Министерство нефтяной промышленности

Всесоюзный научно-иссяедовательскиЯ институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТнефть)

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ ЕЛОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ ТИПА ПТБ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ

РД 39-0147103-317-вб

1966

Всесоюзный научко-исследоватедьский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТнефты)

УТВЕРВДЕЙ

Первш заместителем шшистра нефтяной промышленности

В .К). Филенок ют

14 января 1966 года

РУЮВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА И ООТИМИЗАЦИИ БДОЧШХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ TVflA ПТБ С ГШВД> ЭВМ

РД 394)14? 103-317-66

1966

10

дашх днионнх газов*

7. Годовые приведенные затрата на акоплуатасдю печи по трем вариантах - о обвязкой змеевика в один, два или четыре потогса.

Применение РД позволит производить поверочные расчеты при проектирована! привязка печев, при корректировании технолога ческах показателей установка а своевременно производить изменение схеш обвязка печи ада ее зивевихов, переходить на работу о I ил 2-мя вентиляторам, своеврекеяно провзводитъ ремонт ал очистку печев от отложенвв.

Програша отлажена, я апробирована на примере работа печев МБ-Л) Ижевского НДО ПО "Удмуртнефть*. Вш подучена оотямашше аначеввя технологических параметров работе печев. В частности, годовые приведшие затрата при 2-х поточное схеме обанзв печи иеньне, чем при 4-х поточное схеме, на 10,1 тмс.руб/год.

Техдсиунентацм ПО ЮСШ9818190 Хфограшв имеется я ВЦ ЯВДЗВнафсь и ннонтается но эалфочу ноамнатаавВ.

12

ИСХОДНЫЕ ДАНЖЕ Таблица I У-Л.

Состав топливного газа

(заполняется одна из строк: либо т; , либо )

!    Компоненты    газообразного    топлива

д°*. 'gitjC^jC^ic^m jCjjita ;<Уи j»»j со^ i о^; со jife

г.

% об.

9»

% час.

Та^ящ» 2 ИЛ.

Технологические величины

ПР ! п/п! 1	Н_м~ 1 1		Y Раамер-Шримшае-1 fкость 1мое эна- V ! ! чете !		Примечите
I	i г	! 3	» 4	! 5 1	&
I	(г »	Расход эмульсия	кг/ч
2	t вх	Температура эмульсии на входе в печь	°С
3.	t BUX	Температура эмульсия на выходе кэ netoi	°С
4	4. *. и	Температура окруеепдего воздуха	°с
5	0»	Обводненность ъщумъст	дам «А-
6.	St	Изменете температуры уходящих дьаювш газов	°С

ПРОЧИЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 4 И.Д.

Й°£Г'"1

Величина В задается только в случае ограниченности газообразного топлива»

IB

Приложение к БС-Ш

Б-I. Принять: число потоков змеевика: m*<* I

Б-2. Обращение к БС-ТР (тепловой расчет)

Б-3. Обращение к БС-ГР (гидравлический расчет)

Б-4. Обращение к БС-АР (аэродинамический расчет)

Б-5. Обращение к БС-ЭР (экономический расчет)

Б-6. Проверка:    Ш* * 4,

где т* из Б-I или Б-3,9

Б-7. Проверка:    И1*« 2,

где Шк из Б-I или из Б-6,9

Б-8. Принять: П»»« 4

Б-9. Принять: Ш»* 2

Б-Ю. Распечатка результатов расчета. Результат д олит бить вздет щл т» * 1*2,4.

