Жидкостью в гидравлике называется физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на неё сколь угодно малых сил.

Процессы и аппараты

1 метр [м] = 1000000 микрометр [мкм]

Основные размерности:

1 нефтяной баррель – 158,988 литра. 1ррm = 1 миллионная доля = 0,0001%

1кгс/см² = 98066,5 Па;

1ат (атмосфера техническая) = 0,1 МПа

1атм(атмосфкра физическая) = 101,325кПа

1мм.вод.ст. = 9,80655 Па;

1мм.рт.ст. = 133,322 Па;

1бар. = 10⁵Па; 1кг/см² = 0,981бар.

1ккал/час = 1,163Вт

1дж = 0,2388459Ккал = 1ват/сек;

1кал = 4,1868Дж = 0,001163Вт*час; ⁰С = (⁰F – 32)*5/9; 1⁰С = 273,15⁰К; 1дюйм = 2,54см.; Вязкость динамическая П = 0,1Па*с ---Вязкость кинематическая 1сСт = 1 мм²/с.

Ангстрем 1А = 10^-10м. = 0,1нм. 1калария- это количество тепла для нагрева 1гр. воды при атмосферном давлении на 1⁰С. 1сажень= 2,1336м. 1унция = 28,35гр.

Единица динамической вязкости

1П(пуаз) =0,1Па с

Кинематическая вязкость

1Ст (стокс) = 10^-4 м² /с

Ангстрем 1А = 10^-10м. = 0,1нм. 1калария- это количество тепла для нагрева 1гр. воды при атмосферном давлении на 1⁰С.1сажень= 2,1336м. 1унция = 28,35гр.

Гидравлические процессы.

Наука гидромеханика. Она делится на 2 раздела – гидравлика (которая решает простые практические задачи) и теоритическая механника жидкости и газа .

Гидравлика - наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и газов.

Гидравлика делится на два раздела: гидростатика и гидродинамика.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.

Гидростатическое давление

В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.

В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.

Жидкостью в гидравлике называется физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на неё сколь угодно малых сил.

В гидравлике принято объединять жидкости, газы и пары под единым наименованием жидкости. Это объясняется тем, что законы движения жидкостей и газов (паров) практически одинаковы, если их скорости ниже скорости звука.

Различают 2 вида жидкостей – капельные и газообразные.

Основной их отличительной особенностью является способность сжиматься (изменять объём) под воздействием внешних сил.

Капельные жидкости (жидкости) трудно поддаются сжатию, а газообразные жидкости (газы) сжимаются довольно легко.

Абсолютное давление больше избыточного на величину атмосферного давления.

Давление насыщенных паров – это давление развиваемое парами при данной температуре в условиях равновесия с жидкостью.

Температура при которойдавление насыщенных паров становится равным давлению в системе называется температурой кипения.

Плотность

С повышением температуры плотность нефтепродуктов уменьшается , а удельный объём возрастает

Удельный вес γ это вес единицы объема

Молекулярная масса

Молекулярная масса – величина, показывающая во сколько раз молекулы данного вещества больше 1/12 части массы атома изотопа углерода С12 . Примерные значения средних молекулярных масс – нефть – 210 – 250; бензин – 95 – 120; керосин – 189 – 200; дизельное топливо – 210 – 240; мазут – 350 – 400.

Для нефти, нефтяных фракций и нефтепродуктов под понятием "молярная масса" подразумевается ее среднее значение, которое находится экспериментально или расчетом по эмпирическим зависимостям.

С повышением температуры кипения нефтяных фракций молярная масса растет. Эта закономерность лежит в основе формулы Б.М. Воинова для определения молярной массы М нефтяной фракции.

Поверхностное натяжение

Силы взаимопритяжения молекул стремятся придать объему жидкости форму с наименьшей поверхностью (шара). Поэтому на создание новой поверхности требуется затратить работу.

В результате действия сил поверхностного натяжения жидкость стремится сократить свою поверхность.

