Интенсификации теплообмена

Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки работает в условиях действия механических напряжений, высоких температур, природных и технологических коррозионно-активных сред, инициирующих возникновение и накопление повреждений, приводящих со временем к нарушению его работоспособности. Преобладающая часть парка оборудования нефтепереработки имеет поверхностный контакт с рабочей средой, эксплуатируется в очень жестких режимах — в условиях действия высоких давлений и температур. Современные технологические процессы ориентированы на углубление переработки нефтяного сырья. Увеличение выхода светлых нефтепродуктов связано с повышением роли деструктивных процессов переработки нефти, что в свою очередь ведет к интенсификации технологических процессов и усложнению конструкции оборудования. В последние годы в переработку вовлекаются все большие объемы нефтей с повышенным содержанием сероводорода, минеральных солей и газоконденсатов с высоким содержанием агрессивных компонентов. Это обстоятельство значительно усложняет условия эксплуатации оборудования, вызывая интенсивное развитие различных коррозионных процессов. Коррозионная активность технологических сред является одним из основных факторов, снижающих надежность металлических конструкций и способствующих зарождению трещин [4]. Агрессивное воздействие рабочих сред обусловлено обводненностью нефти, наличием в ней кислых компонентов, сернистых и хлористых соединений, а так же применением в процессе подготовки и переработки коррозионно-активных реагентов. Как показали результаты диагностирования 59 резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (годы постройки 1975 — 80 , объем резервуаров 20 000 NT), при суммарном содержании в нефти воды, хлора и серы более 3 % коррозионное растрескивание имело место во всех резервуарах, эксплуатировавшихся более 15 лет [3]. Особую опасность представляет разрушение оборудования в условиях действия водороДосодержащих и водородо-выделяющих сред.

Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки работает в условиях действия механических напряжений, высоких температур, природных и технологических коррозионно-активных сред, инициирующих возникновение и накопление повреждений, приводящих со временем к нарушению его работоспособности. Преобладающая часть парка оборудования нефтепереработки имеет поверхностный контакт с рабочей средой, эксплуатируется в очень жестких режимах - в условиях действия высоких давлений и температур. Современные технологические процессы ориентированы на углубление переработки нефтяного сырья. Увеличение выхода светлых нефтепродуктов связано с повышением роли деструктивных процессов переработки нефти, что в свою очередь ведет к интенсификации технологических процессов и усложнению конструкции оборудования. В последние годы в переработку вовлекаются все большие объемы нефтей с повышенным содержанием сероводорода, минеральных солей и газоконденсатов с высоким содержанием агрессивных компонентов. Это обстоятельство значительно усложняет условия эксплуатации оборудования, вызывая интенсивное развитие различных коррозионных процессов. Коррозионная активность технологических сред является одним из основных факторов, снижающих надежность металлических конструкций и способствующих зарождению трещин [4]. Агрессивное воздействие рабочих сред обусловлено обводненностью нефти, наличием в ней кислых компонентов, сернистых и хлористых соединений, а так же применением в процессе подготовки и переработки коррозионно-активных реагентов. Как показали результаты диагностирования 59 резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (годы постройки 1975 - 80 , объем резервуаров 20 000 м~'), при суммарном содержании в нефти воды, хлора и серы более 3 % коррозионное растрескивание имело место во всех резервуарах, эксплуатировавшихся более 15 лет [3]. Особую опасность представляет разрушение оборудования в условиях действия водородосодержащих и водородо-выделяющих сред.

