ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Модуль 13

СПОСОБЫ ПОДОГРЕВА НЕФТЕПРОДУКТОВ

Введение

Многие нефтепродукты при охлаждении теряют текучесть, а некото- рые даже переходят в твердое состояние. Значительное возрастание вязко- сти нефтепродуктов при охлаждении объясняется содержанием высокомо- лекулярных тяжелых углеводородов.

Затвердевание парафинистых нефтепродуктов происходит в резуль- тате кристаллизации парафина.

Подогрев существенно изменяет физико-техническую характеристи- ку нефтепродуктов. В результате подогрева нефтепродукт расширяется, уменьшаются силы внутреннего трения, значит, увеличивается его под- вижность.

При подогреве парафинистых нефтей и нефтепродуктов расплавля- ется парафин; сетка, образованная кристалликами парафина, разрушается, и продукт становится подвижным. Восстановление текучести нефтей и нефтепродуктов – необходимое условие для проведения технологических операций.

Однако значение подогрева не ограничивается этим – он необходим при выполнении следующих операций: эмульсаций нефтей, освобождении нефтей и нефтепродуктов от механических примесей, подготовке топлива к сжиганию под котлами, в печах и в двигателях внутреннего сгорания, смешении нефтепродуктов, регенерации отработанных масел, зачистке ем- костей от отложений и др.

В подогревательных устройствах могут быть применены следующие теплоносители.

Водяной пар – наиболее распространенный, доступный вид тепло- носителя. Он обладает сравнительно большим теплосодержанием и высо- ким коэффициентом теплоотдачи.

Подогрев паром наиболее прост; кроме того, пар легко транспорти- руется к объекту и не пожароопасен. Подогрев паром происходит пример- но при постоянной температуре, поэтому регулирование процесса чрезвы- чайно простое.

Следующий по степени распространенности теплоноситель – элек-

трическая энергия.

291

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Но использование электрической энергии для подогрева ограничено вследствие пожарной опасности, возникающей при оголении нагреватель- ных элементов, находящихся под напряжением. Температура проволоки при этом может оказаться выше температуры самовоспламенения нефте- продукта. Кроме того, высокая температура проволоки может вызвать час- тичное коксование нефтепродукта. По этим соображениям электрический подогрев сравнительно широко применяют лишь при подогреве масел в емкостях и путевом подогреве трубопроводов.

Электронагревательные устройства компактны и удобны в эксплуа- тации.

Применение горячих газов весьма ограничено вследствие малой теп- лоемкости и высокой температуры. Практическое применение нашли вы- хлопные газы двигателей для подогрева автоцистерн.

Схема изучения материала

ОСНОВЫ НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО МОДУЛЮ

1. Способы подогрева нефтепродуктов при транспортировке в трубопроводах

В зависимости от местонахождения источника тепла различают внешний подогрев, когда теплоноситель расположен снаружи нефтепрово- да, и внутренний подогрев, когда тепло передается нефтепродукту тепло- носителем, расположенным внутри нефтепровода.

Рассмотрим принципиальные схемы путевого подогрева. Схема, по которой теплоноситель транспортируется по трубопроводу, уложенному параллельно нефтепроводу, представлена на рис. 13.1, а. Оба трубопровода заключены в общий теплоизолирующий кожух. По этой схеме преимуще- ственно подогреваются надземные трубопроводы.

292

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Схема, предусматривающая укладку нефтепровода внутри теплопро- вода, показана на рис. 13.1, б. Теплопроводами могут быть трубопроводы, перекачивающие пар, горячую воду или горячие газы. К этому способу от- носится подогрев гибкими электронагревательными лентами. Электрона- гревательная лента ЭНГЛ-180 (элемент нагревательный гибкий ленточного типа с максимально допустимой температурой поверхности 180 ° С) состо- ит из стеклотканой основы, в которой размещены восемь нагревательных нихромовых жил, соединенных в электрическую цепь. На основу методом экструзии нанесена влагонепроницаемая оболочка из кремнийорганиче- ской резины. Оболочка имеет с двух торцов приливы, в которых закрепле- ны питающие проводники. Они дают возможность соединять ленты дли- ной 14 – 15 м в электрическую цепь длиной до 140 м подводить напряже- ние 220 В к каждой ленте.

Лентами можно обогревать запорную арматуру, насосы, счетчики и фильтры. На поверхность трубопровода ленты наматывают по спирали или линейно вдоль ее образующей и закрепляют стеклолентой. После установ- ки лент трубопровод обязательно покрывают теплоизоляцией из мине- ральных материалов, выдерживающих рабочую температуру лент.

Схема внутреннего подогрева, когда теплопровод находится внутри нефтепровода, показана на рис. 13.1, в. Этот метод применяют в основном при перекачке вязкопластических нефтепродуктов.

Схема, по которой нефтепроводы и теплопроводы укладывают в од- ном канале, – на рис. 13.1, г. Для сокращения тепловых потерь каналы час- тично заполняют теплоизолирующим материалом.

