Значения величин с и n в формуле (6.10)

Reв	с	n
5-80 80-5000 5000-50000 > 50 000	0,810 0,625 0,197 0,023	0,40 0,46 0,60 0,80

при скоростях воздуха от 2 до 30 м/с. Внешний коэффициент теплоотдачи трубопроводов, расположенных в помещениях или каналах и защищенных, таким образом, от ветра, вычисляется по формулам свободной конвекции:

где А — коэффициент, зависящий от диаметра трубы d₂. Так,

d2, мм	50	100	200	>200
А	1,94	1,80	1,73	1,73

Формула (6.10) не учитывает теплоотдачу радиацией, а потому применима при небольшой разности температур (t_ст — t_в), т. е. примерно до 15° С. При значительных перепадах температур необходимо учитывать дополнительную теплоотдачу радиацией

(6.11)

где α₃ — коэффициент, учитывающий теплоотдачу радиацией; ε_ст — степень черноты поверхности стенки (ε_ст = 1 при черной поверхности; ε_ст = 0,8 ÷ 0,95 при красной, зеленой и серой поверхности; ε_ст = 0,7 при алюминиевой поверхности); С_s — постоянная Планка, равная C_s = 5,76 Вт/(м²·К⁴).

Вычисления α₂ по формулам (6.10) и (6.11) ведут методом последовательного приближения. Для ориентировочных расчетов можно принять: для наземных трубопроводов k ≈ 10·10^-3 кВт/(м²·°С); для подводных трубопроводов k ≈ 12·10^-3 кВт/(м²·°С).

Падение температуры нефтепродуктов при движении по трубопроводам

Для удобства вывода уравнений расчета конечной температуры в «горячем» трубопроводе рассмотрим раздельно основные способы теплообмена между нефтепродуктом и окружающей средой. Примем, что во всех случаях рассматриваются стационарный тепловой и гидравлический режимы.

Теплообмен между предварительно нагретым нефтепродуктом и окружающей трубопровод средой

При перекачке вязких и застывающих нефтепродуктов их предварительно подогревают для снижения вязкости, а следовательно, и для уменьшения гидравлических сопротивлений в трубопроводах. Особенно большой эффект дает снижение вязкости при ламинарном режиме, так как гидравлические сопротивления при этом изменяются пропорционально первой степени вязкости, а в турбулентных потоках — пропорционально вязкости в степени 0,25. Охлаждение движущегося по трубопроводу нефтепродукта при ламинарном режиме происходит менее интенсивно. Поэтому температуру подогрева нефтепродукта перед перекачкой (t_н) желательно выбирать таким образом, чтобы получить ламинарный режим.

Вязкий нефтепродукт, подогретый до температуры t, двигаясь по трубопроводу, отдает тепло в окружающую среду. Тепловые потери dq элементарно малого участка трубопровода длиной dL в единицу времени вычисляют по формуле

где k — полный коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду; dF — площадь охлаждения трубы длиной dL

t — переменная температура нефтепродукта; t_о — температура окружающей среды; d — диаметр трубопровода.

Пройдя участок dL, нефтепродукт охладится на dt градусов и потеряет количество тепла, равное Gcdt (где G — весовой расход нефтепродукта; с — весовая теплоемкость).

При движении нефтепродукта в трубопроводе выделится тепло, эквивалентное работе трения потока,

где i — гидравлический уклон трубопровода; Е — механический эквивалент тепла.

Тепловой баланс участка трубопровода длиной dL равен

Это уравнение можно представить в следующем виде, удобном для интегрирования:

Обозначим:

Проинтегрировав вышеприведенное уравнение от t_н до t_к (где t_н и t_к — температуры нефтепродукта в начале и в конце трубопровода) при k = const, получим

откуда

или

(6.12)

Для технологических трубопроводов нефтебаз в большинстве случаев можно принять aL « 1. Тогда, разлагая e^aL в степенной ряд

и удерживая первые два члена ряда, вместо уравнений (6.12) получаем уравнение

(6.13)

Во многих случаях можно пренебречь теплотой трения. Тогда при b = 0 в исходном уравнении получим

откуда (6.14)

Уравнение (6.14) впервые получено акад. В. Г. Шуховым.

Сравнивая уравнения (6.13) и (6.14), легко определить прирост температуры Δt_тот трения потока при движении в трубопроводе

(6.15)

В начале трубопровода Δt_т = 0, так как L = 0, а в конце трубопровода при L →∞ имеем: Δt_max= b.

При вычислении значений b следует иметь в виду, что гидравлический уклон i «горячих» трубопроводов непрерывно возрастает по длине трубопровода вследствие увеличения вязкости нефтепродукта при охлаждении. Поэтому вычисление b следует вести при i_cp, что применимо для коротких нефтебазовых трубопроводов.

При перекачке парафинистых нефтей, имеющих высокую температуру застывания, следует учесть, что при снижении температуры потока до t_н.п, при которой начинается выделение твердого парафина, часть тепловых потерь будет тгокрываться за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации парафина н.

Процесс охлаждения парафинистых нефтей, двигающихся по трубопроводу, можно разделить на две стадии. В течение первой стадии до длины L₁температура нефти падает от температуры t_н.п

На длине L₁ тепловой расчет нефтепровода следует вести по формуле (6.14). Вторая стадия охлаждения сопровождается кристаллизацией парафина, и тепловой расчет следует вести по уравнению

(6.16)

Здесь ε — количество парафина в частях единицы, выпадающего из нефти при понижении температуры от t_н._п до t_к (ε определяется лабораторным способом).