6.3) Оптимальная температура подогрева
В отличие от изотермических нефтепроводов, где при проектировании надо оптимизировать только диаметр трубопровода и давление на выходе из насосной станции, при проектировании горячего трубопровода надо оптимизировать и другие параметры: температуру на входе и выходе из подогревателей, число насосно-тепловых, тепловых и насосных станций и т.п. Решить эту задачу в общем виде, аналитически, с получением зависимостей, с помощью которых можно было бы вычислить значение параметров, пригодных для практического использования, не представляется возможным. В каждом конкретном случае эта задача должна решаться сравнением экологическим показателям всего комплекса практически осуществляемых вариантов. В связи с большим объемом вычислений, а также значительным числом вариантов для набора оптимальных параметров целесообразно использовать электронно-вычислительные машины.
Температура подогрева нефти на станции горячих трубопроводов является одним из проектных параметров, связанных с другими конструктивными параметрами трубопровода. Однако при эксплуатации уже построенного горячего трубопровода также возникает задача выбора оптимальной температуры подогрева нефти. При проектировании оптимизацию параметров трубопровода выполняют для каких-то заданных условий: определенной температуры воздуха и грунта, заданной пропускной способности, свойств подлежащей транспортировки нефти и т.п. При эксплуатации трубопровода многие из этих условий меняются. В частности, в течение года меняется температура окружающей среды, возможно изменение объемов перекачки, характеристик перекачиваемой нефти. В этих случаях проектная температура подогрева нефти на станциях перестанет быть оптимальной, и ее надо в каждом отдельном случае определить заново.
Оптимальная температура подогрева нефти на станциях определяется из следующих соображений. С повышением температуры нагрева возрастают затраты на разогрев нефти: одновременно снижается плотность нефти, а значит, и потери напора в трубопроводе и соответственно затраты на перекачку нефти. Оптимальная температура нагрева нефти соответствует минимуму суммы затрат на подогрев и перекачку нефти. При введении некоторых упрощений задача оптимизации температуры нагрева может быть решена аналитически, однако более наглядным является графоаналитическое решение этой задачи.
Стоимость затрачиваемой в единицу времени энергия на перекачку нефти:
(1.1)
где
– К.П.Д насосного агрегата;
-
стоимость единицы механической энергии.
Стоимость затрачиваемой в единицу времени энергии на подогрев нефти
(1.2)
– К.П.Д подогревательных
устройств;
–
стоимость единицы энергии (например,
топлива).
Если на перегоне
между НТС имеются ТС, то полученное по
формуле значение
надо умножить на число пунктов подогрева
на перегоне (предполагается, как это
обычно бывает, что на НТС и всех ТС
разность температур нефти на выходе и
входе в станцию одинакова). Потеря напора
Н
зависит от температуры
на выходе из НТС. Температура
в конце перегона между НТС также может
быть определена как функция
.
Задаваясь рядом значений
,
определяем соответствующие им значения
и строим кривые
и
,
(рис 8.7). Оптимальной является температура
,
соответствующая минимуму функции
.
Несмотря на то,
что структура формулы (1.1) свидетельствует,
казалось бы, о линейной зависимости
,
в общем случае эта зависимость выражается
кривой линией, так как с увеличением
температуры подогрева
изменяется соотношение длин участков
с турбулентным и
ламинарным потоками; рост
приводит к увеличению длины турбулентного
участка, росту средневзвешенного
коэффициента теплопередачи на перегоне
и, как следствие, увеличению разности
температур
Значения
должны
приниматься с учетом технологических
ограничений. Температура подогрева
нефти
не должна превышать величины, при которой
происходит закоксовывание трубок
теплообменного аппарата или начинается
разложение нефти. В то же время температура
нефти в конце перегона
должна не менее чем на 3-5 °С превышать
ее температуру застывания для
высокозастывающих нефтей; следовательно
при известном минимальном значении
можно
определить нижнюю границу возможных
значений
.
Для высоковязких нефтей нет технологического
ограничения по нижнему пределу
