книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

(11.21)

где Т3 - температура зеркала нефтепродукта; Тг п - температура га­

зового пространства резервуара; ориентировочно принимают

бгаз —высота газового пространства резервуара; Хэ —эквивалентный

коэффициент теплопроводности газовоздушной смеси

(11.23)

Хс - коэффициент теплопроводности газовоздушной смеси

Кож ~ коэффициент теплопроводности воздуха; Хп н - коэффициент

теплопроводности паров нефтепродукта; С, - содержание паров неф­ тепродукта в газовом пространстве резервуара.

При отсутствии данных о величине С! допускается принимать Хс~ Х^ .

Так как циркуляция жидкости в этом случае обусловлена разно­ стью плотностей нагретых и холодных частиц газовоздушной смеси, данный конвекционный теплообмен рассматривается как элемен­ тарное явление теплопроводности, характеризуемое коэффициентом конвекции ек = Хэ/ Хс, равным

Если при расчете по формуле (11.25) получается, что е к< X, то ек

принимается равным единице. В качестве линейного размера при вычислении параметра Gr в данном случае берут высоту газового пространства резервуара 8газ. Физические константы газовоздушной

смеси берут при ее средней температуре.

При отсутствии ветра коэффициент теплоотдачи от крыши в воздух а2к определяют по формулам (1 1 .20) или (1 1 .2 1 ) с учетом разности тем­

ператур Тк- . При наличии ветра коэффициент а2к можно опреде­ лить по формулам вынужденной конвекции или принять его равным а0.

Для резервуаров типа РВС при расчете внешней теплоотдачи Р.Ш. Латыповым рекомендовано пользоваться интегральным коэф­ фициентом теплоотдачи а ,, одновременно учитывающим теплоперенос как конвекцией, так и излучением. В результате обработки данных промышленных экспериментов получены следующие фор­ мулы для вычисления а, днем:

429

где Хн, Хю:л - коэффициенты теплопроводности соответственно не­

фти (нефтепродукта) и воздуха ; Нвзл, Нг - высота взлива жидкости в резервуаре и высота газового пространства; 10 - критерий, характе­

ризующий отношение теплового потока, получаемого стенкой за счет солнечной радиации, к конвективному потоку теплоты; - кине­ матическая вязкость воздуха; АТ - разность температур стенки (кры­ ши) и воздуха, ДТ = Тс- Т ^ ; ТВ(Ш- температура воздуха днем.

Величина 10 вычисляется по формуле

где i0- интенсивность солнечной радиации в полдень с учетом облач­

ности, определяемая по формуле (10.39); р ^ , Срвом - плотность и удель­ ная теплоемкость воздуха (табл. 1.5); Тс - температура стенки (кровли).

Расчеты интегрального коэффициента теплоотдачи в ночное время выполняются по следующим зависимостям:

- область жидкости

—область газового пространства (стенка и кровля)

430

Усредненная (за сутки) величина интегрального коэффициента теплоотдачи находится по формуле

после чего находится полный коэффициент теплоотдачи через соот­ ветствующую поверхность ( стенку, кровлю, днище) по формуле (11.4), в которой вместо а2ст+ а3ст подставляется а, .

При проведении ориентировочных расчетов для железнодорожных цистерн К,~7...9,3 Вт / (м2 • К), а для резервуаров =1,5...6 Вт/(м2 • К).

§ 11.2. Определение температуры подогрева нефтепродуктов

Конечная температура подогрева определяется условиями тех операций с нефтепродуктом, которые необходимо произвести. При осуществлении сливо-наливных операций темпе­ ратура подогрева должна обеспечивать всасывание нефтепродукта насосами и перекачку его на заданное расстояние или слив в задан­ ные сроки. Если нефтепродукт подогревается для его отстоя, то тем­ пература подогрева должна определяться из условия быстрого осе­ дания отстаиваемых частиц.