Одним из свойств нефти является ее способность к поверхностному натяжению. Один грамм нефти может покрыть и загрязнить 3 м2 поверхности воды. Пролитая тонна нефти может растекаться по площади 12 км2 . 1 мг бензина или дизельного топлива делает непригодной для питья 1000 л воды.

Вещества , способные уменьшать поверхностное натяжение называют поверхностно активными веществами (ПАВ). К ПАВ относятся спирты, фенолы, смолы, нафтеновые кислоты и др. При одинаковом числе атомов углерода в молекуле наибольшим поверхностным натяжением обладают ароматические углеводороды, наименьшим парафиновые.

Растягивающая сила, приходящаяся на единицу длины сечения границы раздела сред, называется коэффициентом поверхностного натяжения κ.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство оказывать сопротивление перемещению одной части слоя жидкости или газа относительно другой. Суть её в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями

Чем выше температура , тем меньше изменяется вязкость от давления. (Давление в подшипниках коленвала двигателя возрастает до150 атмосфер, в зубчатых передачах до нескольких тысяч атмосфер. Поэтому важно иметь высокий ИВ масла и обязателен прогрев двигателя.)

Пенообразование

Пенообразование это выделение паров и газов из жидкости, которое происходит при изменении давления.

Для снижение пенообразования применяют специальные вещества – антипенные реагенты, при введении которых уменьшается поверхностное натяжение на границе раздела фаз пар (газ) – жидкость и происходит спад пены.

Понятия о показателях

Гидростатическое давление

Барометр

Гидродинамика

Различают установившееся и неустановившееся движения жидкости.

Установившееся движение – это такое движение, когда скорость и давление в любой точке движущейся жидкости не изменяются во времени, а зависят только от местонахождения точки в пространстве.

Неустановившееся движение – это такое движение, когда скорость и давление в каждой точке изменяются с течением времени, т. е. являются функциями координат и времени. В этом случае скорость и давление зависят не только от их местонахождения в пространстве, но и от времени.

Законы гидродинамики

Уравнение расхода это взаимосвязь между линейной и объемной скоростями: V=WF, то есть объемная скорость равна произведению линейной скорости на площадь поперечного сечения потока.

Уравнение расхода это взаимосвязь между линейной и объемной скоростями: V=WF, то естьобъемная скорость равна произведению линейной скорости на площадь поперечного сечения потока.

Установившимся движением жидкости называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени.

Неустановившееся движение жидкости – это движение при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени.

Превращение динамического напора в статический можно наглядно продемонстрировать в трубке, устье которой направлено перпендикулярно потоку, как это показано на рисунке в открытом желобе.

Режимы движения жидкости

В зависимости от рода жидкости, скорости ее движения и характера стенок, ограничивающих поток, различают два основных режима движения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарнымназывают упорядоченное движение, когда отдельные слои скользят друг по другу, не перемешиваясь (рис. 26, а).

Ламинарный режим движения можно наблюдать чаще у вязких жидкостей, таких как нефть, масла и т. п.

Турбулентным называют режим, при котором наблюдается беспорядочное движение, когда частицы жидкости движутся по сложным траекториям и слои жидкости постоянно перемешиваются друг с другом (рис. 26, б).

Существование двух режимов движения жидкости было замечено в 1839 г. Хагеном и в 1880 г. Д. И. Менделеевым.

Достаточно полные лабораторные исследования режимов движения и вопрос их влияния на характер зависимости потерь напора от скорости впервые исследовал английский физик Рейнольдс.

Реальные жидкости, в отличие от идеальных, обладают вязкостью. Исследования показывают, что здесь имеют место два принципиально различных режима течения: ламинарный и турбулентный.

При течении жидкости в ламинарном (взято от латинского слова Lamina — слой) режиме отдельные струйки ее движутся параллельно друг другу в направлении общего течения, не смешиваясь между собой.

