - 7idmqcpKs

где n - длина топки, м,

«

S

т - ширина топки, м, Б - межтрубное расстояние, м, (1 - диаметр труб, м. Обозначим

Я = тгтпд,

1ср

Получим

Б цК Б

(5)

с1 О-яКэ

Учитывая результаты, полученные в вычислительном эксперименте для эффективного использования дымовых газов предлагается печь новой конструкции (рисунок 20).

Отличительной ее особенностью является симметричное размещение горелок и спиральный радиантный змеевик, расположенный в поде и своде печи. При этом форма радиантной секции может быть как цилиндрической так и в виде многогранника с количеством граней, пропорциональной количеству горелок. Данная конструкция позволяет перераспределить тепловой поток от корня факела на периферию (ближе к оси печи) за счет конструктивного образования взаимного угла между горелками, равного 27г/пюрелок, где пгорелок - количество горелок. Равноудаленность от факела экраноЕ свода и пода обеспечивает равномерное распределение лучистой энергии в топочном пространстве печи.

Рисунок 20 - Цилиндрическая печь со спиральным змеевиком

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод расчета теплонапряженности трубчатого змеевика, горый учитывает неравномерность плотности теплового потока и позволяет рацио-льно сконструировать трубчатый змеевик в радиантной секции. Расчеты показыва-

адекватность предложенной методики данным по анализу перегрева труб дейст-ющих печей АО НУНПЗ и ОАО Уфанефтехим.

2. На основе модельных экспериментов, проведенных численными мето-ми газодинамики и методом конечных элементов, выявлены зоны интенсивного ра-ационного теплообмена, располагающиеся в непосредственной близости от факела координате 0,1-0,3 ширины камеры радиации от начала факела), где плотности те-ового потока превышают среднюю в 1,5 раза. Рекомендовано увеличить тепловос-инимающую поверхность в этих зонах.

3. Предложен критерий Ks, представляющий собой отношение средней плонапряженности к фактической, причем для выявления локальных зон перегрева именяется коэффициент шага Ksi, включающий в себе среднюю теплонапряжен-сть в искомой точке и зависящей от производительности горелки, и Кэг включающий зндартную среднюю теплонапряженность и позволяющий определять «мертвые» ны в радиантной секции.

4. Получена аналитическая зависимость, которая позволяет рассчитать тимальный шаг расположения труб в радиантной секции.

5. Вычислительный эксперимент позволил выявить преимущества модер-зированной шатровой печи, отличающейся нижним вводом газов в конвективную кцию, которые заключаются в более равномерном распределении плотности теплого потока в радиантной секции и уменьшении тепловых потерь за счет уменьшения ебыБЗНИя дымовых газов в радиантной секции.

6. Предложена новая конструкция нагревательной печи, имеющая цилин-1ическую форму радиантной секции, спиральный змеевик по поду и своду, расположив горелок горизонтально по кругу.

Основное содержание работы изложено в следующих работах:

1. Чиркова А.Г., Тляшева PP., Хуснияров М.Х. Оптимизация конструкцм камеры радиации нагревательной печи НПЗ.11В сб.: Материалы Республиканской на учно-технической конференции "Роль технической диагностики в обеспечении про мышпенной и экологической безопасности на объектах нефтегазохимического ком плекса",- Уфа: УГНТУ, 1995.

2. Хуснияров М.Х., Тляшева P.P. Пути модернизации шатровых печей. III сб.: Материалы 47-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и мо лодых ученых, том 1 - Уфа: УГНТУ, 1996. С. 138-139.

3. Тляшева P.P., Затолокин С.В. Некоторые аспекты тепловой нагрузки н< элементы печей АВТ. IIВ сб.: Техническая диагностика, промышленная и экологиче екая безопасность. - Уфа, УГНТУ, 1996. С. 118-120.

4. Баязитов М.И., Тляшева P.P. Повышение эффективности и экологиче ской безопасности двухскатных печей. IB сб.: Техническая диагностика, промышлен ная и экологическая безопасность. - Уфа, УГНТУ, 1996. С.190-191.