В принятых XXVII съездом КПСС «Основных направлениях экономического я социального развития СССР на 1986—1990 годы и на перспективу до 2000 года» особое внимание уделено ускорению перевода экономики на путь интенсивного развития. Увеличение темпов интенсификации технологических процессов, дальнейшее повышение технического уровня производства в соответствии с решениями апрельского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС должны во все большей мере становиться основными направлениями в деятельно-.сти советских ученых. В энергетической, химической и ряде других отраслей промышленности 'процессы гидродинамики и теплообмена в 'парожидкостных средах определяют основные габариты и профиль многих аппаратов, и только при глубоких знаниях развития этих процессов возможно повышение производительности таких установок и качества "вырабатываемой ими продукции. Обобщению обширных теоретических и экспериментальных данных, накопленных в этой области, разработке и систематизации наиболее совершенных методов расчета гидродинамики и теплообмена в условиях парообразования (условиях, наиболее характерных для многих аппаратов теплоэнергетики, химической технологии, пищевой промышленности, холодильной техники и пр.) посвящена данная книга.

Широкое применение различного рода материалов в промышленности и технике, ужееточение режимов эксплуатации оборудования при интенсификации технологических процеевов, расширение перечня еред, в которых применяется оборудование, решение проблемы уменьшения материалоемкости при конструировании новых аппаратов и оборудования требуеш от инженера знаний в области химичеекой стойкости материалов. Справочная литература помогает пополнить эти знания.

Создание, совершенствование и научно обоснованное применение высококоррозионностойких материалов в немалой степени способствуют успешному развитию технического прогресса в химической дромншленноств. Внедрение в 1975-85 гг. новых прогрессивных высокопроизводительных процессов в этой отрасли предусматривает введение в эксплуатацию ряда новых технологических линий. Наиболее важными из них являются линии по получению аммиака, азотной кислота и аммиачной селитры, экстракционной фосфорной кислоты, серной кислоты, поликарбонатов, ионообменных смол, кремнийорганическах соединений, хлора и хлорорганических соединений, сырья для получения красителей и других химических прд-дуктов. По мере интенсификации технологических процессов все больше "возрастают требования, предъявляемые к современным конструкционным материалам. Они должны обладать * в первую очередь , повышенной прочностью, технологичностью и долговечностью при изменениях эксплуатационных условий в широких пределах.

В различных отраслях промышленности технический прогресс выражается в замене существующих. технологий новыми, более прогрессивными, в укрупнении мощностей технологических <и энергетических агрегатов, в интенсификации технологических процессов, в улучшении качества сырья и повышении качества продукции.

Кроме размерной обработки, ультразвук используется для интенсификации технологических процессов химико-термической обработки (например, азотирования), процессов сварки и пайки, особенно алюминия и его сплавов. При выплавке металла наложение ультразвуковых колебаний способствует дегазации расплава, повышает равномерность кристаллизации и мелкозернистость получаемых слитков. Недостатком процессов является большая стоимость установок и аппаратов, используемых для получения ультразвуковых колебаний, их передачи и распределения, сравнительно невысокий к. п. д. использования энергии.

В процессе промышленного освоения роторных автоматических линий выявляются возможности интенсификации технологических операций, выполняемых на отдельных роторах; сокращения цикловых потерь времени рабочего цикла; уменьшения затрат времени на проведение восстановительных и профилактических работ, т. е. поиск возможностей сокращения вне-цикловых потерь времени рабочего цикла. Для исследований интенсификации операций технологического процесса, снижения влияния дестабилизирующих факторов и сокращения цикловых и внецикловых потерь времени рабочего цикла требуется определенный интервал времени, который и составляет период освоения роторных автоматических линий. Этот период в условиях промышленного предприятия, осваивающего роторные линии впервые, составляет 2—3 года.

шей интенсификации технологических процессов и повышению производительности некоторых типов тяжелого оборудования металлургического производства.

Ультразвуковыми условно называются такие методы обработки материалов либо интенсификации технологических процессов, при которых обрабатываемая зона находится под воздействием вводимых определенным образом упругих механических колебаний, частота которых превышает 16—20 кгц. Результатом воздействия этих колебаний являются либо интенсификация уже протекающих процессов (механических, химических, электрохимических и др.). либо соответствующее технологическое изменение обрабатываемого участка (например, образование неразъемного соединения, измельчение зерна металла), либо осуществление специальной обработки, трудно выполнимой обычными способами (например, лужение алюминия без флюса) и др. (табл. 9).

