книги из ГПНТБ / Рабей И.Л. Грузовые операции на нефтеналивных судах

Рис. 38. Схема змеевиков подогревателя

106

Каждая из указанных схем имеет свои преимущества и недостатки. Общие требования, предъявляемые ко всем конструкциям подогревателей:

соответствие схем расположения подогревателя и распределения поверхно­ сти нагрева по танкам технологии выгрузки и последовательности подогрева гру­ за в танках;

обеспечение свободного стока образующегося конденсата, а также полное удаление конденсата при неработающем подогревателе;

размещение подогревателя возможно ближе к днищу.

Следует учитывать, что слой нефтепродукта, расположенный ниже труб подогревателя, получает тепло в основном за счет теплопроводности, значение которой, например для мазута, очень низкое. Трубы подогревателя можно укла­ дывать на холостой набор, пропускать под рамками двухъярусного набора, про­ пускать через вырезы во флорах набора.

Рис. 41. Схема петлевого подогревателя

При повреждении труб подогревателя выпуск конденсата за борт должен контролироваться, что особенно важно для предотвращения загрязнения водо­ ема нефтепродуктами. Поэтому более целесообразно применять короткие греющие элементы, расположенные с уклоном (с учетом дифферента) в сторону стока конденсата. Это предусматривается в схеме секционного подогревателя. В то же время отдельные греющие элементы соединены здесь параллельно и потому не всегда легко освобождаются от конденсата, например при продувке сжатым воздухом. Змеевиковый подогреватель лучше продувается воздухом, но имеет худшие условия для стока конденсата во время работы. В прямоточной схеме подогревателя, получившей распространение на речных баржах, продувка дости­ гается при наличии запорной арматуры на каждой ветви подогревателя, однако необходимость прокладки большого количества труб через поперечные переборки является недостатком. Хорошие условия продувки обеспечиваются также в пет­

левом подогревателе.

По исследованиям, выполненным Астраханским ЦКБ, оптимальное освобож­ дение труб от остатков конденсата достигается продувкой воздухом при скоро­ сти его продвижения по трубе не менее 30 м/сек.

Подогреватели должны отличаться простотой в изготовлении, технологич­ ностью и дешевизной, износостойкостью и надежностью в работе. Подогреватели из гладких стальных труб достаточно просты и технологичны. Однако из-за кор­ розии износостойкость стальных труб недостаточна. В связи с этим подогрева­ тели изготовляются из труб с увеличенной толщиной стенки (4,0—5,0 мм при

Dу= 32-ь57 мм).

Греющие элементы изготовляют из алюминиево-медных и специальных алю­ миниевых сплавов. По мнению изготовителей, подобные подогреватели имеют

107

ряд достоинств по сравнению со стальными. Сравнительно высокая стоимость таких горелок требует проверки экономической целесообразности их применения

в конкретных случаях.

Наиболее существенна часть теплового сопротивления при передаче тепла от пара к нефтепродукту — теплоотдача от поверхности подогревателя грузу, в большей степени зависящая от условий конвекции нефтепродукта, чем от конст­ рукции и материала подогревателя. Вследствие этого интенсивность теплопере­ дачи достигается такими мерами, как перемешивание нагреваемого нефтепро­ дукта (например, барботаж воздухом) или перемещение подогревателя (вибро­ подогрев).

Расположение элементов подогревателя в горизонтальной плоскости также влияет на равномерность подогрева, особенно нижних слоев. Расстояние между элементами (трубами) не должно превышать 600—700 мм\ оно зависит от соот­

ношения поверхности нагрева и площади днища.

Змеевиковый или секционный подогреватель можно размещать в каждом танке самостоятельно. Прямоточная схема позволяет регулировать отдельные ветви подогревателя, проходящие по ряду танков вдоль судна. На речных судах ври наличии переборочных клинкетов, соединяющих танки друг с другом, такая регулировка не вызывает затруднений. Если же выгрузка производится из каж­ дого танка самостоятельно, то применение прямоточной схемы подогрева ввиду неудобства регулировки неоправдано.

Электрическая система подогрева

Электроподогрев вязких нефтепродуктов на судах имеет следующие преиму­ щества по сравнению с паровым:

практически исключается износ основных элементов конструкции подогрева­ теля и связанный с этим ремонт;

исключается возможность дополнительного обводнения подогреваемого груза конденсатом при нарушении непроницаемости змеевиков;

создаются благоприятные условия для применения дистанционного и автома­ тического регулирования системы подогрева;

допускается работа грелок в различных режимах питания — от судовой элек­ тростанции небольшой мощности и от берегового источника большой мощности (посредством соответствующего переключения элементов грелок).