18

Приложение к БС-ТР

t о =юс °С t ух = 600 °С t_P = 1006 °С Б-1 Обращение к БС-ПГ Б-2 Обращение к БС-В Б-3 Обращение к БС-ВП В-4 Обращение к БС- Q Б-5 Проверка    —    4    0,03,

где ф из Б-5 БС- О,

Gin из Б-0 или Б-Ю

Б-6 Принять    d =

Б-7 Проверка    Q > &л

Б-8 Принять    tyx * *v* "    ♦

где tyx из Б-0 или В-6,9 St иа Т2ВД Б-9 Принять tyx * t у* * Л « где 1ухиз Б-0 или Б-8,9 <Jt из Т2ВД B-J0 Принять Gin* Я»

где Q из Б-5 БС- Q

Настоящая "Методика расчета и оптимизации блочных трубчатых печей типа ПТБ с помощь» ЭВМ" разработана в дополнение к действу»» щим методикам расчета трубчатых печей и предназначена для использования при проектировании новых объектов, а также при эксплуатации и модерниэагош действущих установок подготовки нефти.

Математическое описание алгоритма и программы охватывает тепловой, гидродинамический, аэродинамический и экономический расчеты печи.

Оптимизация и выбор рационального варианта осуществляется с помощь» экономического расчета. За критерий оптимальности приняты годовые приведенные затраты, которые характеризует режимные и технологические показатели работы печи.

Экономический эффект от внедрения данного руководящего документа только в расчете на действующие объекты составит 0,5 млк.

руб./год.

Методика разработана с.н.с. Клименко В.В.. с.н.с. Чуриным В.Н. ст.инж.Муравьевой Р.Ф., ст.инж. прогр.Валекжаннной Л.С.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ШТММИЗАЦШ БЛОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ ТИПА ПТБ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ

РД 39-0147103-317-66

Вводятся впервые

Срок введения установлен с 01,02.1906 г.

Срок действия до 01.01.1989 г.

Настоявший руководящий документ предназначен для предприятий организаций Министерства нефтяной промышленности с целью оптимизации работы блочных трубчатых печей типа ПТБ как при проектировании новых объектов сбора, подготовки и транспорта нефти, так и при эксплуатации и модернизации действующих объектов,

I. ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ РАЗРАБОПШ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

,В последние годы потребность в нагревательном оборудовании на промыслах в основном покрывается за счет блочных трубчатых печей типа ПТБ. Указанные печи отличаются от других видов нагревателей блочной конструкцией, использованием циклонной топки с воздухонагревателей, воздуходувкой и камерой, в которой завершается процесс сгорания газообразного топлива. Раскаленные инертные газы - азот и продукты сгорания - с высокой скоростью поступают в теплоизолированную теплообменную камеру, оснащенную четырехрядным змеевиком из оребренных труб. Конструкция печи предусматривает рециркуляцию инертных газов, имеющих относительно невысокую температуру, что обеспечивает надежную я безопасную эксплуа-

4

тадаю пета при высокой удельной тепловой мощности. Серийно выцуо-кавтся блочные трубчатые пета ПТБ-КУ64, ПТБ-10/160, ПТБ-6,3.

Данные пета обладают хорошкг теплотехническими и технологическими характеристикою (удельная тепловая мощность, интенсивность процесса горения я теплообмена, компактноеть, полная автоматизация и относительно высокий коэффициент полезного действия). Конструкция пета позволяет путем несложной переобвязки осуществлять нагрев сырья по четырех, двух или однопоточной схеме. Это открывает широкие возможности по оптимальному использованию пета в различных конкретных условиях (производительность установки, физико-химические свойства сырья, особенности топливного газа и т.д.).

Однако, как показывает опыт, неправильная эксплуатация печей, несоблюдение’ технологических требований х режиму их работы приводят х перерасходу топлива и электроэнергии, а также к преждевременному выходу из строя ооновных дорогостоящих элементов: ореб-реиия труб змеевика, самого змеевика труб, автоматахя, камер сгорания и др.

Это объясняется отсутствием обоснованных рекомендаций и тех-нологачесгах регламентов зкеплуатащи печей применительно х условиям различных месторождений.

В основу методики расчета я оптимизации работа блочных трубчатых печей типа НТВ-3D положены разработаете алгоритм я программа расчета и сотни задай работы пета, выполняемые на ЭВМ типа ВС.

