
- •Общая часть
- •Характеристика сырья и продукция отделения конденсации
- •Теоретические основы охлаждения коксового газа
- •Описание технологической схемы отделения конденсации
- •Оборудование отделения конденсации
- •1.5 Нормы технологического режима отделения конденсации
- •Контроль процесса охлаждения коксового газа
- •1.7 Птэ оборудования отделения конденсации
- •Энергосбережение в отделении конденсации
- •Специальная часть
- •2.1 Обзор методов первичного охлаждения коксового газа
- •2.6 Птэ первичных газовых холодильников
- •Расчетная часть
- •3.1 Расчет газосборника
- •3.1.1 Материальный расчет газосборника
- •3.1.2 Тепловой расчет газосборника
- •3.1.3 Конструктивный расчет газосборника
- •3.2 Расчет первичного газового холодильника с горизонтальными трубами
- •3.2.1 Материальный расчет
- •3.3 Расчет центробежного насоса для подачи воды на пгх
- •6. Мероприятия по технике безопасности, противопожарной технике и охране окружающей среды
- •6.2 Противопожарные мероприятия в отделении конденсации
- •Защита окружающей среды в отделении конденсации
3.1.3 Конструктивный расчет газосборника
Диаметр газосборника определяем, исходя из фактического объема газа, который выходит из газосборника и скорости газа 4 м/с [ 3].
Объем газа, который выходит из газосборника, составляет :
273 + 82
Vв.г. = 273451 * ------------------ = 355586 м3/ ч
273
Через один газосборник поступает:
355586
Vг = ------------ = 29632 м3/ ч
2 * 6
Тогда площадь сечения газосборника:
29632
S = ---------- = 2,06 м2
3600 * 4
и диаметр составляет:
—————— ——————
/ 4 * S / 4 * 2,06
D = / ---------- = / --------------- = 1,62 м
√ π √ 3,14
3.2 Расчет первичного газового холодильника с горизонтальными трубами
3.2.1 Материальный расчет
Количество коксового газа, который поступает в холодильник из газосборника, состаляет:
|
кг/ ч |
нм3/ч |
сухой коксовый газ |
54000 |
120000 |
водяной пар |
118964 |
148044 |
пары смолы |
5088 |
670 |
бензольные углеводороды |
4200 |
1417 |
сероводород |
2160 |
1423 |
аммиак |
1440 |
1897 |
Всего |
185852 |
273451 |
Температура коксового газа на входе в первичный газовый холодильник составляет 84°С. Температура газа на выходе из ПГХ – 30°С, давление – 745 мм рт.ст. Принимаем, что в ПГХ конденсируется вся смола, которая находится в газе.
Объем водяных паров на выходе из холодильника определяется из уравнения:
Р"
Vв = Vс.г. * -----------,
Рзаг - Р"
где Vс.г. – объем сухого коксового газа на выходе из холодильника, нм3/ ч;
Р" – упругость водяных паров при температуре 30°С, которая составляет 31,9 мм рт.ст. [1].
Рзаг – общее давление газа на выходе из холодильника, которое составляет 745 мм рт. ст.
Тогда
31,8
Vв = 120000 * ------------- = 5351 нм3/ч,
745-31,8
или по массе
5351
Gв = --------- * 18 = 4300 кг/ ч
22,4
Таким образом, в ПГХ конденсируется водяного пара:
118964 - 4300 = 114664 кг/ ч
Количество аммиачной воды, которое подается на переработку:
39480 - 4300 = 35180 кг/ч
Разница между количеством водяного пара, который конденсируется 114664 кг/ч и водой, которая перерабатывается 35180 кг/ ч, которая составляет 79484 кг/ ч идет на пополнение цикла газосборников. Схема материальных потоков воды приведена на рис. 3.1.
2004000
118964 4300
39480 газосборник
П
ПГХ
114664
1924516
2004000 79484 на переработку 35180
Рисунок 3.1 - Схема материальных потоков воды
В аммиачной воде, которая идет на переработку, растворяется некоторое количество аммиака и сероводорода. По производственным данным состав аммиачной воды такой, г/ л:
- аммиак – 10;
- сероводорода – 3;
- двуокиси углерода – 4.
