книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

1,64-106 -0,060

43,8м2

25,5-88,1

48. По табл. 11.4 выбираем подогревательные элементы ПЭ-6 с поверхностью нагрева 4,58 м2. Для обеспечения заданного теплового потока в течение длительного времени эксплуатации резервуара, когда внутренняя и внешняя поверхности теплообменного аппарата по­ крываются накипью и осадками из нефти, расчётную поверхность теплообмена увеличиваем на 30 %, т.е. F=FT-1,3=43,8-1,3=60 м2. Со­ ответственно расчётное число подогревательных элементов

60 4,58 = 13,1 шт.

Принимаем к установке 14 секций ПЭ-6, которые монтируем с уклоном 0,005.

49.По табл. 11.3. для давления 0,39 МПа находим удельную эн ­

Пример 11.3. Определить вероятную температуру автола А К -15 в железнодорожной цистерне вместимостью 50 м3 после 4 сут его транс­ портировки. Характеристика цистерны: диаметр котла D = 2,6 м, длина котла L = 2,6 м, поверхность котла F = 87 м2. Средняя ско­ рость движения цистерны о п =35 км/ч, средняя скорость ветра овет = 5 км/ч, средняя температура воздуха на всем пути следования Твом = 253 К. Автол заливают в цистерну при 333 К. Характеристика автола: удельная теплоёмкость ср = 1826 Дж/(кг-К), теплопровод­ ность Хн = 0,1256 Вт/(м-К).

Зависимость кинематической вязкости и плотности автола АК-15 от температуры

Решение 1.Масса автола в цистерне

G = 50 927 = 46350 кг. 2.Определяем среднюю температуру автола

471

п0,001242

6.Произведение параметров

(Gr • Рг)п = 1,6711 • 104 • 2,29 • 106 = 3,82 • 1010.

7.По формуле (11.7) находим

8.Из табл. 1.5 определяем параметры воздуха при Т0 = 253 К; А.ВОЗд=0,02256 Вт/(м- К) . К ин е ма ти ч ес к ая вязкость воздуха vB0M= 11,2* 10-6 м2/с найдена в п.19 примера 11.1

9.Число Рейнольдса при движении цистерны ( ивозд = 35 + 5 = 40 км/ч)

40-103 -2,6

= 2,42-10б.

3600-11,2-10-6

10.По формуле (11.16) вычисляем

а2ст = 0 ,0 3 2 - 5 ^ 5 ? ^ .(2 ,4 2 -ю 6)0'8 = 9 ,62В т/(м 2 -К).

9,6

11.Полагая, что железнодорожная цистерна окрашена желтой

масляной краской, находим, что степень черноты стенки ест =0,94. 12. По формуле (11.12) определяем

0 ^ = 0 ,9 4 - 5 ,768--^614~ 2’534 =3,56В т / ( м2 -К).

2 61 -253 v >

472

13.Пренебрегая термическим сопротивлением металлической стенки железнодорожной цистерны, по формуле (11.4) определяем коэффициент теплопередачи от автола в воздух

3^33 + 3,56+9,62

14.Проверяем правильность выбора температуры стенки цистерны по формуле (11.11)

Результат вычисления совпал с температурой, которая задавалась в начале расчёта.

Пример 11.4. Используя данные и результат примера 11.3 необ­ ходимо рассчитать электрогрелку для разогрева автола АК-15 при его сливе в пункте назначения. Слив осуществляется самотёком в «нулевой» резервуар. Время на разогрев и слив автола из цистерны равно 6 ч. Конечная температура подогрева автола 313 К.

Решение 1. По формуле (11.33) определяем полезно затрачиваемое тепло

Q, = 463 50 • 1826 • (313 - 284,1)) = 2,446 • 109 Дж.

2. Вычисляем среднюю температуру автола в процессе подогре-

313 -253 ва. Так как --------------- <2, то по формуле (11.8) определяем

284,1-253

Тп = 0,5 (313+284,1) = 298,5 К. 3.Задаемся температурой стенки цистерны Тст =263 К.

4.Находим характеристики автола при средней температуре ав­ тола и стенки цистерны:

Р29в = 923кг /м 3,р 263 = 945 к г/м 3;(3298 = 647-10“6l/K ;v 29g = 0,00069м2/с,

v 263 = 0,0982м2 / с.

473

12.По формуле (11.4), пренебрегая термическим сопротивлени­ ем стенки котла цистерны, вычисляем коэффициент теплопередачи от автола в воздух

К = К „ = — --------— -------- =2,566Вт/(м2 • к).

