Методика определения удельного расхода тепловой энергии на перекачку нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам.

Удельный расход тепловой энергии на нефтепродуктопроводах опре­деляется по формуле

, (11.3)

где Q_н — расчетный годовой расход тепла на перекачку нефти или нефте­продуктов, ГДж;

V — плановый объем перекачки нефти или нефтепро­дукта (грузооборот) за год.

Расчетный годовой расход теплоты Q_Н по нефтепродуктопроводам при использовании в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара определяется по формуле

(11.4)

где Q_та — годовой расход теплоты на технологические нужды, ГДж/год;

_вен - годовой рас­ход теплоты на вентиляцию производственных помещений, ГДж/год;

- годовой расход теплоты на отоп­ление производственных и административных зданий, ГДж/год;

Q_сан — годовой расход тепловой энергии на санитарно-бытовые нужды нефтеперекачивающий станции (НПС), ГДж/год [см. формулы

— годовой расход тепла на возмещение потерь в тепловых сетях.

Групповую норму расхода тепловой энергии определяем по формуле

(11.5)

где Q_Нс –общестанционная индивидуальная норма расхода тепловой энергии;

i-й нефтеперекачивающей станции (НПС);

п - число НПС в рассматриваемой группе.

Отраслевую норму расхода тепловой энергии определяют по фор­муле

(11.6)

где Q_гр - групповая норма расхода тепловой энергии

j-го - зональной НПС;

т — число зональных НПС.

Теплоизоляционные материалы

В промышленности широко используются как естественные, так и искусственные теплоизоляционные материалы. Опыт эксплуатации теплоизолированных трубопроводов выявил следующие основные требова­ния к свойствам материалов тепловой изоляции: низкий коэффициент теплопроводности, достаточную механическую прочность, эластичность и способность к упругому восстановлению, теплостойкость, химическую нейтральность, водонепроницаемость, достаточно высокую адгезию к материалу трубы, стойкость против разъедания насекомыми и грызунами, экономичность и ряд других.

Низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов.

Обуслов­ливается особенностью их структуры, благодаря которой внутренние ее поры заполнены газом, преимущественно воздухом — плохим про­водником тепла. Уменьшение объемов пор, т.е. увеличение плотности теплоизоляции, приводит к тому, что увеличивается теплопередача по твердому скелету изоляции и, следовательно, ухудшаются теплофизических свойства материала. С увеличением размера пор теплопровод­ность снижается и стремится к теплопроводности газа или воздуха, заполняющих поры. Увеличение объема пор целесообразно до опреде­ленных пределов, так как возможно увеличение коэффициента тепло­проводности вследствие влияния передачи тепла конвекцией и радиаци­ей. Кроме того, увеличение объема пор ведет к повышению гигроскопич­ности и хрупкости теплоизоляционного материала.

Механическая прочность.

Теплоизоляции должна обеспечить работо­способность конструкции под воздействием собственного веса трубо­провода, нагрузок, возникающих при укладке трубы в каналы или тран­шею и др. Кроме того, теплоизоляционныйматериал должен обладать эластичностью и способностью к упругому - восстановлению, соответ­ствующими уровню температурных деформаций.

При наземной укладке труб, применяя защитные кожухи, можно повысить механическую прочность теплоизоляционной конструкции и снизить ее водопоглощение.

Теплоизоляционные материалы в зависимости от их структуры можно подразделить на ячеистые (пенополиуретан, полистирол), грану­лированные (вспученные перлит и керамзит) и волокнистые (асбест, минеральная вата). Наибольшее распространение в последние годы получил пенополиуретан: Он плохо адсорбирует влагу, обладает низкой проницаемостью для паров влаги, стоек к растворителям. Низкая водо-адсорбционная способность и паропроницаемость обеспечиваются благо­даря тому, что около 95 % ячеек закрыты. Опыт экс­плуатации трубопроводов показал, что теплоизоляция из пенополиуретана отвечает высоким требованиям и может успешно применяться в са­мых сложных условиях.