Для повышения надежности эксплуатации теплопровод должен удовлетворять особым требованиям по прочности и качеству сварки. Схе- мы путевого подогрева выбирают с учетом специфических условий экс- плуатации нефтепровода и физических свойств перекачиваемых нефте- продуктов.

Теплопровод Теплоносительпровод Теплопровод

Рис. 13.1. Схема путевого подогрева нефтепровода

293

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

2.Подогрев нефтепродуктов при транспортировке

вжелезнодорожных цистернах

Переносные паровые змеевики состоят из центральной и двух боко- вых секций спирально изогнутых паровых труб (рис. 13.2). Для уменьшения массы и габаритных размеров в боковых секциях применяют оребренные дюралюминиевые трубы. Секции подогревателя соединены между собой параллельно. Из-за ограниченных габаритов люка цистерны максимальная поверхность нагрева эксплуатируемых нагревателей составляет 23,1 м2.

Рис. 13.2. Переносной змеевиковый паровой подогреватель

Небольшая поверхность нагрева и низкая эффективность теплообме- на при передаче тепла от трубок подогревателя к нефтепродукту при есте- ственной конвекции обусловливают большую продолжительность подог- рева. При этом в цистернах после слива остается значительное количество нефтепродукта. В подогревателях используется водяной пар давлением

0,4 – 0,5 Мпа.

Стационарные подогреватели применяют двух типов:

∙трубчатый подогреватель, смонтированный в нижней части же- лезнодорожной цистерны, которая снаружи покрыта теплоизоляцией, со- стоящей из асбестита с трепелом. Помимо внутреннего трубчатого подог- ревателя сливной прибор цистерны снабжен паровой рубашкой, через ко- торую осуществляется ввод пара в подогреватель;

∙стационарный подогреватель, состоящий из паровой рубашки во- круг котла цистерны и сливного патрубка.

294

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Переносные электрические подогреватели (рис. 13.3, а, б) имеют каркас из стальных прутьев, на которые надеты фарфоровые цилиндры со специальной винтовой нарезкой. В пазы нарезки уложен металлический проводник, обладающий высоким удельным омическим сопротивлением. Прутья с фарфоровыми цилиндриками укреплены в торцовых панелях, к ко- торым выведены концы нагревательных обмоток. Замыкая медной пластин- кой три контакта в длину, получают соединения обмоток на «звезду», замы- кая контакты попарно и поперек, по- лучают соединение на «треугольник».

В настоящее время применяют круглые и плоские раскладывающие- ся электрические подогреватели. Та- кие подогреватели состоят из двух шарнирно соединенных секций, ко- торые раскрываются по мере нагрева нефтепродукта, тем самым увеличи- вая зону конвективного нагрева, что выгодно отличает их от круглых электрических подогревателей.

Для безопасной эксплуатации электрических подогревателей за- земляют все металлические части эс- такад, аппаратуру, железнодорожные цистерны и рельсы. Тупик, на кото- ром производится подогрев, отсоеди-

няют от общих путей изолированными стыками. Вся сеть подводящих проводов должна удовлетворять правилам безопасности электрических со- оружений.

Электроиндукционный нагрев заключается в том, что вокруг цис- терны при помощи обмотки, по которой пропускают переменный ток, соз- дают электромагнитное поле. При этом в стенках цистерны индуцируется электрическая энергия, которая превращается в тепловую. Тепло от стенок передается нагреваемому нефтепродукту.

Циркуляционный подогрев основан на принципе передачи тепла от горячего нефтепродукта холодному путем интенсивного перемешивания.

В настоящее время применяют ряд устройств для циркуляционного подогрева, позволяющих производить слив основной массы нефтепродукта с подогревом и последующим подогревом остатка до температуры, при ко- торой вязкость равна 5·10-10 м2/с, что обеспечивает полный слив и сокра- щает затраты энергии и время слива цистерн.

295

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Установка УРС-2 (рис. 13.4) основана на методе циркуляционного разогрева нефтепродукта в железнодорожных цистернах с перемешивани- ем затопленной струей.

Рис.13.4. Установка циркулярного подогрева и герметизированного слива УРС-2

Установка включает следующие основные узлы: разогревающее уст- ройство 3 типа УР-5, осуществляющее непосредственный подогрев нефте- продукта в цистерне горячей струей сливаемого нефтепродукта, устройст- во для герметизированного нижнего слива 4 типа АСН-8Б, трубчатый теп- лообменник 7, насос 6 с электродвигателем 5, трубопровод 2 с шарнирны- ми соединениями для подключения напорного горячего трубопровода к устройству УР-5.