При выборе заготовки следует учитывать, что руководящим положениям об экономии материалов, создании безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов в машиностроении отве-

Указанный метод интенсификации теплообмена послужил причиной того, что одновременно с развитием технологии изготовления пористых металлов было предложено большое количество конструкций разнообразных теплообменных устройств, в которых каналы или межтрубное пространство заполнены такими металлами. 12

Кроме обычных теплообменников, существуют различные устройства, работающие при криогенных температурах. В них для интенсификации теплообмена применяются пористые материалы. Известны конструкции сверхпроводящих линий электропередачи, в которых проницаемая матрица используется для охлаждения сверхпроводящих проводников.

Теплообмен в канале с короткой пористой вставкой. Рассмотрим теплообмен в канале с пористой вставкой. В практике для локальной интенсификации теплообмена часто используют короткие пористые вставки. В них подогрев охладителя

Большинство известных способов интенсификации теплообмена в каналах приводит к повышению гидравлического сопротивления. При этом для конкретного теплообменного устройства в зависимости от критерия оценки эффективности интенсификации положительный эффект достигается при соблюдении определенного условия между отношениями чисел Нуссельта Nu*/Nu и коэффициентов сопротивления ?*/? для каналов с интенсификацией (Nu*, ?*) и без нее (Nu, ?). Так, например, в [ 13] показано, что при интенсификации теплообмена в турбулентном потоке в каналах трубчатого теплообменного аппарата положительный эффект интенсификации, оцениваемый тремя различными критериями, достигается при выполнении степенной зависимости */? < (Nu*/Nu)3'5 .

Таким образом, рассматриваемый способ интенсификации теплообмена в каналах отличается от других известных особенно значительным увеличением как теплообмена а*/%, так и гидравлического сопротивления ?*/?. Последнее и является его наиболее слабым местом. Выполним оценку эффективности интенсификации теплообмена с помощью проницаемого высокотеплопроводного заполнителя, используя в качестве критерия сравнение мощностей, затрачиваемых на прокачку теплоносителя в канале с матрицей и без нее при одинаковых габаритах, плотности внешнего теплового потока и одинаковой максимальной температуре стенки канала на его выходе.

ность на прокачку охладителя сквозь контур с гладким каналом возрастает вдвое, тогда как для контура с заполненным каналом она остается практически неизменной, поскольку сопротивление пористой вставки на несколько порядков выше сопротивления гладкого канала. В итоге положительный эффект интенсификации теплообмена достигается при значительно меньшей ширине канала (кривая 2 на рис. 5.18). Дальнейшее увеличение гидравлического сопротивления контура участков циркуляции приводит к тому, что положительный эффект интенсификации теплообмена с помощью пористой вставки достигается в еще более узких каналах.

* Конкретный вид критериального уравнения вследствие интенсификации теплообмена за счет турбулентного перемешивания жидкости будет иным.

Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб ;— шахматная, и коридорная (см. табл. 14). Для интенсификации теплообмена применяют трубы малого диаметра (d = 21ч-32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм, причем большие значения для котлов СКД), выполненные из стали 20. i

Жидкие металлы и газы не имеют ограничений по температуре на выходе из реактора. Благодаря высокой теплопроводности высокотемпературный нагрев жидких металлов достигается без интенсификации теплообмена. При использовании газа как теплоносителя требуются специальные меры по интенсификации теплообмена, например увеличение скорости газового потока. Однако это связано с повышением расхода электроэнергии на прокачку теплоносителя.

Теперь рассмотрим методику расчета бромистолитиевых абсорбционных холодильных установок. Основные аппараты этих установок в большинстве случаев выполняются пленочными с рециркуляцией раствора для интенсификации теплообмена путем увеличения плотности орошения.

Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб— шахматная и коридорная (см. табл. 14). Для интенсификации теплообмена применяют трубы малого диаметра (d = 21-^32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм, причем большие значения для котлов СКД), выполненные из стали 20.