3,665 + 4,84+3,72

13.По формуле (11.11) проверяем правильность выбора темпе­ ратуры стенки цистерны

474

Так как принятое значение Тст = 263 К значительно отличается от вычисленной величины (Тст = 266,6 К), то произведем перерасчет,

Дальнейшего уточнения температуры стенки цистерны не про­ изводим, так как значение, полученное расчётом, близко к значе­ нию Тст, которым задавались во второй раз.

20.Так как в автоле нет парафина, то Q2 = 0.

21.По формуле (11.35) определяем потери тепла в единицу вре­

мени в окружающую среду

Q3 = 2,76 -87 -(298,5 —253) = 10925Вт.

475

22. По формуле (11.36) находим среднее количество тепла, кото­ рое должен выделить электроподогреватель в единицу времени,

2,16 -104

23.Принимаем, что в цистерне будет установлено три электро­ грелки. Мощность одной электрогрелки должна быть 41,4 кВт. Так как мощность электрогрелки более 10 кВт, то применяем трехфаз­ ный ток напряжением 380 В.

24.По формуле (11.51) находим силу тока в электрогрелке

41,4 • 103

36,ЗА.

380-3 25.Определяем сопротивление нагревателя по закону Ома (при

условии соединения проводников треугольником)

380

R= — —— = 10,46Ом. 36,316

26.Принимаем, что электрогрелка состоит из трех проводников, т.е. п=З.Температура воспламенения автола около 473 К. Коэффи­ циент теплоотдачи от греющей проволоки к автолу принимаем рав­ ным 140 Вт/(м2,К). В качестве нагревательного материала применя­ ем нихромовую проволоку, сопротивление которой вычисляем по формуле (11.56),

1Т. =1,1-(0,9727 + 0,0001 • 463) = 1,120м • мм2 / м.

27. По формуле (11.59) определяем диаметр проволоки нагревателя

По государственному стандарту выбираем диаметр проволоки, равный 1,5 мм, площадью сечения 1,766 мм2.

28.По формуле (11.61) проверяем допустимую плотность тока. Для нихрома она не должна превышать 107 А/мм2:

j = ^ - 106 = 20,6 1 06A/M2.

1,766

Так как плотность тока превышает допустимую, увеличиваем диа­ метр проволоки до 2,2 мм (площадь поперечного сечения 3,8 мм2). Тогда

36,3

•106 = 9,56-10бА /м 2

3,8

476

29.По формуле (11.55) определяем длину проволоки одного про­ водника электрогрелки

10,46-3 -3,8

106,5м.

U 2

30,Проволока наматывается на керамические стержни диамет­ ром dK= 75 мм. Расстояние между осями витков для предотвраще­ ния местных перегревов принимается равным полутора-двум диа­ метрам проволоки. Находим число витков одного проводника

Вычисляем длину керамических стержней электрогрелки при расстоянии между витками 5В= 4 мм .

£к = п в5в =452,23-4 = 1802мм.

Принимаем к установке одного проводника три керамических стержня длиной по 600 мм. На три параллельных проводника будет приходиться девять таких стержней. Располагаем их по кругу между двумя дисками так, чтобы между стержнями было расстояние, рав­ ное примерно диаметру стержня. В этом случае диаметр расположе­ ния стержней должен быть около 250 мм, а диаметр всего электро­ подогревателя не более 350 мм при длине около 800 мм с учетом всех устройств, необходимых для установки подогревателя в цистер­ ну. В одной цистерне необходимо установить три электрогрелки.

Пример 11.5. Определить необходимую линейную мощность элек­ троподогрева для поддержания постоянной температуры нефти Тн=323 К в трубопроводе диаметром 273x8 мм и длиной 10 км. Неф­ тепровод покрыт тепловой изоляцией из пенополиуретана ППУ-30 с характеристиками:

р3 = 130кг/м 3Д 3 = 0,052В т/(м -К );С р3 = 780Д ж /(кг-К ).

Толщина тепловой изоляции 8ИЗ = 60мм. Температура окружаю­ щей среды Т0 = 252К. Плотность нефти при 293 К равна 885 кг/м3.

Решение 1. Плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности

нефти при температуре перекачки по формулам (1.1), (1.5), (1.6):

477

Ср| = ^ - = ( 7 6 2 + 3,39-323) = 1970 ^

Из табл. 11.5 видно, что для нагрева могут быть использованы все три типа электронагревательной ленты.