5. Долматов В.Л., Тляшева P.P. Способ расположения горелочных уст ройств нагревательной печи шатрового типа.// В сб.: Техническая диагностика, прс мышленная и экологическая безопасность. - Уфа, УГНТУ, 1996. С.121.

6. Хуснияров М.Х, Долматов В.Л., Тляшева PP. Совершенствование коне-рукций горелок и форсунок, используемые в нагревательных печах. IIВ сб.: Проблем! машиноведения, конструкционных материалов и технологий. Уфа «Гилем» 1997. С.З! 38.

7. Тляшева P.P., Чиркова А.Г., Хуснияров М.Х. Расчет и конструирована горелочных устройств в трубчатых нагревательных печей НПЗ с помощью автомат! зированнной системы Автокад 13.11 Учебное пособие. - УГНТУ, Уфа -1997.96 с.

8. Тляшева P.P., Хуснияров М.Х. Температурное поле факела.// В сб.: ft сять лет эксперименту на кафедре МАХП. Некоторые результаты. - КК-МАХП, УГНТ Уфа 1997. С.42-43.

9. Тляшева P.P. К вопросу расчета температурного режима трубчатой печ Материалы 49-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодь ученых, том 1 - Уфа: УГНТУ, 1998 г. С.105.

10. Тляшева P.P., Ибрагимов И.Г. Анализ методов расчета лучистого тепл обмена.11 В сб.: Материалы 49-ой научно-технической конференции студентов, асп рантов и молодых ученых, том 1 - Уфа: УГНТУ, 1998 г. С 93.

11. Тляшева P.P. Некоторые вопросы моделирования температурного поля ■рубчатых печах методом конечных элементов. V Международная научная конфе-чция «Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-\/-99)», том 2 'фа 1999- С.131-132

12. Тляшева P.P., Баязитов М.И. Применение МКЭ для моделирования раз-чных процессов.// В сб.: Материалы 50-ой научно-технической конференции студен-з, аспирантов и молодых ученых, том 1 - Уфа: УГНТУ, 1999 г. С.128.

13. Тляшева P.P., Баязитов М.И. Характеристика топочного пространства на-гвательных печей. II В сб.:«Мировоё сообщество: проблемы и пути решения», том ) - Уфа: УГНТУ, 2000 г. С. 110-111.

Соискатель Р.Р.Тляшева

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработано дополнение к нормативному методу расчета теплонапряженности трубчатого змеевика, который учитывает неравномерность плотности теплового потока и позволяет рационально сконструировать трубчатый змеевик в радиантной секции. Расчеты показывают адекватность предложенной методики данным по анализу перегрева труб действующих печей АО НУНПЗ и ОАО Уфанефтехим.

2. На основе модельных экспериментов проведенных численными методами газодинамики и методом конечных элементов выявлены зоны интенсивного радиационного теплообмена, располагающиеся в непосредственной близости от факела, и рекомендовано увеличить тепловоспринимающую поверхность в этих зонах.

3. Предложен критерий Кб, представляющий собой отношение средней теплонапряженности к фактической, причем для выявления локальных зон перегрева применяется коэффициент шага К^, включающий в себе среднюю тепл©напряженность по трубному экрану и зависящей от производительности горелки, и Кв2 включающий стандартную среднюю теплонапряженность и позволяющий определять «мертвые» зоны в радиантной секции.

4. Получена аналитическая зависимость, которая позволяет рассчитать оптимальный шаг расположения труб в радиантной секции.

5. Вычислительный эксперимент позволил выявить преимущества модернизированной шатровой печи, отличающейся нижним вводом газов в конвективную секцию, которые заключаются в более равномерном распределении плотности теплового потока в

107 радиантной секции и уменьшении тепловых потерь за счет уменьшения пребывания дымовых газов в радиантной секции.

6. Предложена новая конструкция нагревательной печи, имеющая цилиндрическую форму камеры радиации, спиральный змеевик по поду и своду, расположение горелок горизонтально по кругу.

