VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты являются наиболее распространенным типом теплообменников широкого спектра технологического применения в нефтеперерабатывающей промышленности.

В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы:

Теплообменники, в которых один поток нагревается за счёт использования тепла другого, получаемого в технологическом процессе и подлежащего в дальнейшем охлаждению. Применение теплообменников на установке позволяет сократить расходы подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т.д.) и охлаждающего агента.

К этой группе аппаратов относится теплообменники для нагрева нефти на нефтеперерабатывающей установке, осуществляемого за счёт использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения; котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга; регенераторы холода и др.

Нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или частичное испарение осуществляется за счёт использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов или специальных теплоносителей (водяной пар, масло и др.).

В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока. Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых вниз ректификационной колоны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т.д.

В кожухотрубчатом теплообменнике обменивающаяся тепловая среда движется в трубном пространстве. Обычно туда направляют нефть, т.к. необходимо обеспечить удобную очистку поверхности от образующихся отложений. Нефть входит через патрубок в нижней распределительной камере, и, пройдя по трубам, выходит через патрубок в верхней распределительной камере. Другой поток теплоносителя движется в межтрубном пространстве, выводится через верхний патрубок на кожухе, омывает снаружи трубы и выводится через нижний патрубок. В межтрубное пространство направляют горячий теплоноситель, т.к. он не образует загрязнений (предусмотрена теплоизоляция от потерь тепла в окружающую среду).

Тепловые процессы или теплообмен − обобщенное название процессов передачи энергии в виде теплоты между телами, имеющими различную температуру. Движущей силой процесса теплообмена является разность температур. Причем передача теплоты осуществляется от тела с большей к телу с меньшей температурой.

В большинстве критериальных уравнений теплоотдачи значения физико-химических констант теплоносителя отнесены к его средней температуре, которая находится следующим образом. Для того теплоносителя, у которого температура изменяется в теплообменнике на меньшее число градусов, средняя температура определяется как средняя арифметическая между начальной и конечной

Для второго теплоносителя среднюю температуру находят по формуле

Это уравнение справедливо и тогда, когда температура первого теплоносителя постоянна вдоль поверхности теплообмена. Средняя разность температур теплоносителей определяется как среднелогарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей.

Если же коэффициент теплопередачи, зависящий от температуры, сильно меняется вдоль поверхности теплообмена, то среднюю логарифмическую разность температур применить нельзя.

Пусть коэффициент теплопередачи следующим образом изменяется с температурой нагреваемой нефти

T, oC	25	30	40	60	80	100
K, Bт/(м2К)	166	232	308	342	350	354

Для нахождения средней температуры путем численного интегрирования выполним полиномиальную аппроксимацию представленной выше табличной зависимости. Данную задачу легко решить с помощью математического пакета Маthcad. В пакете Маthcad введена встроенная функция для обеспечения полиномиальной регрессии при произвольной степени n полинома регрессии – regress(Х,Y,n). Эта функция возвращает вектор vs, запрашиваемый функцией interp(vs,Х,Y,х) и содержащий коэффициенты многочлена n-ой степени, который наилучшим образом приближается к точкам, хранящимися в векторах X и Y. На практике не рекомендуется делать степень аппроксимирующего полинома выше 4-6, поскольку погрешность реализации регрессии сильно возрастает.

Для оценки качества полученной аппроксимации найдем коэффициент детерминации R². Коэффициент детерминации характеризует долю дисперсии результативного признака , объясняемую регрессией, в общей дисперсии результативного признака.

Если для одной и той же таблично заданной нелинейной зависимости подбирать несколько уравнений регрессии, то наилучшее приближение можно выбрать по близости критерия R² к единице

где n – число значений в таблице; – остаточная дисперсия; – значения, вычисленные по уравнению регрессии; – табличные значения исследуемого признака; – среднее значение признака. Среднее значение можно вычислить непосредственно по формуле

или с помощью встроенной функции Mathcad, которая зависит от одного аргумента – mean(▪).

В нашем случае коэффициент детерминации для полинома четвертой степени, при этом аппроксимирующая кривая проходит через каждую точку табличной зависимости.

Код для цитирования: Скопировать