Пример 11.6. Для условий предыдущего примера рассчитать про­ должительность нагрева нефти до температуры, обеспечивающей её вытеснение из трубопровода под максимальным давлением, которое развивают насосы, Р = 5 МПа. Зависимость начального напряжения

3.Необходимое время нагрева пристенного слоя нефти при рас­ четной линейной мощности электроподогрева по формуле (11.65)

478

3,14 • (0,273 - 2 ■8) • (316,5 - 252) • (^/0,15 -1970 - 859 + ^0,052 • 780-130 )

= 271331с = 75,4ч.

Таким образом «замороженный» трубопровод удалось бы запустить только после 3-х суток прогрева.

Пример 11.7. Определить минимальные размеры и компенсиру­ ющую способность П-образных компенсаторов наземных трубопро­ водов, приняв для изготовления заводские колена.Расчет выполнить для труб диаметрами 57 (3), 89 (3,5), 108 (4), 159 (4,5) 219 (6), 273 (7), 325 (6), 351 (8), 377 (8) и 426 (9) мм. В скобках указана толщина стенок труб.

Суммарное допускаемое напряжение материала труб [а] = 68,67МПа.

Решение Вычисление покажем на примере трубдиаметром 351 мм (5 = 8мм).

1.Выпускаемые промышленностью колена имеют радиус кри­

визны R = (2...8)D H. Примем колена радиусом

R= 2D„ =2-351 = 702мм.

2.Прямые вставки на полке и вылете компенсаторадолжны быть не меньше 5DH, т.е. Ь’ = 5 D„ = 5*351 = 1755 мм; llK=5De =5*351 =

1755 мм. Тогда ширина полки b = Ь' + 2 R = 1755 + 2*702 = 3159 мм. Соответственно вылет компенсатора LK= Ьж+ 2 R =1755 + 2*702 = 3159 мм. Следовательно, m = Le/Ь = 1.

3.По формуле (11.75) определим компенсирующую способность одного компенсатора

315,9= U A .- 2 0 ,601 -^ .35,1 У 6867 (1+ 6-1)

откуда Ас=4,42 см.

Для других диаметров результаты вычислений приведены в табл. 11.6. Компенсаторы этих размеров рекомендуется устанавли­ вать на открытых местах. В стесненных условиях, особенно, когда требуется большая компенсирующая способность, приходится при­ менять сварные или гнутые колена и сокращать длину прямолиней­ ных участков (на полке компенсатора прямолинейный участок мо­ жетотсутствовать).Для того, чтобы уменьшить размеры коштенотора, необходимо увеличивать ш. На рис. 11.1 графически был определен

т

Таблица 11.6

Минимальные размеры и компенсирующая способность П-образных компенсаторов наземных трубопроводов

вылет П -образного компенсатора для тубы диаметром 325 мм (5 = 8мм) при заданной компенсирующей способности А = 110мм.

При принятом значении ш = 3 получается необходимый вылет LK= 2,91 м. Ширина компенсатора b = Ц/m = 2,91: 3 = 0,97 м, т.е. на полке прямолинейный участок будет практически отсутствовать.

Пример 11.8. Рассчитать Z -образный компенсатор «горячего» тру­ бопровода около насосно-тепловой станции (НТС) при следующих условиях: DH= 720 мм, 5 = 10 мм (d = DH25 = 700 мм), Е = 20,601 • 104 МПа, а р = 0,000012 1/К, нормативное сопротивление металла из ус­ ловия достижения предела текучести R!| =412,02М Па, рабочее дав­ ление в трубопроводе р = 6,28 МПа, расчетный перепад температур между нефтепродуктом и грунтом АТ = 90 К; коэффициент условий работы ш = 0,9, коэффициент перегрузки по давлению п = 1,15, ко­ эффициент безопасности по материалу труб К 2 = 1,15, коэффициент надежности К н = 1. Прилегающий к компенсатору участок трубопро­ вода засыпан рыхлым грунтом —Н = 1 м до верха образующей трубы, Prp = 1400кг /м 3, угол естественного откоса грунта фф= 15°, обобщен­ ный коэффициент касательного сопротивления грунта Схо = 1,86-10б Па/м, расчетное удельное сцепление грунта Сф = 981 Па, коэффици­ ент перегрузки для грунта пф = 0,8. Исходные данные для расчета приняты в соответствии с категорией трубопровода по СНиП.

Решение

1.Площадь поперечного сечения стенки трубы

F = • (0,722 - 0, Т ) = 0,0223м2

2. Момент инерции сечения трубы

I = i H D“ _d4) = ^ ' ( 0’724~0’74) = 0’14M 0’2M4

480