Тепловой расчет при внутреннем путевом подогреве нефтепродукта в трубопроводе

В периодически действующих трубопроводах, перекачивающих высоковязкие и парафинистые нефти и нефтепродукты, при продолжительной остановке поток может застыть и полностью закупорить сечение трубы. Вытолкнуть застывший нефтепродукт часто бывает невозможно и во избежание этого внутри трубопровода помещают греющую трубу-теплоноситель, все теряемое тепло которого полностью передается нефтепродукту. Поэтому внутренний подогрев обладает более высоким к. п. д.

На нефтебазах теплоносителем чаще всего является водяной пар. По отношению к теплоносителю нефтепродукт может двигаться прямотоком или противотоком.

Паровой внутренний подогрев эффективен только для сравнительно коротких трубопроводов, имеющих предельную длину L_c, рассчитанную с учетом гидравлических сопротивлений двухфазных потоков. Если предельная длина паропровода больше рассчитанной, пар вводится с двух сторон, а конденсат отводится от середины паропровода.

Для решения задачи о падении температуры нефтепродукта в трубопроводах с паровым внутренним подогревом выберем элементарно малый участок нефтепровода dL и составим уравнение теплового баланса (рис. 6.9).

Рис. 6.9 Внутренний путевой обогрев трубопровода.

Тепло, теряемое паром в единицу времени,

За это время нефтепродукт получит тепло

Теплопотери в окружающую среду составят

Здесь k_п-н — полный коэффициент теплопередачи от пара к нефтепродукту; k_н-о — полный коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду; G — весовой расход нефтепродукта; t_о — температура окружающей среды; индексы при буквенных обозначениях относятся: «1» — к теплопроводу,.«2» — к трубопроводу, н — к началу трубопровода, к — к концу трубопровода.

Примем температуру пара t₁ = const. Тогда

или

Обозначив через

и

получим

Отсюда

или

Искомое значение конечной температуры нефтепродукта в трубопроводе

или

(6.17)

Тепловой расчет при внешнем путевом подогреве нефтепродуктов в трубопроводе

Внутренний путевой подогрев обладает серьезными недостатками, ограничивающими его применение:

1. внутренняя труба с протекающим по ней теплоносителем подвержена значительным температурным напряжениям, компенсировать которые сложно;

2. ремонтировать внутренний подогреватель и обнаруживать места повреждений довольно трудно;

3. внутренний трубопровод уменьшает поперечное сечение внешнего трубопровода и тем уменьшает его производительность.

Конструкция внешнего подогрева не имеет отмеченных недостатков и, как более надежная в эксплуатации и более простая конструктивно, получила широкое распространение.

При проектировании трубопроводов с внешним обогревом чаще всего требуется выполнить условие постоянства температуры предварительно разогретого нефтепродукта. Для выполнения условия t_н = t_к = t_н-п = const необходимо, чтобы температура воздуха внутри теплоизолирующего кожуха была бы постоянной. Тогда полный расход тепла, получаемого от путевого подогревателя, пойдет на покрытие тепловых потерь:

(6.18)

где k_т-н — полный коэффициент теплопередачи от теплоносителя к нефтепродукту, вычисляемый из условия, что температура внутри кожуха выравнивается благодаря конвекции воздуха. Поэтому можно принять, что воздушная прослойка не оказывает сопротивления тепловому потоку и значения α₁ и α₂ для вычислений k_т-н определяются по формулам (6.4) и (6.9); d₂ — внешний диаметр теплопровода; t_т, t_н-п, t_о — температуры теплоносителя, нефтепродукта и окружающей среды; D — внешний диаметр кожуха; k_т-о — полный коэффициент теплопередачи от теплоносителя в окружающую среду, вычисляемый по приведенным выше формулам в зависимости от окружающей среды (воздух, грунт).

При укладке трубопровода в канал тепловой расчет ведется также по уравнению (6.18) с той лишь разницей, что в правой части вместо πDL следует подставить полную поверхность охлаждений канала.

В тех случаях, когда трубопровод работает периодически и перекачивает высоковязкий нефтепродукт, то назначение путевого подогрева может быть ограничено лишь созданием внутри трубопровода «горячего» пристенного слоя толщиной δ. Расчет количества тепла следует вести по уравнению (6.2), в котором вместо t_cp следует принять t_т, а величину G — приравнять к расходу «горячего» пристенного слоя