1. Сорокин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия, 1983. - 200 с.

2. Баклашов В.Е., Ханин Ю.Д. Конструкция, особенности монтажа и наладки трубчатых печей с регулируемой теплопередачей// Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования в НП и НХП: НТРС,- М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1983. № 8. - С. 36-39.

3. Лейбо А.Н. Печи нефтеперерабатывающих заводов. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1949. - 252 с.

4. Трубчатые печи: Каталог. М.:ЦИНТИхимнефтемаш, 1990.30 с.

5. Трубчатые печи: Каталог. М.:ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.35 с.

6. В.Д.Катин, В.И.Келарев, А.Н.Колмогоров, В.В.Федоренко. Повышение эффективности сжигания газа и мазута в трубчатых печах НПЗ. М. ЦНИИТЭнефтехим, 1994. - вып. 2, 3. -108 с. - (Тем.обзор).

7. Ентус Н.Р. Техническое обслуживание и модернизация трубчатых печей. М: Машиностроение, 1968. - 248 с.

8. Ахмедов Р.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания горючих и жидких топлив. М.: Недра, 1984, - 238 с.

9. Гейдон А., Воольфгард X. Пламя, его структура, излучения и температура. М., Металлургиздат, 1959, 333с.

10. Ю.Щелкин К.И., Трошин Я.Н. Газодинамика горения. М., Изд-во АН СССр, 1963.255 с.

11. И.Вулис Л.Я., Ершин Ш.А., Ярин Л.П. Основы теории газового факела.

12. Вулис Л.Я. Ярин Л.П. Аэродинамика факела. Л. Энергия, 1978.216с

13. Вильяме Ф.А. Теория горения. М.: Наука, 1971. -616 с.

14. Мурзаков B.B, Основы теории и практики сжигания газа в паровых котлах. М.: энергия, 1969. -465 с.

15. Померанцев В.В., Арефьев K.M. и др. Основы практической теории горения. Учебное пособие для вузов/под ред. В.ВА, Померанцева. П.: Энергоиздат, 1986. - 312 с.

16. Основы практической теории горения/под ред. В.В. Померанцева. Л.:Энергия, 1973. - 264 с.

17. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. Учебное пособие для вузов/под ред. Д.М. Хзмаляна. М.: Энергия, 1976.-488 с.

18. Аэродинамика закрученной струи/под ред. Р.Б. Ахмедова. -М.: Энергия, 1977.-240 с.

19. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. -М: Наука, 1986.-288 с.

20. Ксандопуло Г.И., Дубинин В.В. Химия газофазного горения. -М.: Химия, 1987.-240 с.

21. Кумагаи С. Горение/пер. с японскокого. М.: Химия, 1980. -256 с.

22. Кнорре Г.Ф. Что такое горение? M.-J1: Госэнергоиздат, 1955.-224 с.

23. Кнорре Г.Ф., Арефьев K.M. и др.Теория топочных процессов/под ред. Г.Ф. Кнорре, И.И. Палеева. М.-Л.: Энергия, 1966. -491 с.

24. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. М.: Наука, 1964. - 816 с.

25. Кнорре Г.Ф. Топочные процессы. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.-396 с.

26. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеродистым топливам и их продуктам сгорания. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. -288 с.

27. Рачевский Б.С., Рачевский С.М., Радчик И.И. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов. М.: Недра, 1974, 256 с.110

28. Тугунов П. И., Глазырина В.М. Необходимые для транспорта свойства газов, нефтей, нефтепродуктов и их определение. Учебное пособие. -Уфа.:УГНТУ,1991. -91 с.

29. Справочник нефтехимика. В двух томах. Т.1/под ред. С.К. Огородникова. П.: Химия, 1978. -496 с.

30. Рид. Р., Праусниц Дж.Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие/пер. с англ. Под ред. Б.И. Соколова. Л.: Химия, 1982. -592 с.

31. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1966.-536 с.