Гидравлический удар

Гидравлический удар – это резкое, мгновенное (ударное) повышение или понижение давления в напорном трубопроводе, по которому движется жидкость (вода), ввиду резкого изменения во времени скорости ее движения.Это явлениепоявляется тогда, когда движущаяся в трубопроводе жидкость мгновенно останавливается (например, резко закрыли кран, задвижку или выключили насос).

Это явление является самой сильной нагрузкой на трубопровод, в результате чего может произойти его разрыв. Опасность удара зависит от нескольких переменных величин, таких как скорость движения жидкости в трубопроводе, характеристик жидкости и характеристик материала трубопровода. Это явление приводит также к появлению вакуума в трубопроводах, вследствие чего часто бывает смещение или износ уплотнительных колец.

Обычно гидравлические удары можно обнаружить только при возникновении шума. Теории и методики расчета гидроударов в трубах впервые были разработаны и решены выдающимся российским ученым Н.Е.Жуковским. Жуковский предложил также формулу для расчета минимального времени необходимого при закрытии запорного устройства, чтобы избежать или максимально снизить эффект гидравлического удара до минимума:

Сила гидравлического удара снижается за счет увеличения времени срабатывания запорных устройств, а вблизи возможных мест возникновения гидравлических ударов монтируются предохранительные и обратные клапана, вибровставки или компенсаторы, и специальные вставки с воздушной подушкой принимающие на себя удар. Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидравлическом ударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или для его полного предотвращения необходимо:

• уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, за счет увеличения его диаметра;
• установить демпфирующие устройства (так называемые «хлопушки») в местах возможного появления ударов;
• увеличить время закрытия клапанов и задвижек, смонтированных на системе;
• повысить прочность слабых элементов гидравлической системы.

Очень наглядным примером гидравлических ударов является кавитация. При возникновении кавитации, каждое схлопывание пузырька воздуха на поверхности рабочего колеса сопровождается микро гидравлическим ударом. Такие микро удары, происходящие на рабочих поверхностях в миллионных количествах в течение длительно времени способны разрушить поверхность рабочих элементов насоса. Сопровождается кавитация повышенной шумностью в работе оборудования.

Плотность жидкости во много раз больше плотности газа. При внезапном перекрывании воды, давление в трубе резко возрастает на величину pva, где p – плотность жидкости или газа, v – скорость течения и a – скорость звука. Скорость звука в трубе с водой равна 1400 м/с. Поэтому именно с такой скоростью будет распространяться повышенное давление по трубопроводу. Если где-то обнаружиться непрочный участок трубопровода, он будет прорван.

Кавитация.

Кавита́ция — процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненныхпаром самой жидкости, в которой возникает.

При увеличении скорости жидкости давление в ней падает. Если абсолютное давление при этом достигает значения равного давлению насыщенных паров при данной температуре, то в данном месте начинается кипение, выделение паров и газов. Такое явление называется кавитацией.

Кавитация – это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн) обусловленное местным падением давления в потоке.

Именно, кавитация является определяющими фактором для величины высоты всасывания насоса, т.к чем больше высота всасывания - тем большее разряжение нужно создать, чтобы закачать жидкость в насос, как только величина этого разряжения приблизится к значению давления насыщенных паров возникнет неблагоприятный эффект - нарушение сплошности потока - кавитацию.

Кавитация сопровождается характерным шумом, а при длительном воздействии также эрозионным разрушением металлических стенок. Дело в том, что в центрах захлопывающихся пузырьков давление подскакивает до 1500 ¸ 2000 ат, а температуры – до1000 ¸ 1500°С. От мгновенного разрушения гидросистему спасает только то, что объемы, в которых наблюдаются такие параметры, микроскопически малы, а распространяясь по жидкости давление и температура очень быстро падают.

Но если пузырек захлопывается на поверхности трубы или гидроагрегата, то высокое давление и температура воздействуют на металл и разрушают его, выкрашивают.

Механическое воздействие сопровождается химическим, так как в растворенном воздухе процент содержания кислорода существенно выше, чем в атмосферном, так как кислород растворяется в жидкостях лучше, чем азот.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах.

Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность.

Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке.Многие промышленные смесители основаны на этом принципе.

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)^[2], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла.

Картинки последствий кавитации.

Особые свойства воды

Понятие о водяном паре

Паргазообразное тело в состоянии, близком к кипящей жидкости.

Парообразованиепроцесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Испарениепарообразование , происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости.

Кипениепроцесс зависящий от природы жидкости и давления, происходящий при некоторой температуре во всей массе жидкости.

Конденсация процесс обратный парообразованию он протекает при постоянной температуре.

Если скорость конденсации станет равна скорости испарения , то наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром.

Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым.

Разность температур перегретого пара и насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева. Так как удельный объём перегретого пара больше удельного объёма насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром.

Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. По закону Дальтона общее давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара.

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров , находящихся в 1м³ влажного воздуха.

Точка росы это температура до которой нужно охладить воздух , чтобы он стал насыщенным при постоянном давлении.

Тепловые процессы.

Это процессы скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла.

Теплотехника

Теплотехника – изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло и парогенераторов, тепловых машин агрегатов и устройств.

Теплоемкость.

Теплоемкость представляет собой отношение количества теплоты, переданной веществу, к соответствующему изменению его температуры.

Теплоёмкость жидких нефтепродуктов зависит от температуры и природы нефтепродуктов. С увеличением плотности жидкого нефтепродукта его теплоёмкость падает, а с повышением температуры – возрастает. С ростом давления средняя теплоёмкость жидких нефтепродуктов меняется мало.

Теплоёмкость нефтяных паров также зависит от температуры и природы нефтепродукта. Однако в отличие от жидких нефтепродуктов средняя теплоёмкость паров сильно изменяется с ростом давления.

Теплопроводность вещества характеризуется коэффициентом теплопроводности и определяется как количество тепла, проходящее за 1 час через слой материала толщиной 1м и площадью 1 м² при разности температур по обеим сторонам слоя в один градус.

Теплопроводность зависит от природы вещества и температуры.

Наименьшей теплопроводностью обладают газы и пары, наибольшщей – твёрдые тела и металлы. В среднем теплопроводность жидких нефтепродуктов составляет 0,377 – 0,503 кДж/(м ч К)

Теплота испарения.

Эта величина характеризует количество теплоты, поглощаемой жидкостью при переходе ее в насыщенный пар.

Удельная теплота испарения выражается в СИ в джоулях на килограмм или чаще в килоджоулях на килограмм.

Энтальпия.

Удельная энтальпия жидких нефтяных фракций выражает количество теплоты (в джоулях или килоджоулях), которое необходимо сообщить 1 кг (1 кмоль) продукта при его нагреве от 0°С (273 К) до заданной температуры.

Энтальпия паров больше энтальпии жидкости на величину количества теплоты, затраченного на испарение жидкости и перегрев паров.

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу, то меняется состояние системы (энергия, давление , объём).

Термодинамика

Термодинамика расматривает закономерности взаимного превращения теплоты в работу.Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми , механическими и химическими процессами, изучает процессы происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.

Теплопроводность.

Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур.Теплопроводность зависит от средней плотности материала, его структуры, пористости , влажности и средней температуры слоя материала.

Конвективный теплообмен

Под конвективным теплообменом понимается процесс распространения тепла в жидкости или газе от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой вид теплообмена также называют теплоотдачей.

Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулизирован движущийся поток жидкости или газа. Конвекция связана с переносом тепла массой жидкости и зависит от гидродинамических условий течения.

Теплообменники

Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры.

Эти теплообменники представляют собой две трубы, концентрически расположенные одна в другой, в них легко обеспечивается высокая скорость движения теплообменивающихся сред и поэтому – высокие коэффициенты теплопередачи. Их применяют в основном для регенерации тепла высоковязких и легкозастывающих гудронов.

