3.4. Расчёт выходной температуры после подогревателя природного газа

второй ступени 3-ого аммиака.

a, b, d, e – коэффициенты для расчёта теплоемкости природного газа [кДж/кмоль*К].

a= 41,295 b= -9,476 d= 3,2343 e= -0,223990

t₁ – температура природного газа на входе в теплообменник [К].

t₁= 441

t₂ – температура природного газа на выходе из теплообменника [К].

t₂= 545

F₀ – объемный расход природного газа при нормальных условиях [нм³/ч].

F₀= 47500

М_СН4 – молярная масса метана [кг/кмоль].

М_СН4= 16

v₁ – удельный объем природного газа [нм³/ч].

v₁= 1,4

F₁ – объемный расход продуктов сгорания при нормальных условиях [нм³/ч].

F₁ = 348948

t₃ – температура дымовых газов на входе в теплообменник [⁰С].

t₃ = 375

v₂ – удельный объем продуктов сгорания [нм³/ч].

v₂ = 0,77

С_р3 – средняя теплоёмкость продуктов сгорания при 230 ⁰С [кДж/кг].

С_р3= 1,105

С_р1 – теплоёмкость природного газа при 248К [кДж/кг].

С_р1 = 2,7

С_р2 – теплоёмкость природного газа при при 493К [кДж/кг].

С_р2 = 3,091

m₁ – массовый расход природного газа [кг/с].

m₁= 9,425

Q – теплосъем [кВт].

Q= 4,657

m₂ – массовый расход продуктов сгорания [кг/с].

m₂= 125,883

Δt– разность температур входа и выхода дымовых газов [⁰С].

Δt= 32,307

t₄– температура дымовых газов на выходе из теплообменника [⁰С].

t₄= 342,693

ΔТ – температурный напор [К].

ΔТ= 135,705

d – диаметр труб [м]: d = 0,102

d₁ – внутренний диаметр труб [м]: d₁= 0,086

L – длинна трубы[м]: L= 15,443

S₁ – шаг труб в ряду [м]: S₁= 0,178

S₂ – вертикальный шаг [м]: S₂= 0,251

n – количество труб в ряду [м]: n= 20

Z – число рядов по высоте [м]: Z = 2

s – шаг ребер[м]: s= 0,008

h – высота ребер [м]: h= 0,019

δ – толщина ребра [м]: δ= 0,0013

a * l – размеры газохода [м]: a * l = 3,912*15,85

D – диаметр трубы по оребрению [м]: D= 0,14

f₁ – межтрубное сечение [м²].

f₁ = 30,32

f₂ – площадь сечения внутри трубы [м²].

f₂ = 0,116

Н_р1 – отношение поверхности рёбер к полной поверхности теплообменника.

Н_р1 = 0,94

Н_р2 – отношение несущей поверхности без ребер к полной поверхности.

Н_р2 = 0,06

Н_р3 – отношение внутренней поверхности теплообменника к полной.

Н_р3 = 0,074

ψ – эффективности поверхности нагрева.

ψ = 10,733

H_f – поверхность нагрева [м²].

H_f = 2123

λ₁ – коэффициент теплопроводности продуктов сгорания [Вт/м К].

λ₁ = 0,0516

λ₂ – коэффициент теплопроводности природного газа [Вт/м К].

λ₂ = 0,07945

ν – коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания [м²/с].

ν = 28,8*10^-6

Pr₁ – критерий прандтля для продуктов сгорания.

Pr₁ = 0,66

Pr₂ – критерий прандтля для природного газа.

Pr₂ = 0,734

ρ₁ – плотность продуктов сгорания [кг/м³].

ρ₁ = 0,71

ρ₂ - плотность природного газа [кг/м³].

ρ₂ = 18,9

μ - коэффициент динамической вязкости природного газа [Па*с].

μ = 18,4*10^-6

ωρ₁ – массовая скорость продуктов сгорания [кг/м² с].

ωρ₁ = 4,152

ωρ₂ – массовая скорость природного газа [кг/м² с].

ωρ₂ = 81,165

Сz – поправка: Сz = 1

φσ – параметр, учитывающий относительное расположение труб в пучке.

φσ = 1,547

ψ₁ – коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности стибера: ψ₁ =0,85

ε – коэффициент загрязнения: ε = 0,005

Е – коэффициент эффективности ребра: Е = 1

β – параметр.

β = 34,204

λ₃ - коэффициент теплопроводности металла ребра [Вт/ м К].

λ₃ = 45

α - коэффициент теплоотдачи конвекцией для оребренного шахматного пучка с круглыми ребрами [Вт/м² К].

α = 35,041

α₁ – приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны продуктов сгорания [Вт/м² К].

α₁ = 29,659

α₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к природному газу [Вт/м² К].

α₂ = 527,253

К – коэффициент теплопередачи [Вт/м² К].

К = 15,99

F – необходимая поверхность нагрева [м²].

F = 2172

Выводы.

В данной работе были просчитаны выходные температуры после подогревателей первой и второй ступени природного газа на агрегатах аммиака №2 и №3. При входной температуре природного газа (минус 25) мы получили на выходе:

Аммиак 2, температура после подогревателей - 279⁰С

Аммиак 3, температура после подогревателей - 272⁰С

В работе был сделан расчет возможности применения существующих подогревателей первой и второй ступеней при переводе агрегатов аммиака на природный газ высокого давления (55кгс/см²).

Результаты расчета показывают, что при переводе агрегата на природный газ высокого давления температура природного газа после существующих подогревателей будет соответствовать нормальному технологическому режиму отделения сероочистки (250-400 ⁰С).

В данной работе расчеты по дымовым газам были сделаны на производительность 1520 т/сутки. При увеличении расхода технологического газа до 47500 м³/ч (при н.у.) увеличится расход топливного газа на потолочные горелки (FI-19), что даст нам дополнительное количество тепла дымовых газов.

Так же следует отметить что при увеличении производительности агрегата, увеличивается температура природного газа после подогревателей (График №1).

На графике №1 показана зависимость температуры природного газа после подогревателей от приведенного расхода природного газа.

Список используемой литературы.

1. Н. Б. Варгафтик. «справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей». М. 1972 г.

2. Диаграмма Одесского института инженеров морского флота (ОИИМФ) для природного газа. Автор – В. А. Загорученко.

3. Э. Игнатович. Химическая техника. Процессы и аппараты. – М.;ТЕХНОСФЕРА, 2007г. 

4. Постоянный технологический регламент №24 агрегата №3, производства аммиака.

5. Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии т. 1. – М.; Химия, 1981г.

6. Инструкция №3-24-12 по рабочему месту и охране труда для аппаратчика конверсии 6-ого разряда, агрегата №3, производства аммиака.

7. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / 7-ое изд. – Химия, 1961 г.

33