32. Расчеты химико-технологических процессов/под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 1982. -248 с.

33. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982. - 392 с.

34. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. -432 с.111

35. Сперроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением/пер. с англ. С.З. Сориц, Л.М. Сорокопуда под ред. А.Г. Блоха. Л.: Энергия, 1971.- 295 с.

36. Мучник Г.Ф., Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена. Тепловое излучение. Учеб. Пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1974.-272 с.

37. ЗЭ.Оцисик М.Н. Сложный теплообмен/пер. с англ. Под ред. H.A. Анфимова. М.: Мир, 1976. -616 с.

38. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках/пер. с англ. А.Ф. Зазовского, A.B. Капцова , М.Л. Холмянского под ред. Р.В. Гольдштейна. М.: Мир, 1984. - 234 с.

39. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена/под ред. Шашкова. Минск.: Наука и техника, 1976. - 144 с.

40. Четверушкин Б.Н. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука.Главная редакция физико -математической литературы, 1985. - 304 с.

41. Солодов А.П., Цветков Ф.Ф. и др.Практикум по теплопередаче/под ред. А.П. Солодова. М.:Энергоатомиздат, 1986. - 296 с.

42. Шигапов А.Б., Вафин Д.Б. Тепловое излучение продуктов сгорания в ДЛА. Учебное пособие. Казань.:Казанский авиационный институт, 1981. - 36 с.

43. Сычев В.В. Дифференциальные уравнения термодинамики.- М.: Высшая школа, 1991. -224 с.46.3игель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением/пер. с англ. под ред. Б.А. Хрусталева. М.: Мир, 1975. - 936 с.

44. Невский A.C. Лучистый теплообмен в печах и топках. М.: Металлургия, 1971. -440 с.

45. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена/пер. с англ. И.Е. Зино, В.Л. Грязнова под ред В.И. Полежаева. М.: Мир, 1988. -544 с.

46. Мигай В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л., 1987 474 с.

47. Морс Ф. Теплофизика/пер. с англ. М.: Наука. Главная редакция физико математическтй литературы, 1968. - 416 с.

48. Адрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М.: Энергия, 1972.-464 с.

49. Ициксон B.C., Денисов Ю.Л. Инфракрасные газовые излучатели. М.: Недра, 1969. - 280 с.

50. Михеев В.П., Медников Ю.П. Инжекционные газовые горелки большой производительности. М.: Недра, 1970. - 136 с.

51. Сосновский А.Г., Столярова Н.И. Измерение температур. -М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров ССР, 1970. 258 с.

52. Чертов А.Г. Физические величины. М.: Высшая школа, 1990. - 335 с.

53. Смородинский Я.А. Температура. М.: Наука, 1987. - 192 с.

54. Геращенко O.A., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения. Справочное руководство. Киев.: Наукова думка, 1965. -304 с.

55. Равич М.Б. Эффективность использования топлива. М: Наука, 1977.-344 с.

56. Масальский К.Е., Бичуцкий Г.М. Проектирование установок трубчатого пиролиза для нефтехимических производств. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1970. - 59 с.

57. Брондз Б.И., Соловьев A.M. и др. Пути повышения эффективности работы печей блоков установок АВТ. Тематический обзор. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982. 52 с.113

58. Маргулова Т.Х. Тепловой расчет котлоагрегата. М.-Л,: Госэнергоиздат, 1949. - 144 с.

59. Ягудин М.Н., Абызгильдин Ю.М., Гимаев Р.Н. теплотехнический расчет трубчатой печи установки замеленного коксования. Учебное пособие. Уфа.: УГНТУ, 1979. - 66 с.

60. Алексеенко C.B., Горячев В.Д. и др. Численное и экспериментальное моделирование турбулентных течений в топочных каме-рах//ИФЖ, т. 59, № 6. 1990. - 948 с.

61. Дутка В.А. Об эффективности применения одного варианта метода конечных элементов для решения нелинейных нестационарных задач теплопроводности//ИФЖ т. 70, № . 1997. - 284 с.