Другой эффективный теплоизоляционный материал — пенополистирол производят из гранул, получаемых суспензиционной полимеризацией стирола в присутствии парообразователя, например изопентана. Струк­тура пенополистирола ячеистая с закрытыми порами, что обеспечивает низкую влагопроницаемость.

В настоящее время для теплоизоляции трубопроводов широко ис­пользуются материалы на основе вспученного перлита, получаемого из кислых стекловатых горных пород вулканического происхождения при интенсивном их нагреве. В результате объем исходного сырья увеличи­вается в 10—20 раз и образуются зерна с высокопористой структурой. Плотность вспученного перлита колеблется от 40 до 250 кг/м³, а коэф­фициент теплопроводности от 0,04 до 0,08 Вт/(м°С).

Битумоперлит.

Получают в результате смешения вспученного перли­та с битумом, нагретым, до температуры 180°С. Битумоперлит исполь­зуется как гидро- и пароизоляция.

Достаточно хорошим теплоизоляционным материалом является так­же стекловолокно.

Существует несколько конструктивных решений тепловой изоляции. В качестве общих элементов они включают теплоизоляционную массу и защитный кожух. Последний предназначен для защиты материа­ла теплоизоляции от механических повреждений, попадания влаги из поч­вы и атмосферы, действия солнечных лучей. Попадание влаги нежела­тельно, так как замещение в порах воздуха, являющегося плохим про­водником тепла, влагой приводит к повышению коэффициента тепло­проводности тепловой изоляции. Отрицательное действие солнечных лу­чей связано с ускорением старения теплоизоляционного материала и потерей заданных свойств.

Для изготовления защитного кожуха или покрытия используют в основном алюминий, эструдированный пластик, полиэтилен, битумную мастику с крафт-бумагой; рубероид, изол.

Во многих конструкциях предусмотрены устройства для закрепле­ния теплоизоляции на трубопроводе, выполненные в виде хомутов, защелок, застежек-молний, скоб и т.д. Широко распространены для этой цели завальцовывание кромок защитной оболочки или их сварка.

Толщина изоляции паропровода определяется по формуле

, (11.7)

где d_н — наружный диаметр трубы трубопровода;

d_из — диаметр изоля­ции по наружной окружности.

Отношение d_из/d_п определяется в зависимости от способа про­кладки трубопровода:

при бесканальной прокладке

, (11.8)

где _из, - коэффициент теплопроводности соответственно изоляции и грунта;

Т_т, Т_гр - температура соответственно теплоносителя (пара) и грунта, К;

q - потери тепла паропроводом, Дж/(м² -ч);

h - глубина заложения паропровода, м.

При прокладке в каналах

, (11.9)

где a_{из в} — коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренней по­верхности канала, Дж/(м²ч-К);

d_экв — эквивалентный внутренний диа­метр канала

,

где — эквивалентный радиус канала, м,

,

где F — площадь поперечного сечения канала, м²;

S — периметр сечения, м); при воздушной прокладке

(11.10)

где а_в - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы в воздух

_,

где — коэффициент теплопередачи радиацией

(11.11)

где с — коэффициент излучения, принимаемый для металличес­ких поверхностей равным 4, для изоляционных материалов и покрытий равным 4,5;

Т_пов - температура поверхности трубы, К;

Т_в — температура окружаю­щего воздуха К,

- коэффициент теплоотдачи конвекцией; определя­ется в зависимости от скорости ветра и диаметра трубы:

если wd < 0,8 м²/с,

то (11.12)

если

то (11.13)

При отсутствии ветра ω = 0, если ΔTd < 9,81·10^-2, то

. (11.14)

Если 9,8·10^-2< ΔTd³ <6,49 d^-6, то

(11.15)

где ω – скорость ветра, м/с;

d – Наружный диаметр трубы, м;

Δ Т – температурный перепад между поверхностью и окружающим воздухом, К.