Расчет трубчатых подогревателей

При известном значении суммарного теплового потока q поверхность нагрева трубчатых подогревателей f находят из формулы

где k_т — полный коэффициент теплопередачи от теплоносителя к нефтепродукту

(6.57)

α₁ — коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке трубы подогрвателя (вынужденная конвекция).

Для практических расчетов при использовании в качестве теплоносителя насыщенного пара α₁ ≈ 3,5 ÷ 11,6 кВт/(м²·°С), а коэффициент α₂ рассчитывают по формуле (6.21), в которой за определяющий параметр принимается диаметр трубы.

В формуле (6.57) величины d_i+1 и d_i — внешний и внутренний диаметры трубы с учетом загрязнений на трубах от накипи и грязи, выпадающей из нефтепродукта; — средний коэффициент теплопроводности металла труб и загрязнений.

При расчетах можно принять для накипи λ_н ≈ 0,23 ÷ 0,81 Вт/(м·°С); для нефтяной грязи λ_н._г ≈ 0,47 Вт/(м·°С).

Обычно α₂ значительно меньше α₁ поэтому слагаемым l/α₁d₁ в уравнении (6.57) вследствие малой величины можно пренебречь.

Поскольку практически невозможно учесть толщину накипи и загрязнения, то при расчетах k_т принимают, что эти отложения снижают k_т на 40%. Следовательно, для насыщенного пара k_т ≈ 0,6α₂; θ_т._н — средняя разность температур между теплоносителем и нефтепродуктом

(6.58)

где t и t— начальная и конечная температуры теплоносителя;

t и t— начальная и конечная температуры нефтепродукта.

Зная площадь подогревателя и задаваясь диаметром, можно определить полную длину трубы подогревателя

(6.59)

При конструировании трубчатых подогревателей следует иметь в виду, что по мере отдачи тепла теплосодержание пара падает и происходит частичная его конденсация. Это обстоятельство приводит к резкому увеличению гидравлических потерь в трубах подогревателя. Поэтому полученная по формуле (6.59) длина подогревателя должна быть меньше предельно допустимой l_np, полученной в результате совместного решения уравнений теплопередачи и гидравлических сопротивлений

(6.60)

где d — внутренний диаметр трубы подогревателя в м; δ — толщина стенки трубы в м; λ_см — коэффициент гидравлического сопротивления в трубах при движении пароводяной смеси; Δр — потери давления в трубе пароподогревателя в Па; ρ', ρ" — плотности конденсата и насыщенного пара в кг/м³; i_п и i_к — соответственно энтальпия пара и конденсата в Дж/кг; k — коэффициент теплопередачи от пара к нефтепродукту в Вт/(м²·°С).

Если l > l_пр, то конструкцию подогревателей выполняют из нескольких параллельно включенных секций. Тогда число секций п = l/l_пр.

Весовой расход пара на подогрев

Расчет трубчатых подогревателей для транспортных емкостей аналогичен расчету подогревателей в стационарных резервуарах и отличается лишь значениями полного коэффициента теплопередачи.

Расчет электроподогрева

Полное количество тепла, отдаваемое электронагревателем в единицу времени, определяется законом Джоуля—Ленца:

(6.61)

Зная q и напряжение, можно определить силу тока

и сопротивление электроподогревателя

Если все проводники в грелке соединены параллельно, то при N параллельных проводниках

где r — сопротивление одного параллельного проводника

ρ_t — удельное сопротивление металла проводника при температуре нагрева t_п

и — термический коэффициент сопротивления металла проводника.

Подставляя значение r, получим сопротивление электроподогревателя, при N параллельно соединенных проводниках:

где l — длина параллельно соединенных проводников площадью поперечного сечения f.

Количество тепла, которое передается с поверхности электроподогревателя нефтепродукту, может быть выражено и через уравнение теплопередачи

где F — площадь всех проводников подогревателя.(6.62)

Средняя температура нагрева нефтепродукта t_cp — 1/2 (t_н + t_к).

Подставив значения R и F в (6.62) и решив это уравнение относительно диаметра проводника, получим

(6.63)

Для ленточных проводников при толщине ленты а и ширине b имеем:

(6.64)

где т = b/а (обычно т колеблется в пределах от 3 до 12).

Ленточные проводники выгоднее круглых, так как при одинаковом поперечном сечении теплоотдающая поверхность их больше. Но конструктивным соображениям обычно применяют более прочные круглые проводники. При использовании электроподогревателей для разогрева масел следует учесть, что температура поверхности проводника t_п должна быть ниже температуры коксования массы, иначе масло резко ухудшит свои кондиционные качества — цвет, механические примеси и др.

Мощность электронодогревателя можно регулировать переключением фазовых сопротивлений на треугольник W_тp., звезду W_зв и двойную звезду W_дв.зв.. Мощности электроподогревателей, соединенных подобным образом, относятся между собой, как

Для более равномерного распределения теплового потока по всей массе нефтепродукта требуемую поверхность нагрева осуществляют в трех подогревателях, один из которых помещают в центре под люком цистерны, а два — по бокам, ближе к торцам. При таком конструктивном решении каждый электронагреватель рассчитывается на одну треть требуемого общего теплового потока.