62. Козлов И.М., Суворов А.Е., Тюкаев В.И. Численное исследование конвективных течений сильнонеоднородной газовой сре-ды//ИФЖ т. 68, №6.-1995. 983 с.

63. Воронов С.К., Гиршович Т.А. Начальный участок плоской неизотермической струи, развивающейся в нессиметричных условиях, при наличии горения и без него// ИФЖ т. 68, № 3. 1995. - 372 с.

64. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справочник/под ред. E.H. Судакова. М.: Химия, 1979. - 568 с.114

65. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 688 с.

66. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. - 824 с.

67. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели. -Новосибирск: Наука, 1986. -296 с.

68. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Физматгиз, 1959.-784 с.

69. Амиров Я.С., Галеев Р.Г. и др. Безопасность жизнедеятельности. Книга 4. 4.III.Идентификация надежности и работоспособности топочно нагревательных агрегатов. - Уфа: Реактив, 1999. - 288 с.

70. Мартыненко О.Г., Соковишин Ю.А. Свободно конвективный теплообмен. Справочник. - Мн.: Наука и техника, 1982. -400 с.

71. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.-488 с.

72. В.С.Швыдский, Н.А.Спирин и др. Элементы теории систем и численные методы моделирования процессов тепломассопереноса,-М.: «Интермет Инжеиниринг», 1999,- 600 с.

73. А.А.Винтовкин, М.Г.Ладыгичев и др. Горелочные устройства промышленных топок и печей (конструкции и технические характеристики). Справочник. М.: «Интермет Инжеиниринг», 1999,- 552 с.

74. А.А.Винтовкин, М.Г.Ладыгичев и др. Технологическое сжигание и использование топлива. М.: «Металлургия», 1998 - 289 с.

75. Гупта А и др., Закрученные потоки: Пер.с англ./Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. М.:Мир, 1987.-588С., ил.

76. Полак Л.М. и др. Вычислительные методы в химической ки-нетике./Л.С.Полак, М.Я.Гольденберг, А.А.Левицкий.М.: Наука, 1984. 285с.

77. Форсайт Дж. И др. Машинные методы математических вычислений/Дж. Форсайт. М.Малькольм, К.Моулер. Пер. с англ. М.:Мир, 1980.420 е.,

78. Калинкин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978, 364 е.,

79. Гольденберг М.Я., Крестинин A.B. Численное интегрирование дифференциальных уравнений химической кинетики. Черноголовка: Препринт ОИХФ АН СССР. 1974. 122 с.85. (Павлов Б.В., Повзнер А.Я. // Журн.вычисл.математики и мат.физики. 1973, №4. С. 1056-1059.),

80. Дубовицкий А.Я., Дубовицкий В.А. Численное интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений неизотеримческой кинетики с использованием медленных комбинаций. Черноголовка: Препринт ОИХФ АН СССР. 1982. С.31.

81. Димитров В.И. Простая кинетика. Новосибирск: Наука, 1982. С. 150.

82. Бухман Ф.А., Меламед В.Г., Полак Л.С. и др. // Применение вычислительной математики в химической и физической кинетике. М.: Наука, 1969. С.12-81.,

83. Варданян И.А., Ян С., Налбндян А.Б. // Кинетика и катализ. 1981. №4. С.825-851.

84. Spalding D.V., Stephenson P.L.// Proc. Roy. Soc. London. 1971. V.A324

85. Warnatz J. // Combust. Sei. And Technol. 1983. V.82. S. 193-200, 643-649

86. Warnatz J.// Ber.Bunsenges.phys.Chem.1978. V.34. S. 177-200.

87. Шорин С.Н. Теплопередача. М., Высшая школа, 1964; Оцисик М.Н. Сложный теплообмен. М. Мир, 1976; Спэрроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен Р.Д. Теплообмен излучением. Л., Энергия, 1971.

88. Доцент кафедры МАХП УГНТУ к.т.н. Аспирант УГНТУ