Горячий теплоноситель прокачивается по внутренней трубе, более доступной для очистки от механических загрязнений или от пробок застывшего продукта.

При необходимости получения большей поверхности теплопередачи возможно последовательное, параллельное и комбинированное соединение секции. Три секции такого теплообменника, соединенные последовательно, показаны на рисунке 5.18, где внутренние трубы 1 каждой из секций соединены между собой коленами 2, а наружные трубы 3 — патрубками 4.

В теплообменнике «труба в трубе» соответствующим подбором диаметров труб для обеих теплообменивающихся сред можно назначить любую приемлемую скорость, а следовательно, получить соответственно высокие значения величин α1 и α2 .

Высокие значения коэффициента теплопередачи, как следствие больших скоростей сред и предупреждение при этих скоростях образования пристенных осадков, простота устройства, возможность изготовления непосредственно на площадках эксплуатации соответствующей системы приводят к тому, они успешно вытесняют кожухотрубные теплообменники, например, на установках подготовки нефти на промыслах. Теплообменники типа «труба в трубе» особенно широко применяются тогда, когда среды подаются под высоким давлением. Применяются на вязких и грязных средах, склонных к значительным отложениям. Конструкция обеспечивает возможность механической очистки поверхности теплообмена.

Спиральные теплообменники

Спиральный теплообменник включает два длинных, свернутых по спирали, металлических листа 1, закрытых с торцевых сторон съемными крышками 2 В теплообменнике для сред I и II два независимых друг от друга соседних канала прямоугольного сечения. Для приема и выпуска теплоносителей имеются патрубки 3, 4, 5 и 6. Каналы теплообменника герметизируются спиральными металлическими прокладками 7, приваренными к листам 1 и 2. При таком устройстве герметичность между крышкой и поверхностью спиральных прокладок создается при помощи прокладки 8 и болтового соединения 9.

В спиральном теплообменнике, как и в теплообменниках «труба в трубе», соответствующим подбором сечений каналов можно обеспечить высокие скорости движения сред, а следовательно, и высокие значения коэффициентов α1 и α2 . К преимуществам этой конструкции теплообменников необходимо отнести также компактность аппарата (в 1 м³ теплообменника развивается до 80 м² теплопередающей поверхности, то есть приблизительно в 2 раза больше, чем в кожухотрубных) и меньший расход металла по сравнению с другими типами теплообменников. Плавное изменение направления движения теплоносителей и постоянная площадь сечения каналов обусловливают их небольшое гидравлическое сопротивление даже при высоких скоростях движения сред.

Использование теплообменника с высокими скоростями движения сред по спирали позволяет в нем совмещать процессы теплообмена с процессами обезвоживания нефти под действием центробежных сил.

Тепловое излучение.

Тепловое излучение - это вид излучения, являющийся равновесным, то есть не изменяющим макроскопических параметров. Все иные виды излучений являются неравновесными.

Излучение газов

Практически прозрачными для тепловых лучей можно считать одноатомные газы He, Ne, Ar и др. и двухатомные с симметричным строением молекул H₂, O₂, N₂ и др.

Многоатомные газы CO₂, SO₂, NH_3.и др. обладают уже значительной лучепоглощающей, а следовательно, по закону Кирхгофа, и лучеиспускающей способностью.

Излучение газов существенно отличается от излучения твердых тел.

Газы характеризуются не сплошными, а линейчатыми спектрами излучения, как это схематично показано на рисунке 5.12, то есть они поглощают только определенные, специфические для данного газа длины волн.

Лучепоглощение и лучеиспускание газов происходит по всему объему.

Технические газы, как правило, загрязнены пылью, раскаленными частицами сажи, золы и т. д., вследствие чего излучающая способность их резко возрастает, так как к лучеиспусканию собственно газа добавляется лучеиспускание твердых частичек с их сильно развитой поверхностью и со сплошным спектром излучения.

Трубчатые печи.

Трубчатые печи являются аппаратами, предназначенными для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива, непосредственно в данном же аппарате.

Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива в топочной камере печиВ трубчатых печах тепло сжигаемого топлива передаётся прокачиваемой через змеевик жидкости. Трубчатая печь имеет камеры радиации и конвекции. В камере радиации тепло на 80% передаётся излучением, а в камере конвекции на 70% передаётся конвекцией.

Широкое распространение таких печей на НПЗ объясняется их неоспоримыми достоинствами, в частности:

1. Их работа основана на принципе однократного испарения сырья (ОИ).

2. Обладают высокой тепловой эффективностью, так как тепло одновременно передается излучением и конвекцией.

3. Являются компактными аппаратами, обладают высоким КПД и обеспечивают высокую тепловую мощность.

4. Время пребывания нагреваемого сырья в печи не превышает нескольких минут, что уменьшает возможность его разложения и коксообразования на стенках труб.

5. В зоне нагрева единовременно находится небольшое количество нефтяного продукта͵ что снижает пожарную опасность в случае разгерметизации труб.

В камере радиации (топочной камере), где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая лучистое тепло в основном за счет радиации.

Лучистое тепло эффективно передается при охлаждении дымовых газов до 1000-1200 К. (700 – 900⁰С). Дальнейшее снижение температуры неоправданно, так как при этом радиантная поверхность будет работать с пониженной теплонапряженностью.

Степень черноты топочных газов пропорциональна концентрации в них многоатомных молекул (СО₂, Н₂О, SО₂).

Интенсификация теплообмена

Большинство печей находится в эксплуатации много лет. Циклические термические нагрузки в процессе нагрева и охлаждения приводят к образованию трещин в футеровке, а металлический корпус может получить повреждение из за происходящих в ходе эксплуатации «хлопках» горючего газа в топке. Трещины могут быть достаточно малы, не замечены и не устранены, но могут приводить к большим избыткам подсоса воздуха.

В камерах сгорания печей имеется большое количество отверстий различного назначения:

1. Люки для входа персонала в камеру сгорания для осмотра и ремонта.

2. Врезки для труб системы подачи водяного пара на тушение и продувки камеры сгорания перед пуском.

3. Отверстия для прохождения труб змеевика.

4. Смотровые окна (гляделки) для визуального осмотра печи в процессе эксплуатации.

5. Взрывные окна для предотвращения разрушения печи при взрыве.

6. Отверстия меньшего размера для организации доступа приборов в топку ( термопары, датчики измерения содержания кислорода и СО, замера тяги.) Э ти отверстия могут быть плохо герметизированы.

Распространённой ошибкой является эксплуатация печей с открытыми не действующими горелками , при этом подсос воздуха будет происходить в том месте , где поддерживается максимальное разряжение.

Желательно регулировать производительность печи уменьшением мощности каждой горелки, чтобы они все оставались в работе.

Средствами инструментального контроля может фиксироваться соответствие содержания кислорода в дымовых газах установленной норме, но на самом деле горение будет производиться с недостатком воздуха.

В связи с этим необходимо предусматривать установку прибора контроля содержания моноксида углерода более установленного значения в дымовых газах, что свидетельствует о недостаточном снабжении воздухом горелок и перерасходе топлива.

Виды топлив.

Органическое топливо –теплота выделятся в результате химической реакции окисления при участии кислорода.

Ядерное топливо –теплота выделятся в результате распада деления ядер тяжёлых элементов (уран, плутоний и др.)

Характеристика топлив.

Влажность.Торф – 50%, Каменный уголь – 5 -14% .

Содержание золы.Уголь 10 – 20%, Мазут 0,2 – 1% мех. примеси.

Летучие вещества.При нагревании твёрдого топлива до 850 – 1100⁰К (577 – 827⁰С) без доступа окислителя выделяются парообразные вещества которые называются летучими.

Теплота сгорания. Количество тепла которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объёма топлива.

Условное топливо – 29300кДж/кг.(7000ккал/кг).