Інтенсифікація теплообмінних процесів в технологіях переробки вуглеводнів з використанням нерозбірних пластинчастих теплообмінників

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2018 р. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі підвищення інтенсифікації процесу теплопередачі в пластинчастих теплообмінних апаратах спеціальної нерозбірної конструкції, які можуть використовуватися для рекуперації тепла нафтохімічних підприємств. Подальшого розвитку, на основі аналогії переносу тепла та імпульсу, отримав підхід щодо прогнозування теплових та гідравлічних процесів у пластинчастих теплообмінних апаратах нерозбірної конструкції зі спеціально гофрованими квадратними та заокругленими пластинами. Отримано напівемпіричну залежність для визначення тепловіддачі в каналах пластинчастих теплообмінних апаратів з урахуванням збільшення площі поверхні за рахунок гофрування та врахуванням впливу числа Прандтля. Запропоновано фізико-математичну модель, яка базується на концепції "граничного забруднення" та дозволяє встановити термічний опір забруднень поверхні теплопередачі залежно від часу для різних швидкостей потоку і температури поверхні. Розглянуто можливість застосування і виконано порівняльний аналіз двох типів нерозбірних пластинчастих теплообмінних апаратів на позиціях підігріву сирої нафти. Встановлено, що за рахунок використання пластин з різною висотою гофрування по холодній та гарячій стороні в кожухо-пластинчастих теплообмінних апаратах досягнуто ефекту вирівнювання швидкостей в каналах і зменшенню площі поверхні теплопередачі апарату. Наведено можливість використання зайвого тепла нафтопереробного заводу для опалення та гарячого водопостачання з проектуванням двадцятьох індивідуальних теплових пунктів з нерозбірними теплообмінниками.Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in Specialty 05.17.08 – "Processes and equipment of chemical technology". – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2018. The work is focused on solving the actual scientific and applied problem of the heat transfer intensification in plate heat exchangers of welded design for special applications, namely the heat recovery of flowsheets in refineries and chemical plants. The work suggests the new approaches towards estimation of heat and hydraulic behavior inside channels of plate heat exchangers with welded sealing. The proposed approach is based on the heat and momentum transfer analogy, and is applicable for corrugated plates of square and round shape. The semi-empirical correlation determining the heat transfer in the channel of plate heat exchangers, which enables to take into account the influence of the Prandtl number, is developed. A physical-and-mathematical model of fouling deposition during the time in welded plate heat exchangers is proposed based on the "threshold" fouling model concept, which allow the thermal resistance caused by fouling deposition to be predicted in time for different velocities of the flow and temperatures of eat carriers. The possible application conditions for crude oil pre-heat train are considered and welded plate heat exchangers of two types with minimal heat transfer surface area were designed for each operation position. The modification of shell-and-plate heat exchangers was proposed, applying the plates with different cross-section area of cold and hot channels, which can be used for the conditions when the flow rates for the heat carriers differs significantly. The case study of the waste heat utilization from refinery is considered. The utilization of the waste low-grade heat for the district heating and hot tap water supply is proposed, with the design of twenty individual heat sub-stations for each household using the welded plate heat exchangers.