По выходным параметрам расчета принимаются ревепя по овтимиэвдап работы пета о учетом предлагаемой методики.

5

2. КЗТОЖКЛ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ БЛОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ ТИПА ШБ

Руководящий документ представляет собой методе ку, я злоленяую в виде алгоритма, составленного с помощью алгоритма веского языка. Алгоритм (приложенае I) создав на основе иыешихся нормативных методачесгах пособий по расчету нефгезаводскнх вечей и нефтепромысловых нагревательных аппаратов.

2.1. Методическое построение алгоритма

За методическую основу построения алгоритма приняты следующие нормативные документы:

Нормативная методика теплового расчета трубчатых печей.

РТЫ 26-02-40-77, М., ВНИИкефтемаи.1977.

Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод.

М. .Энергия, 1973.

Методическая указания к курсу "Расчеты трубчатых печей"

М., ЦЩИТЭнефтехам, 1975.

Аэродинашчесхий расчет котельных установок. Нормативный метод. М., Энергия,1964.

Методические указания по расчетам теплообмена в нагревателях нефтяных эмульсий. РД 36-1-1073-84. Уфа, ШИИСПТвефгь,1984.

Методика определения эиономичеокой еффентнаввотш нспользова-ния в народном хозяйстве новей техники, изобретений н рашоиали-ватороких предложений. « 4€/16/13/13. М., ЦНИИШГЭК, 1978.

Математическое обеопечмае ВС-ЭШ, имвуок 14. Нюх. Ивотятут математики АН БССР, 1974.

К ЭВМ ОС Программ! оболухквишя наборов данное. М., 1981.

Серваонне процедуре ОС ВС Пермь. НХКУМС, 1980.

Алгоритм разработан на основа сиотемвого подхода, йиотемяое построение алгоритма овумеоталяаооь на двух уровнях: структурном

6

и модульном. В алгоритме выделены общие и спец;фпческяе модули, которые распределены на иерархические урознл с учетом степени обкнсслг расчетов и их взаимосвязи. Обеспечена автономность модулей.

Алгоритм включает в себя следующие основные расчетные модули: тепловой, гидродинамический, аэродинамический а экожааческзй.

Тепловой расчет состоит аз II расчетных блок-схем, укрупненных в 4 основные. При этом проводится расчет процесса горения (БС-ПГ) для определения теплофизпческкх свойств дымовых газов.

При отсутстзги в исходных данных заданного количества голлиза, последнее рассчитывается в блок-схеме БС-3.

Расчет процесса горения топлива (БС--ПГ) служат для определения количества расходуемого в сжигаемого воздуха, количества а состава образующихся продуктов горения и для определения тепло-фа заческах свойств дымовых газов. Эти расчеты выполняются по данным элементарного состава топлива на основе уравнений горения.

В процессе расчета воздухоподогревателя (БС-ВП) определяется максимальная температура горения топлива ( i мак ) и температура стенки камеры сгорания < t_Cr ). В случае превышегая ter предельного значения, увеличивается расход воздуха и проводится пересчет температуры стенки камеры сгорания.

Блок-схема расчета тепла, передаваемого в тешгообмекной камере (БС-ф),включает а себя расчет коэффициентов теплоотдачи как со стороны дамоЕКх газов, так в со стороны продуктов нагрева.

Для расчета передачи тепла конвекцией используется уравнение Ньютона о, = x-dcr - t»3 * F . Коэффициент теплоотдачи при свободной ила вынужденной конвекеш определяется с помощью критерев подобия *е , Лг- , % , которые дозволяют треде гатить расчетные ,'равнения z хомпактной г достаточно общей форме.

Лра расчете разшантной секции сеча необходимо определить ■о/ячество дере данного о радвантвой секции тепла Q* , темпера-

7

туру уходящих дымовых газов ty* . При атом используется метод Н.И.Еелоковя, который базируется на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи. Количество тепла, переданное трубам радиацией Qa , определяется законом Стефана-Больцмана, в котором за температуру иэлучаицей поверхности принята температура уходяпих газов на перевале, а тепло воспринимается эквивалентной абсолютно черной поверхностью величиной н* , г.е.