Установка УРС-2 работает в следующей последовательности. Устройство нижнего слива АСН-8Б подсоединяют к сливному пат-

рубку цистерны. Пар подается в паровые рубашки патрубка сливного при- бора цистерны, АСН-8Б и теплообменник. Затем открывают клапан слив- ного прибора цистерны, и нефтепродукт поступает в теплообменник. Уст- ройство УР-5 краном-укосиной 1 опускают в горловину железнодорожной цистерны, крепят на люке цистерны и соединяют шарнирным трубопрово- дом 2 с напорной линией насоса 6, который забирает из теплообменника разогретый нефтепродукт и подает его в устройство УР-5. В начальный период подогрева устройство УР-5 находится в сложенном состоянии и горячий нефтепродукт, вытекая из сопел, разогревает нефтепродукт из сливного прибора 4 цистерны, увеличивая тем самым скорость слива. По-

296

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

сле разогрева некоторого объема нефтепродукта у сливного прибора включают гидромонитор устройства УР-5. Гидромонитор приводит в воз- вратно-поступательное движение трубы сопла. Рабочей жидкостью для не- го служит сливаемый нефтепродукт, нагретый до 60 – 80 ° С. Механическое перемещение труб-сопел и струй, вытекающих из них, обеспечивают рав- номерный разогрев и перемешивание нефтепродуктов железнодорожной цистерны.

3. Подогрев нефтепродуктов при хранении

Трубчатые подогреватели в резервуарах применяют двух типов – змеевиковые и секционные. Такие подогреватели представляют собой сис- тему из тонкостенных сварных труб, уложенных на дне резервуара в виде змейки или в виде отдельных секций (рис. 13.5). Теплоноситель, проходя по системе труб, отдает тепло через стенки, не соприкасаясь с нефтепро- дуктом. Трубчатыми подогревателями разогревают все нефтепродукты – это наиболее распространенный метод подогрева в емкостях.

Рис. 13.5. Секционный паровой подогреватель в резервуаре

Секционные подогреватели комплектуют из отдельных стандартных элементов; каждый из них состоит из четырех параллельных труб, концы которых вварены в коллекторы диаметром 108 мм и длиной 450 мм. Сек- ции между собой соединены при помощи муфт. Подогревательные эле- менты (ПЭ) стандартизированы, основные размеры их приведены в табл. 13.1.

297

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Местные подогреватели применяют при откачке нефтепродукта из резервуара мелкими партиями. Процесс подогрева разбивают на два пе- риода: предварительный и эксплуатационный. В предварительный период всю массу нефтепродукта нагревают до температуры, обеспечивающей ему достаточную подвижность для подтекания к приемо-раздаточной тру- бе, а в эксплуатационный период до необходимой температуры напревают лишь то количество нефтепродукта, которое требуется выкачать.

Предварительный подогрев осуществляется общими подогревателя- ми, а эксплуатационный подогрев – местными подогревателями, располо- женными у приемо-раздаточных труб резервуара. На рис. 13.6 представле- ны различные конструкции местных подогревателей.

Рис. 13.7. Местные подогреватели: а – шахтный; б – секционный

Шахтный подогреватель (рис. 13.6, а) состоит из кожуха, защи- щенного тепловой изоляцией. Внутрь кожуха входит конец приемной тру- бы, вокруг которой расположен змеевиковый подогреватель. Нефтепро- дукт, откачиваемый из резервуара, проходит через окна внизу кожуха и за-

298

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

тем через подогреватель, в котором он нагревается до необходимой темпе- ратуры.

Наиболее мощными являются местные подогреватели секционной коробчатой конструкции (рис. 13.6, б), которые состоят из трех параллель- ных ветвей, расположенных на различной высоте внутри кожуха. Каждая ветвь имеет четыре параллельные секции. Коэффициент полезного дейст- вия таких подогревателей близок к единице.

Кроме описанных способов в резервуарах можно применять электро- и циркуляционный подогревы.

МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

План лекций

1.Способы подогрева нефтепродуктов при транспортировке в тру- бопроводах:

∙путевой подогрев;

∙укладка нефтепровода внутри теплопровода;

∙внутренний подогрев.

2.Подогрев нефтепродуктов при транспортировке в железнодорож- ных цистернах:

∙переносные паровые змеевики;

∙стационарные подогреватели;

∙переносные электрические подогреватели;

∙электроиндукционный нагрев.

3.Подогрев нефтепродуктов при хранении:

∙трубчатые подогреватели;

∙местные подогреватели;

∙шахтный подогреватель.

Вопросы для предварительного контроля

1.Виды подогрева нефтепродуктов при транспортировке в трубо- проводах.

2.В чем заключается метод внутреннего подогрева нефтепродуктов при транспортировке в трубопроводах?

3.Устройство переносного парового змеевикового подогревателя.

299

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

4.Типы стационарных подогревателей.

5.Типы трубчатых подогревателей.

6.В каких случаях применяют местные подогреватели?

ТЕСТЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ОБУЧЕНИЯ

На оценку «удовлетворительно»

1.Виды подогрева нефтепродуктов.

2.Шахтный метод подогрева нефтепродуктов.

На оценку «хорошо»

1.Устройство секционных подогревателей.

2.Устройство местного подогревателя.

На оценку «отлично»

1.Способ подогрева нефтепродуктов при транспортировке в желез- нодорожных цистернах.

2.Подогрев нефтепродуктов при хранении.

300