Минимально необходимая температура подогрева Tnoiimin при выкачке нефтепродукта из железнодорожных цистерн, нефтеналив­ ных судов или резервуаров с помощью насосов зависит от их всасы­ вающей способности и может быть найдена по формуле

где u - коэффициент крутизны вискограммы; m, p - характеристики режима движения; Q — подача насоса; v.-известная вязкость нефте­ продукта при температуре Т .; С, d - длина и внутренний диаметр

трубопровода; Дг —поправка, учитевающая неизометричность потока (Дг = 1... 1,05 при турбулентном режиме, Дг = 1,4..Л,6 при ламинарном режиме); —всасывающая способность насоса; AL —разность гео­

дезических отметок приемного патрубка емкости и насосной. Температура подогрева мазутов не должна превышать 363 К,

а масел - 333 К. Для остальных нефтепродуктов она должна быть ниже температуры вспышки их паров в закрытом тигле не менее, чем на 25 градусов.

431

При самотечном сливе нефтепродуктов из вагонов-цистерн сле­ дует пользоваться рекомендациями «Норм технологического проек­ тирования предприятий по обеспечению нефтепродуктами (нефте­ баз)», приведенными в табл. 1 1 .1 .

Таблица 11.1

Перечень нефтепродуктов, требующих подогрева при сливе

432

433

определяют по формуле (11.33), данным, приведенным в табл. 11.1, или на основании опыта эксплуатации. Для большинства вязких или высокозастывающих нефтепродуктов при хранении не рекомендует­ ся допускать образования твердой (застывшей) корки на стенках ем­ кости. В этом случае GT = 0 и Q2 = 0. Если продолжительность ох­

лаждения была значительной и на стенках образовалась застывшая корка нефтепродукта, связь между временем образования корки неф­ тепродукта и ее толщиной определяют по выражению

gP

диаметр емкости; d0 - внутренний диаметр образовавшейся корки

отложений; X, - коэффициент теплопроводности материала стенки емкости, изоляции и т.д.; Dj+1, dj - наружные и внутренние диамет­ ры емкости, тепло- и гидроизоляции и т.д. (кроме отложений).

Если емкость не имеет тепловой изоляции, то, пренебрегая рядом слагаемых вследствие их малости, получаем упрощенную формулу

где X - толщина отложений.

Толщину застывшей части нефтепродукта в зависимости от вре­ мени охлаждения тмст определяют из формул (11.38) или (11.39), а затем по этим данным рассчитывают GTи Q2.

При определении потерь в окружающую среду полный коэффи­ циент теплопередачи К вычисляют для различных емкостей по фор­ мулам (11.3)...(11.32).

Средняя разность температур между нефтепродуктом и окружа­ ющей средой ДТ= Т - Т0, где Т0 - температура окружающей среды, определяемая по формуле ( 1 1 .2 ) или принимаемая равной темпера­

туре воздуха; Т —переменная температура нефтепродукта, изменяю­ щаяся от Тн до Тк [при расчетах выбирают среднее значение этой температуры по формулам (11.8) или (11.9)].

Расчет теплообменных аппаратов может проводиться по двум ва­ риантам: либо для определения поверхности нагрева теплообменника, либо для установления возможности использования данного теплооб­ менного аппарата в данных конкретных условиях, т. е. возможности

435

получения заданной температуры нагрева. В первом случае (при про­ ектировании теплообменника) должны быть известны температуры теп­ лоносителя и нефтепродукта, во втором - задан тип теплообменного аппарата и площадь его поверхности нагрева, а также температура теп­ лоносителя и начальная температура нефтепродукта.

При расчете теплообменных аппаратов основным уравнением является следующее:

где QT— количество тепла, переданного теплоносителем через теплообменный аппарат нагреваемой среде в единицу времени; К ,- коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата (от теплоно­ сителя к нагреваемой среде); FTповерхность нагрева теплообмен­ ного аппарата; ДТсрсреднелогарифмическая разность температур теплоносителя и нагреваемой среды.