Количество этих газов, которые растворяются в воде, составляет (кг/ ч):
- аммиак: 35180 * 0,01 = 352;
- сероводорода: 35180 * 0,003 = 106;
- двуокиси углерода: 35180 * 0,004 = 141.
Материальный баланс ПГХ приведен в таблице 3.6.
Таблица 3.6 – Материальный баланс ПГХ
Наименование продукта |
Приход |
Расход |
||||
кг/ ч |
нм3/ ч |
кг/ ч |
нм3/ ч |
|||
А. Газ |
||||||
1. Сухой коксовый газ |
54000 |
120000 |
53859 |
119687 |
||
2. Водяной пар |
118964 |
148044 |
4300 |
5351 |
||
3. Пары смолы |
5088 |
670 |
- |
- |
||
4. Бензольные углеводороды |
4200 |
1417 |
4200 |
1417 |
||
5. Сероводород |
2160 |
1423 |
2054 |
1353 |
||
6. Аммиак |
1440 |
1897 |
1088 |
1434 |
||
Итого |
185852 |
273451 |
65501 |
129242 |
||
Б. Жидкость |
||||||
1. Вода |
- |
- |
114664 |
- |
||
2. Растворенные газы |
- |
- |
599 |
- |
||
3. Смола |
- |
- |
5088 |
- |
||
Всего |
185852 |
- |
185852 |
- |
3.2.2 Тепловой расчет ПГХ
Приход тепла
1. Тепло, которое вносится в холодильник коксовым газом в соответствии с расчетом газосборника:
Q1 = 319192232 кДж/ч
2. Тепло, которое вносится охлаждающей водой:
Q2 = W * св * t'в, кДж/ ч, где:
W – количество технической воды, которая подается в холодильник, кг/ ч
t'в – температура воды, которая подается, t'в = 20°С
Тогда
Q2 = W * 4,19 * 20 = 83,8 * W (кДж/ ч)
Общий приход тепла:
Qприх. = 319192232 + 83,8 * W (кДж/ ч)
Расход тепла
1. Тепло, которое уносится коксовым газом из холодильника при 30°С:
а) тепло, которое уносится сухим коксовым газом:
Q1' = 53859* 0,69 * 4,19 * 30 = 4671353 кДж/ч
б) тепло, которое уносится водяным паром:
Q2' = 4300 * 4,19 * (595 + 0,434 * 30) = 10954696 кДж/ч
в) тепло, которое уносится бензольными углеводородами:
Q3' = 4200* 0,246 * 4,19 * 30 = 129873 кДж/ ч
г) тепло, которое уносится сероводородом:
Q4'= 2054* 0,235 * 4,19 * 30 = 60674 кДж/ ч
д) тепло, которое уносится аммиаком:
Q5' = 1088* 0,493 * 4,19 * 30 = 67423 кДж/ ч
Общее количество тепла, которое уносится газом:
Q3 = ∑Qг = 15884019 кДж/ ч
2. Тепло, которое уносится конденсатом воды и смолы:
Q4 = (114664 + 599 + 5088 * 0,343) * 4,19 * 51 = 25003479 кДж/ ч
Средняя температура конденсации водяного пара:
80 - 30
tср.к = ------------ = 51°С
80
ln ------
30
3. Тепло, которое уносится охлаждающей водой:
Q5= W * св* 40, кДж/ ч
где: 40 – температура воды на выходе из ПГХ. Тогда
Q5 = W * 4,19 * 40 = 167,6 * W (кДж/ ч)
Общее количество теплоты, которое уносится из холодильника:
Qрасх = 40887498 + 167,6 * W (кДж/ ч)
Приравнивая приход и расход тепла, находим расход воды на охлаждение в холодильнике:
319192232 + 83,8 * W = 40887498 + 167,6 * W
Отсюда
W = 3321059 кг/ч или Vохл.воды = 3338 м3/ ч,
что составляет на 1000 нм3 сухого газа за час
3338 * 1000
------------------ = 27,8 м3
120000
На основе проведенных выше расчетов составляем тепловой баланс ПГХ (табл. 3.7).
