Экспериментальная исследования для изучения процессов охлаждение углеводородных паров

Введение. Применение аппаратов воздушного охлаждения (АВО) дает ряд эксплуатационных преимуществ, главными из которых являются экономия охлаждающей воды и уменьшение количества сточных вод, сокращение затрат труда на чистку аппарата ввиду отсутствия накипи и солеотложения, уменьшение расходов на организацию оборотного водоснабжения технологических установок [1] .

Применение в АВО оребренных по наружной поверхности труб обусловлено необходимостью компенсировать низкий коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха за счет развитой наружной поверхности теплообмена [2] .

Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента. Для изучения и установления характер влияния температуры, давления, расхода и влажности паровой фазы, а также скорости и температуры охлаждающего воздуха на эффективность охлаждения углеводородных паров трубчатом аппарате; нами собрана экспериментальная установка, принципиальная схема которой представлена на рисунке (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема    экспериментальной воздушной охладительной установки: 1-теплообменник-конденсатор с оребренными трубами; 2-вентилятор; 3 и 8-манометр; 4 и 12-вентили; 5-предохранительный клапан для  пара; 6,  9 и 11  - термометры;     7-объемный счетчик расхода дистиллята;

10-водяной трубчатый теплообменник типа «труба в трубе»; 13 – мерная емкость для сбора дистиллята; 14-парогенератор; 15-объемный счетчик расхода газа; 16-горелка газовая;

Опытная установка воздушного охлаждения углеводородных паров (рис.2) в основном состоит из парогенератора 14, теплообменного аппарата-конденсатора с оребренными трубами 1, водяного трубчатого теплообменника типа «труба в трубе» 10, счетчиков для учета расхода газа 15 и дистиллята 7 и мерной емкости 13 для сбора охлажденного дистиллята. Установка снабжена контрольно-измерительными приборами и запорной арматурой для регулирования расходов теплоносителей.

Греющий пар получают в парогенераторе 14 с рабочим объемом 27 л, путем нагрева исходного теплоносителя (воду или газового конденсата) до температуры кипения, зажигая природный газ при помощи горелки 16. Расход подаваемого на горелку газа устанавливается по показаниям объемного счетчика 15 и регулируется при помощи вентиля 41 на линии, тем самым устанавливается заданная паропроизводительность генератора.

Давление пара в парогенераторе 14 и в теплообменник-конденсатор с оребренными трубами 1 измеряется манометрами. Температура углеводородного пара входа теплообменник-конденсатор 1 измеряется ртутными термометрами 6, вставляемых в приваренные карманы с маслом. Температура охлаждаемого углеводородного пара измеряется ртутными термометрами 9, закладываемых в приваренные карманы с маслом. В ходе экспериментов температура жидкости и паров измерена при помощи лабораторных ртутных стеклянных термометров типа ТЛ-2 и ТЛ-2М по ТУ 25-2001.003-88. Температура углеводородных паров в генераторе измерялся манометрическим термометром, а его избыточное давление-манометрами ДМ05 по ТУ У33.2-14307481-031:2005 и ГОСТ 2405-88.

Основной целью экспериментальных исследований являлось изучение процессов охлаждения углеводородных паров и нефтяных дистиллятных фракций воздушным и водяным способами, установление влияния физических свойств теплоносителей и режимных параметров процесса (температуры, давления, расхода и влажности) на эффективность теплоотдачи в опытном воздушном и водяном охладителях.

Содержание и результаты исследований. Основной целью экспериментальных исследований являлось изучение процессов охлаждения углеводородных паров и нефтяных дистиллятных фракций воздушным и водяным способами, установление влияния физических свойств теплоносителей и режимных параметров процесса (температуры, давления, расхода и влажности) на эффективность теплоотдачи в опытном воздушном и водяном охладителях. В ходе экспериментов использованы фракции нефти и газового конденсата, поставляемых в Бухарский нефтеперерабатывающий завод. Газовый конденсат, используемый в качестве рабочей жидкости, характеризовался плотностью 751 кг/м³ и вязкостью 1,066 мм²/с.

Опыты по изучению процессов охлаждения углеводородных паров и нефтяных дистиллятных фракций проведены при давлении углеводородных паров 50, 100, 150, 200 и 250 кПа, температуре атмосферного воздуха 33-34 оС, его относительной влажности 56 % и барометрическом давлении 713-715 мм рт.ст. Объем залитого в парогенератор газового конденсата составил 10 л. Скорость воздушного потока (охлаждающего агента) равнялась 3 м/с. Измерение контролируемых параметров процесса осуществлено через каждой промежуток времени, равной 2 минута.

В ходе экспериментов температура жидкости и паров измерена при помощи лабораторных ртутных стеклянных термометров типа ТЛ-2 и ТЛ-2М по ТУ 25-2001.003-88. Температура углеводородных паров в генераторе измерялся манометрическим термометром, а его избыточное давление-манометрами ДМ05 по ТУ У33.2-14307481-031:2005 и ГОСТ 2405-88. Влияние режимных параметров процесса на эффективность теплоотдачи в воздушном охладителе изучены в диапазоне давлений от 50 до 250 кПа.

На рис. 1. представлена кривая изменения температуры охлаждения паров газового конденсата в трубках опытного воздушного охладителя по времени при давлении 250 кПа. Из графика видно, что при 250 кПа температуры охлаждения углеводородных паров в охладителе идет с плавным снижением температуры до состояния равновесия.

Рис.1. Изменения температуры углеводородного пара по времени в трубчатом воздушном охладителе при Р=250 кПа.

Аналогичная картина изменения темпа снижения температуры паров наблюдена и при других значениях их давления. На рис. 2. изображены кривые изменения температуры дистиллята паров газового конденсата по времени в опытном воздушном охладителя, при давлении 250 кПа. Как видно из рисунка, температуры охлаждаемого дистиллята бензиновой фракции интенсивно снижается до 50 оС за 100 мин от начала эксперимента.

Рис.2. Изменения температуры дистиллята паров газового конденсата по времени в трубчатом воздушном охладителе при Р=250 кПа.

Продолжительность процесса охлаждения углеводородных паров и их дистиллятов изучена с целью оценки динамики процесса в опытном охладительном аппарате. Как видим, разработанная экспериментальная установка характеризуется хорошими динамическими свойствами.