Поскольку эти коэффициенты одного порядка, величину К_г оп- ределяют аналогично расчету К_ъ по уравнению (XI,57), в котором а₂ — коэффициент теплоотдачи от стенки к водяному пару.

10. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи

Нормальная работа трубчатой печи определяется скоростью движения потока сырья в трубах змеевика. При более высокой,

_t скорости потока увеличивается ) коэффициент теплоотдачи от сте- нок труб к нагреваемому сырью, уменьшается температура стенок и снижается возможность образо- вания кокса и отложений твер- дых частиц. Вместе с тем примене- ние высоких скоростей сырьевого ² потока приводит к росту гидра- влического сопротивления змее-

т

Рис. XI-18. Изменение температуры, сопро- тивления и доли отгона по длине змеевика трубчатой печи.

вика и требует применения более мощного сырьевого насоса. Обычно скорость жидкого сырья в трубах на входе в печь состав- ляет 1—3 м/с.

В зависимости от состояния сырья на выходе из трубчатой печи различают печи с потоком сырья: однофазным, двухфазным а также изменяющегося состава. Это обусловливает особенности гидравлического расчета трубчатой печи.

В случае однофазного жидкого потока сырья скорость его дви- жения в змеевике печи изменяется незначительно (примерно на 10—20%) в основном за счет уменьшения плотности сырья при нагревании. В печах, служащих для нагревания газов и паров, изменение скорости сырья обусловлено также снижением давле- ния по длине змеевика, в связи с этим увеличивается объемный расход на выходе из печи.

При расчете печей этого типа используют известные уравне- ния гидравлики при средних характеристиках сырьевого потока (см. гл. II).

В печах, в которых происходит частичное или полное испа- рение сырья, скорость его движения в змеевике существенно из- меняется. Это приводит к тому, что сопротивление змеевика воз- растает более быстро, чем в случае однофазного потока (рис. XI-18). Это требует специального подхода к расчету сопро- тивления змеевика печи.

Змеевик такой печи можно разбить на два участка (см. рис. XI-18). В пределах первого (начального) участка происходит

увеличение температуры сырья t и сопротивления змеевика Ар пропорционально длине участка. Сырье находится в жидком со­стоянии. В конце первого участка начинается испарение сырья, и объем парожидкостной смеси значительно увеличивается, а ее плотность уменьшается. Это приводит к сильному возрастанию скорости движения сырья и интенсивному росту сопротивления. Поскольку по ходу движения сырья температура его растет, а давление снижается, доля отгона е быстро увеличивается.

Особенность изменения температуры сырья состоит в следую­щем. В пределах первого участка, где сырье нагревается без ис­парения, температура сырья увеличивается равномерно. Когда в трубах печи начинается испарение сырья, часть подведенного тепла расходуется не только на повышение его температуры, но и на его испарение. Это может привести к тому, что на выходе из печи сырье будет иметь более низкую температуру, чем в промежу­точном сечении участка испарения (на рис. XI-18 показано штри­хом). Чрезмерное повышение температуры в промежуточном се­чении змеевика при нормальной температуре на выходе сырья из печи может быть причиной частичного разложения сырья и отло­жения кокса на стенках труб. Для расчета гидравлического со­противления змеевика с частично или полностью испаряющимся сырьем Б. Д. Баклановым предложено следующее уравнение:

где р_н> Рк — абсолютное давление в начале и конце участка испарения, Па; /_и — длина участка испарения, м; А и В — коэффициенты, определяемые по формулам

0,814 XGl

А = —i

Рж<*⁵

В = 9,81 i?B2L Рп '

X — коэффициент гидравлического сопротивления; X = 0,018—0,024; G_c — рас­ход жидкого сырья для одного потока, кг/с; р_ж — плотность жидкости при сред­ней температуре участка, кг/м³; р_п — средняя плотность паров при давлении 9,81 Па, кг/м³; d — внутренний диаметр труб змеевика, м; е₂ — массовая доля отгона сырья в конце рассматриваемого участка.

Среднюю плотность паров р_п определяют по формуле

-L₌424 fJjL + JjL) р_п ⁺ М_к )

(XI,61)

где Г_н и Т_к — температура кипения испаряющихся фракций в начале и конце участка испарения, К; М_н и М_к — молекулярные массы тех же фракций.