Таблица 3.7 – Тепловой баланс ПГХ
Наименование статьи прихода |
Q, кДж/ ч |
Наименование статьи расхода |
Q, кДж/ ч |
1. Тепло, которое вносится коксовым газом |
319192232 |
1. Тепло, которое уносится газом |
15884019 |
2. Тепло, которое вносится охлаждающей водой |
278304744 |
2. Тепло, которое уносится конденсатом |
25003479 |
|
|
3. Тепло, которое уносится охлаждающей водой |
556609478 |
Всего: |
597496976 |
Всего: |
597496976 |
3.2.3 Определение необходимой поверхности теплопередачи холодильников
Первичные трубчатые газовые холодильники соединяют между собой параллельно, потому что при этом гидравлическое сопротивление их меньше, чем при последовательном соединении.
Принимаем шесть параллельно работающих ПГХ.
Коэффициент теплопередачи от охлаждающего газа к воде определяем по уравнению:
1 Вт
К = -----------------------------------, ---------------,
1 δ 1 м2 * град
------ + -------- + -------
α1 λ α2
где:
α1 – коэффициент теплопередачи от газа к стенке, Вт/ (м2 * град);
α2 – коэффициент теплопередачи от стенки к охлаждающей воде, Вт/(м2 * град);
δ/λ – термическое сопротивление загрязнения на металлической поверхности, которое принимается равным 0,00086 (м2 * град)/ Вт [3].
Коэффициент теплоотдачи α1 определяется по формуле:
lg α1 = 1,69 + 0,0246* x,
где:
х – среднее содержание водяных паров в газовой смеси , % (об.)
┌ 148044 5351 ┐ 100
х = │------------ + --------- │ * ---------- = 29,14 %
└ 273451 129242┘ 2
тогда
lg α1 = 1,69 + 0,0246 * 29,14 = 2,407
и
α1 = 255 ккал/(м2 * ч * град) = 297 Вт/ (м2 * град)
Коэффициент теплоотдачи α2 определяется по формуле:
λ
α2 = Nu ---------,
d
где:
Nu = 0,023Rе0,8 * Pr0,4 * φ – критерий Нуссельта.
Скорость движения воды при площади сечения труб в одном пучке 0,1864 м2 и диаметре труб 57х3,5 мм составляет:
3338
wв = ------------------------- = 0,83 м/ с
3600 * 6 * 0,1864
Число Рейнольдса
w * d * ρ 0,83 * 0,05 * 995
Re = ----------------- = ------------------------- = 56117
μ 0,735 * 10-3
Число Прандтля
c * μ 4,18 * 0,735 * 10-3
Pr = ---------- = ------------------------- = 4,9
λ 0,626
Тогда число Нуссельта
Nu = 0,023 * 561170,8 * 4,90,4 = 274
Коэффициент теплоотдачи α2 составляет:
0,626
α2 = 274 * ----------- = 3425 Вт/ (м2 * град)
0,05
Коэффициент теплопередачи составляет:
1
К = ------------------------------------- = 221 Вт/ (м2 * град)
1/ 297 + 0,00086 + 1/ 3425
Средняя разница температур в теплопередаче между газом и водой составляет:
(80 – 40) – (30 – 20)
∆tср = ----------------------------- = 21,6 °С 30°С 20°С
(80 – 40) ↑ |
ln ------------- газ | | вода
(30 – 20) | ↓
80°С 40°С
Передается такое количество тепла:
Q = 556609478 – 278304744 = 278304734 кДж/ ч = 77306871 Вт
Необходимая поверхность теплопередачи холодильников составляет:
Q 77306871
F = -------------- = ---------------- = 16195 м2
K * ∆tср 221 * 21,6
Так как поверхность охлаждения одного холодильника составляет 2950 м2, то необходимо иметь рабочих холодильников 16195 / 2950 ≈ 6 шт., т.е. составляет выше принятое количество ПГХ при определении скорости воды. Принимаем к установке 6 рабочих и 1 резервный холодильник.
Удельная поверхность теплопередачи на 1000 нм3 сухого коксового газа за час составляет:
16195 * 1000
--------------------- = 135 м2
120000