Температурный режим резервуаров

Задача об изменениях температуры газового пространства резервуара под воздействием колебаний температуры внешнего воздуха, периодической солнечной радиации в строгой ее трактовке относится к области теории нестационарного теплообмена и решение ее связано с некоторыми трудностями. Отсутствие определенной закономерности изменений температуры внешнего воздуха и интенсивности солнечной радиации не позволяют выразить их характер точными уравнениями. Большие трудности возникают при исследовании нестационарного теплообмена внутри резервуара.

Приближенное решение задачи о колебании температуры в газовом пространстве резервуара было выполнено И. А. Чарным. Полученная расчетная формула оказалась весьма громоздкой и неудобной для практических расчетов. Поэтому она была преобразована в виде алгебраической суммы некоторых функций. Одна группа этих функций оказалась зависящей только от отношения площади боковой поверхности F_ст к площади крыши резервуара (рис. 5.3, а) F_кр , а другая — от долготы дня и широты местности (рис. 5.3, б). Чтобы исключить влияние долготы дня, последняя группа функций была вычислена дли наиболее длинного дня — дня летнего солнцестояния (22 июня)

Рис. 5.3. Графики функции f в уравнении (5.5)

Таким образом, были получены простые формулы для определения суточного колебания температуры газового пространства резервуара:

(5.5)

где f₁ ÷ f₈ ^— функции, определяемые по графикам, приведенным на рис. 5.3. Зная амплитуду колебания температуры в газовом пространстве резервуара ∆t_г, можно вычислить максимальную, минимальную и среднюю температуры. Как показывают наблюдения, амплитуда колебания температуры газа в резервуаре в летний период больше амплитуды колебаний воздуха ∆t_в. Однако минимальная температура газа t в резервуаре не может быть ниже минимальной температуры воздуха (t). Поэтому приближенно можно принять:

(5.6)

(5.7)

(5.8)

(5.9)

(5.10)

Температура верхних слоев нефтепродукта t может быть принята приблизительно равной средней температуре воздуха t. Поскольку испарение днем вызывает охлаждение поверхности нефтепродукта, а частичная конденсация паров ночью приводит к нагреванию поверхности нефтепродукта, то оба процесса стремятся к сохранению t_в.сл ≈ const.

Из экспериментальных данных амплитуда колебания температуры верхних слоев нефтепродукта, в среднем составляет Δt_в.сл ≈ (0,2÷0,4)Δt_г. Вышеприведенные рекомендации по определению температурного режима резервуаров применимы для ориентировочных расчетов по определению количества испаряющегося нефтепродукта в вертикальных стальных резервуарах.

2. Основы теории потерьтнефтепродуктов от испарения в резервуарах

Рассматриваемые основы теории потерь базируются на исследованиях П. В. Валявского и В. И. Черникина, которые с целью получения простых расчетных уравнений для подсчета потерь ввели следующие упрощающие положения:

1. концентрация паров испаряющегося в резервуаре нефтепродукта во всех точках газового пространства одинакова;

2. насыщение газового пространства резервуара парами испаряющегося нефтепродукта происходит мгновенно;

3. паровоздушная смесь в резервуаре строго подчиняется уравнению состояния газов и закону Дальтона;

4. предполагается, что резервуары (особенно крыши) абсолютно герметичны.

Положим, что в начальный момент времени в газовом пространстве резервуара (с легкоиспаряющимся нефтепродуктом) установились следующие параметры: объем V₁ абсолютная температура Т₁, давление р₁ и концентрация паров С₁. По истечении некоторого времени в результате одностороннего процесса все эти параметры изменились и соответственно стали равны V₂, T₂ , р₂ и С₂. Определим вес воздуха G₁ находящегося в газовоздушной смеси, заполнившей все газовое пространство резервуара до начала процесса.

На основании уравнения состояния газов

где R — газовая постоянная воздуха;

Заменяя R универсальной газовой постоянной , получаем

где М_в — молекулярный вес воздуха.

Тогда

В конце процесса вес воздуха (в газовом пространстве резервуара G₂) можно определить аналогично предыдущему уравнению:

Вес воздуха, ушедшего из резервуара вместе с паровоздушной смесью за время процесса через дыхательный клапан,

Вместе с воздухом в паровоздушной смеси из резервуара уйдет некоторое количество паров нефтепродукта.

Весовое количество нефтепродукта, ушедшего с паровоздушной смесью, определится из соотношения

где V_в, V_б — объемы воздуха и паров нефтепродукта в ушедшей из резервуара паровоздушной смеси; ρ_в и ρ_б — плотности воздуха и паров нефтепродукта в паровоздушной смеси.

Объемы газов в смеси по закону Дальтона пропорциональны их объемным концентрациям

где С = — средняя объемная концентрация Паров нефтепродукта в смеси.

Известно, что

Следовательно,

Подставляя найденные значения отношения объемов и молекулярных весов, получаем

Откуда

или

(5.11)

Уравнение (5.6) позволяет определить вес теряемых паров нефтепродукта в результате их испарения в резервуаре.

Уравнение потерь (5.11) удобнее всего выразить через допускаемые значения избыточного давления р₁ и вакуума р₂, а также через давление насыщенных паров, соответствующие температурам Т₁ и Т₂. Подставляя значения C₁=,C₂=иC=в (5.11), получаем

(5.12)

где p — давление насыщенных паров при температуре Т₁; р — давление насыщенных паров при температуре Т₂; р_у — среднеарифметическое значение давления насыщенных паров, т. е. р_у=

Для удобства расчетов давление в газовом пространстве целесообразно выразить через допускаемое давление в дыхательном клапане: р₁ = р_а - р_к.в; p₂ = p_а + р_к.д; p =. гдеp_к.в — вакуум; р_к._д — избыточное давление.

Тогда уравнение (5.12) может быть преобразовано в виде

(5.13)

где р_a — абсолютное атмосферное давление.

При практических расчетах давление насыщенных паров нефтепродуктов при различных температурах может быть найдено из графиков p_y = f(t), представленных на рис. 5.1.

Молекулярный вес бензиновых паров определяется эмпирической зависимостью

(5.14)

где М_б — молекулярный вес бензиновых паров в кг/моль; t_н._к — температура начала кипения бензина в °С.

Исследование уравнения (5.12) позволяет получить расчетные формулы в зависимости от характера «дыхания» резервуара и выявить условия, при которых потери от испарения могут быть ликвидированы частично или полностью.