Расчет трубчатых подогревателей Для подогрева нефтепродуктов часто применяют трубчатые по­

догреватели различных конструкций. Диаметр трубок теплообмен­ ного аппарата должен быть не менее 20 мм. Наиболее дешевый теп­ лообменник получается при длине трубок 5...7 м. В связи с этим предварительно выбирают основные размеры теплообменника, а за­ тем проводят расчет отдельных коэффициентов.

Коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата опреде­ ляют по выражению (7.9). При использовании в качестве теплоно­ сителя водяного пара коэффициент теплоотдачи от пара к внутрен­ ней стенке трубы а 1П=3500... 11600 Вт/(м2- К). При выборе других теплоносителей эту величину рассчитывают по критериальным урав­ нениям. Коэффициент теплоотдачи а2п от наружной поверхности трубок теплообменника в нагреваемую среду при свободной конвек­ ции определяют по формуле (11.7) а при вынужденном движении нагреваемой среды —по формулам вынужденной конвекции:

- для ламинарного режима (при Ren<2 103)

— для турбулентного режима при продольном обтекании греющих труб (при Ren >104)

436

- для других случаев вынужденного движения жидкости (Ren>103)

где С[, п ,- постоянные коэффициенты, зависящие от условий обте­ кания труб (при Ren>103, С, = 0,56, п,= 0,5 для поперечного обтека­ ния одиночной трубы, «коридорного» и «шахматного» пучка труб).

В формулах (11.41)...(11.44) определяющим размером является диаметр трубы теплообменного аппарата, определяющей температу­ рой - температура нефтепродукта Тп, стенки трубы Тст и средняя температура Тср, равная 0,5 (Тп+Тпар), где Тп - температура нефте­ продукта; Тпар - температура пара. Формулы (11.41)...(11.43) приме­ нимы для каналов, имеющих различную форму поперечного сече­ ния. В этом случае за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр d3 = 4F/I1, где F - площадь поперечного

сечения канала; П - периметр, обтекаемый потоком. Например, для теплообменного аппарата типа «труба в трубе» при П = 7t(D+d) F = 0,25л (D2 - d2), d3=D - dH, где D - внутренний диаметр наруж­

где АТ! —наибольшая разность температур между теплоносителем и нагреваемой средой, АТ, = Тт -Т н ; ДТ2 - наименьшая разность тем­

ператур между теплоносителем и нагреваемой средой, АТ2 = Тт- Тк; Тт , Tj —температура теплоносителя соответственно на

входе и на выходе из теплообменника.

Если в качестве теплоносителя применяют насыщенный водяной пар, имеющий низкие параметры, то конденсация его в теплообмен-

437

ном аппарате происходит при постоянной температуре, т.е. Тт = Тт . При отношении АТ, /АТ2 < 2 среднелогарифмический напор мо­

жет быть заменен среднеарифметической суммой

Зная количество тепла, которое должно быть выделено теплооб­ менным аппаратом в единицу времени, коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к нагреваемой среде и температурный напор, из формулы (11.39) определяют поверхность нагрева теплообменника или при известной поверхности нагрева температуру нагрева нефте­ продукта. При теоретических расчетах очень трудно учесть влияние накипи и грязи, которые резко снижают коэффициент теплопереда­ чи теплообменного аппарата, поэтому найденную величину поверх­ ности нагрева обычно увеличивают. Это увеличение из-за уменьше­ ния коэффициента теплопередачи редко превышает 40%.

Расход теплоносителя, необходимого для подогрева данного ко­ личества нефтепродукта, определяют по формуле

где in —удельная энтальпия теплоносителя на входе в теплообменный аппарат, in = Ср • T^.;iK удельная энтальпия теплоносителя на выходе из подогревателя, iK= Ср -ТК;СР -Ср - удельная теплоемкость тепло­ носителя соответственно на входе в подогреватель и на выходе из него.

Справочные данные о термодинамических свойствах некоторых теплоносителей приведены в табл. 1 1 .3 .

438