Электроподогрев, несмотря на высокий (близкий к 100%) к. п. д. самого устройства, менее экономичен, чем пароподогрев, поскольку требуется много­ кратное преобразование энергии. Поэтому использование парового котла в каче­ стве источника энергии для подогрева нефтепродуктов по сравнению с судовой электростанцией может оказаться более целесообразным.

В качестве нагревательных элементов при электроподогреве используются оголенные шины или теплоэлектронагреватели (ТЭНы) большой мощности, не имеющие прямого контакта элементов омического сопротивления с нефтепродук­ том. Подобной конструкцией подогрева оборудован, например, танкер в Ленском пароходстве. Недостаток ее — сложность и высокая стоимость, а отсутствие эле­ ментов ТЭНа промышленного производства ограничивает мощность подогрева­ телей в танках.

Более просты и дешевы конструкции грелок, имеющих прямой контакт эле­ ментов с нефтепродуктом. Так, на бункеровочной станции проекта № 498 нагре­ вательные элементы собраны в виде отдельных рамных секций из угольника размерами 20X20X3 мм, к которым через текстолитовые пластинки крепятся

нагревательные элементы необходимого сечения (рис. 42). Секция устанавли­ вается в днище на фарфоровых изоляторах. Электроподогреватель трехфазный,

кового реле, отключающего систему электроподогрева при понижении уровня гру­ за над грелками ниже заданной предельной величины. Для электробезопасности система электроподогрева отделена от остальной энергетической судовой сети и питается через разделительный трансформатор (без изменения напряжения). При такой схеме, широко применяемой в нефтяной промышленности, опасность пора­ жения током в системе электроподогрева предотвращается, так как элементы

108

системы изолируются (например, прокладывается кабель в заземленных трубах); в остальной судовой сети сохраняются обычные условия.

Электрические величины в процессе электроподогрева связаны взаимно систе­ мой уравнений:

где k — коэффициент теплопередачи от нагревательного элемента к нефтепродук­

греющего элемента.

Рис. 42. Секция электроподогревателя нефтепродуктов в танке

Взаимосвязь тепловых величин в этом процессе выражается уравнением теплопередачи

109

Р,квт

Рис. 43. Номограмма для расчета электроподогревателей вязких нефтепродук­ тов:

Р — фазная мощность. кет; L — длина нагревательного элемента, м; S — площадь попе­

ПО

Принимая для коэффициента теплопередачи известное выражение

мер (ширина ленты), м.

Ввиду малого значения толщины ленты б по сравнению с ее шириной можно принимать величину параметра /7=26.

Уравнение (94) удобнее решать графически, что позволяет сравнительно просто и быстро определить искомые параметры элементов системы электроподо­ грева. Номограмма (рис. 43) построена для нагревательных элементов из низко­ углеродистой стальной ленты, имеющей удельное сопротивление рго= =0,125 ом-мм2/м и температурный коэффициент сопротивления а =0,0057. Ход

решения показан линиями со стрелками. Расчеты по номограмме дают удовлет­ ворительную сходимость с результатами опытов.

Горячеструйная система подогрева

При подогреве путем переноса энергии горячей струи в толщу менее нагре­ того вязкого нефтепродукта в результате механического и конвективного пере­ мешивания происходит выравнивание температур до некоторых средних задан­ ных значений, обеспечивающих уменьшение вязкости нефтепродукта и нормаль­ ную работу насосных установок. Горячую струю получают подогревом частиц гру­ за, отбираемой из танка и помещаемой в специальный теплообменник, располо­ женный отдельно от подогреваемой массы груза (вне грузового танка). В тепло­ обменнике груз подогревается до температуры не выше 100° С, так как при темпе­ ратуре более 100° С мазут вспенивается и струи дают небольшой эффект.

В танки горячий продукт подается при помощи системы сопел, расположен­ ных в плоскости, параллельной днищу судна. Сопла могут быть стационарными

или вращающимися под действием реактивных сил. Опыты показали, что наибо­ лее эффективны сопла с малой скоростью вращения — 0,5—1 об/мин. Наиболь­

шая эффективность вращающихся сопел проявляется в конце разгрузки, когда горячие струи смывают остатки нефтепродукта в танке. Однако применение вра­ щающихся сопел усложняет конструкцию системы подогрева.

Горячеструйный способ подогрева не иашел еще широкого производственного применения. Он внедряется экспериментально только на некоторых судах мор­ ского и речного флота.

Во всех случаях опыт показал, что подогрев нефтепродуктов горячеструйным способом по сравнению с другими способами происходит более равномерно. Осо­ бенно эффективен этот способ при газовом теплообменнике, питание которого обеспечивается энергией тепла отходящих газов главных двигателей.

