3.2.3. Теплофизические свойства грузов

Для обеспечения сохранности многих грузов, особенно гигроскопических и скоропортящихся, необходимо знать основные закономерности процессов тепло - и

массопереноса в системе груз - среда - хранилище (склад). На основе теории тепло - и

массопереноса решают такие практические задачи, как выбор рациональных геомет-

рических размеров штабелей, определение тепло - и влагоаккумулирующей способно-

сти грузов для прогнозирования и профилактики увлажнения или усушки, выбор ра-

циональных конструкций и оборудования хранилищ и других. Методы теплофизики позволяют разрабатывать оптимальные условия хранения грузов, выбрать рациональ-

ные технические средства для их поддержания, построить математические модели для изучения конкретных процессов. Следовательно, теплофизические свойства состав-

ляют значительную часть транспортной характеристики грузов и во многом опреде-

ляют их транспортное состояние.

В грузоведении наибольший интерес представляют способы передачи теплоты,

тепло- и температуропроводность, теплоемкость, диффузия, массообмен, гигроскопи-

ческая и криоскопическая точки грузов.

Теплоперенос (теплообмен) характеризуется выравниванием температуры, мас-

сообмен проявляется в выравнивании концентраций вещества. Концентрации веществ в смеси выравниваются путем молекулярной или конвективной диффузии.

Сложный процесс переноса теплоты состоит из более простых: теплопроводно-

сти, конвекции, излучения (радиации). Как правило, теплота переносится всеми тремя способами одновременно; такой процесс называется теплопередачей. Однако в мно-

гих практических расчетах удается выделить основной способ, которым переносится наибольшее количество теплоты. В сухих грузах передача теплоты осуществляется в основном теплопроводностью, в наливных - конвекцией, радиация имеет место между частицами груза, на поверхностях грузов и ограждений, в пустоте.

Для того, чтобы в процессе взаимодействия с внешней средой изменилась тем-

пература груза, необходимо либо подвести к нему определенное количество теплоты,

либо отвести от него теплоту. Истинной теплоемкостью называется отношение коли-

чества подведенной к телу или отведенной от него теплоты к вызванному этим изме-

нению температуры тела.

Распространение теплоты в массе груза определяется тремя физическими ха-

рактеристиками: теплопроводностью, теплоемкостью и объемной массой; характери-

зует теплоинерционные свойства вещества, определяет скорость его прогревания или охлаждения. Это свойство называется коэффициентом температуропропроводности.

Криоскопической точкой груза называется температура, при которой его жид-

кие фракции начинают выкристаллизовываться в виде льда.

3. Транспортные характеристики грузов

1. Наливные грузы

Наливные грузы делятся на четыре класса: нефтепродукты, пищевые грузы, хи-

мические грузы, сжиженные газы.

Транспортные характеристики наливных грузов условно можно объединить в следующие группы: объемно - массовые свойства (плотность, вязкость, давление,

фракционный состав, органолептические характеристики); теплофизические свойства

(температура плавления (застывания), испаряемость, тепло- и температуропровод-

ность, теплоемкость, диэлектрические свойства); характеристики опасности (темпера-

тура вспышки, воспламенения, самовоспламенения; концентрационные и температур-

ные пределы воспламенения; скорость выгорания; давление взрыва; коррозионность;

токсичность; октановое (цетановое и йодное) число; экологическая опасность).

Плотность наливного груза (масса жидкости в единичном объеме) является важной характеристикой, используемой только при расчетах по определению количе-

ства груза, но и при решении других эксплуатационных задач. Плотность измеряется ареометром (нефтеденсиметром), в лабораториях нефтебаз применяют также гигро-

скопические весы (весы Вестфаля). При замерах плотности необходимо знать темпе-

ратуру груза. Ее определяют либо погружая термометр в медном пенале в середину взлива груза, либо измеряя температуру в пробе груза.

Относительной плотностью называется отношение плотности данного вещества к плотности стандартного вещества. В качестве стандартного вещества для жидкостей принимается дистиллированная вода, для газов - воздух.

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкостей и газов, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение.

Вязкость жидкостей зависит от температуры и давления. С повышением темпе-

ратуры вязкость жидкостей уменьшается, с увеличением давления - увеличивается.

Для газов зависимость другая: с повышением температуры вязкость увеличивается.

Вязкость определяет технологию перевозки, скорость перекачки груза, остаток в емкости. При изменении вязкости перекачиваемой жидкости меняется режим рабо-

ты насосов всех типов: подача, напор, мощность и коэффициент полезного действия.

При 80 - 100⁰ С вязкость тяжелых нефтей приближается к вязкости легких. В эксплуа-

тационных расчетах в качестве минимальной температуры подогрева нефтепродуктов принимается температура 50⁰С. При меньшей температуре перекачка мазутов и дру-

гих высоковязких нефтепродуктов центробежными насосами неэффективна. Высокая вязкость многих наливных грузов делает необходимым оборудование емкостей сис-

темами подогрева груза.

В закрытой емкости испарение жидкого груза происходит до тех пор, пока «га-

зовая шапка» емкости не станет насыщенной парами жидкости. Давление насыщенно-

го пара при постоянном объеме зависит от температуры жидкости. При повышении температуры к нормальному гидравлическому давлению на стенки емкости добавля-

ется давление насыщенного пара и увеличивается общее давление внутри емкости.

Это явление учитывается при расчете прочности резервуара. Помимо этого повыше-

ние давления внутри емкости способствует потере части груза в атмосферу.

Большая упругость паров некоторых жидкостей (бензин) не только увеличивает потери от испарения в процессе транспортировки, но и отрицательно сказывается на интенсивности выгрузки. Разряжение, создаваемое насосом во всасывающем трубо-

проводе, интенсифицирует испарение, в насос начинает поступать смесь паров и жид-

кости, и он начинает работать в режиме кавитации, что резко снижает подачу.