а.»

В основу расчета температур стенок труб теплообменвой камеры ( "t ат т ) положен закон Фурье. При превышении температуры стенок труб предельного значения снижается расход количества топлива и проводится пересчет ( ttrr ). Заканчивается тепловой расчет определением полезного количества тепла, передаваемого в печи.

Гидродинамический расчет печи позволяет раоочвтать гидродинамику потока нагреваемого продукта в трубах змеевика. Ори етом определяются:

-    скорость эмульсии в трубах;

-    гадродвнакический критерий;

-    потери напора.

Аэродинамический расчет позволяет определить следующие характеристики теплообменной хамеры я дымоходов:

-    скорость продуктов сгорания в различных сечениях;

-    аэродинамические критерии;

-    потеря напора.

С помощью зхокомического расчета определяются:

-    капитальнее вложения;

-    эксплуатационные расходы;

-    праведенные эатраты.

8

Нереальность рассчитанного варианта определяется путем сравнения величины падения давления в трубах с максимально развиваемым давлением насоса установленного серед печыо.

Выбор оптимального варианта обеспечивается путем сравнения рассчитанных вариантов на основе экономических показателей. За хритерий оптимальности приняты годовые приведенные затраты.

На основе разработанного алгоритма составлена программа.

2.2.    Описание програмьи

Программа A. A S РЕСНсостоит из головной программы и внешних подпрограмм:    Рб,    В,    i    МАХ    ,    A    _}    А\в,    АЬКС»

АвР, AUSL,^^LK_y ALL, АТИ, &Р, НТ*,

НNOW, ИМ, IP.

Перечисленные выше подпрограммы соответствуют соответствующим блок-схемам алгоритма.

Головная программа P.ASPECH производит ввод переменных исходных данных, которые описаны в таблицах 1*4 И.Д. и постоянных величин, описанных в таблицах 1*14 Пр. (см.прилохение I). В программ RAS РЕС.Н для каждого т_д (число ходов по трубам змеевика) производится обращение к перечисленным выше подпрограммам о помощью оператора CALL.

2.3.    Технические сведения о программ

Программа написана на алгоритмическом языке PL/l , предназначена для выполнения на ЭВМ ЕС-1022 под управлением версии 6.Z ОС ВС.

Время трансляции программы - 16 мин.

Время счета возможных вариантов с выбором оптимального-1 шк.

Дня выполнения программ! используются сдедупяе устройства:

- устройство ввода о перфокарт (ВС-6012);

9

-    АШУ {ЕС-7032);

-    дисплей (РИН-60Э);

-    нахопятеля на уаплтных дисках (ВС-5062).

2.4.    V::: . ;,,информация

Переменные исходные данные приведены и таблицах 1*4 И.Д. (приложение I), вводятся непосредственно с перфокарт при выполнения программы.

Постоянные исходные данные приведены и таблицах 1*14 Пр. (приложение 1). Перед выполнением программ RASPB.CH для удобства ее зкеплуатащи, данные таблиц 1414 Цр записаны н& магнитный диск в последовательный набор данных дан программой

Для визуального контроля за правильности) ввода исходной информации, последние выводятся на АШУ программа

2.5.    Результаты расчета

Руководящий документ позволяет оперативно производить охедую-щие расчеты:

1.    Определять наибольшую тепловую мощность печи при реальных параметрах нагреваемой среды, что является ваяиейшм показателем црв проектировании объектов добычи, сбора, подготовки и транспорта нефти.

2.    Расход топлива и кцц печи.

3.    Температуру стенки трубы и стент камеры сгорания.

4.    Наличие огловетй солей на вевероавмяи трубы о паль» определения мсаюнта остановки пев для ремонта, очисти яля ааменм змеевика.

5.    Потери давления продукта в трубах.

6.    Температуру дымовых газов « yarn камеры сгорания и ухо-