Ниже приводятся основные формулы для расчета подогрева горячеструйным способом.

111

-м3; угн — удельный вес выхлопных газов при нормальных условиях, кгс/м3;

пературе выхлопных газов соответственно на входе в подогреватель и при вы­ ходе из него.

Количество горячего мазута пг, вводимого в танки для поддержания задан­

Тл

где уп — удельный вес нефтепродукта.

При передаче всей тепловой энергии, содержащейся в выхлопных газах, по­ верхность нагрева теплообменников находят по формуле

У теплообменников с ребристыми внутренними трубами коэффициент тепло­ передачи- в 1,5—2 раза больше, чем у теплообменников с гладкими трубами та­ кого же типа.

При общем к. п. д., равном 0,77, количество передаваемого тепла, сообщае­ мого основной массе мазута, составит:

Q = 0,77QB г = 0,77-290Ne = 223Ne ккал/ч.

При движении газа по внутреннему сечению труб теплообменника потеря напора

где D — внутренний диаметр трубы теплообменника; ѵ — средняя скорость газа, определяемая по расходу выхлопных газов от одного главного двигателя, м/сек; d = 9,8 — ускорение силы тяжести, м/сек2; L — длина рассматриваемого участка

1 1 2

Характеристика работы газогенератора: Расход топлива 100 кгс/ч; Давление перед форсункой 15 кгс/см2. Напор вентилятора 500 мм вод. ст. Расход газов 3000—5000 ж3/ ч.

Температура газов на входе в теплообменник 450° С.

В процессе эксплуатации опытной системы горячеструйного подогрева на танкере «Великий» выявлено, что во всех случаях обеспечивается поддержание температуры мазута на уровне 40—50° С в осеннее время и 50—55° С в летнее (рис. 45). Подача горячего мазута в танки через неподвижные сопла гаранти­ рует достаточно равномерное поле температур как по высоте, так и по длине танка. Это подтверждается тем, что остаток груза в танках после выгрузки .не больше остатка при паротрубчатом подогревателе.

Г л а в а VIII

ТИПЫ НЕФТЯНЫХ ПРИЧАЛОВ Общие сведения

Реки нашей страны характеризуются сложными гидрологическими условия­ ми — значительными колебаниями уровней воды и длительным ледоставом, что чрезвычайно усложняет типизацию причальных сооружений и насосных нефте­ перекачивающих установок. Задача несколько облегчилась в связи с созданием единого глубоководного пути в европейской части СССР и образованием зарегу­ лированных водохранилищ, отличающихся более умеренными колебаниями уровней воды. Однако нефтепричалы современных типов имеются только на не­ многих крупных приречных нефтебазах, а для строящихся объектов они проекти­ руются на главных водных магистралях. Большинство же речных нефтебаз обору­ довано деревянными причальными устройствами, эстакадами и палами, к кото­ рым нефтеналивные суда швартуются либо непосредственно, либо к стоечным баржам — промежуточным звеньям между судном и береговыми коммуникация­ ми. Часто плавучие причалы-баржи соединяются специальными шарнирами с береговым трубопроводом, который прокладывается по эстакадам, понтонным переходам и отдельно стоящим опорам. К таким причалам-баржам пришварто­ вываются сначала плавучая нефтестанция, а затем нефтеналивное судно. На мелких причалах местного значения зачастую вместо плавучих причалов-барж установлена только одна эстакада с проложенным по ней трубопроводом, веду­ щим к нефтехранилищу.

Таким образом, существуют три наиболее характерных типа береговых при­ чалов:

фундаментальная конструкция в виде массивной набережной стенки и эста­ кады;

плавучий причал-баржа с эстакадой, соединяющей причал с берегом; отдельно стоящие опоры или эстакады облегченной конструкции, несущие

береговой нефтепровод.

Фундаментальный причал

На крупных речных нефтебазах наиболее распространен (например, Волго­ градской, Увекской и др.) стационарный железобетонный причал бычковой кон­

струкции.

Основной элемент причала — бычок, располагаемый на таком расстоянии от берега, при котором обеспечивается необходимая глубина для подхода нефте­ наливного судна. Вдоль линии причального фронта по обе стороны от бычка устраиваются отбойно-швартовные палы для швартовки и стоянки судов; с быч­ ками палы соединяются при помощи подвесных пешеходных мостиков (рис. 46).

114

5*

Рис. 46. Схема береговой нефтеперекачивающей станции:

железобетонный бычок с насосной станцией; 2 - надстройка для размещения пусковой аппаратуры; 3 швартовно-отбойные палы: 4 _ пешеходным мостик