Студопедия — И слив вязких и застывающих нефтепродуктов
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

И слив вязких и застывающих нефтепродуктов






Группа нефтепродукта Кинематическая вязкость при 323 К, мм2 Температура застывания, К Время разогрева и слива груза, ч
  36 – 117 258 – 273  
  118 – 190 274 – 288  
  199 – 305 289 – 303  
  Свыше 305 Свыше 303  

 

Среднюю расчетную температуру нефтепродукта tcp определяют по формуле

при (9.19)

где и – начальная и конечная температура нефтепродукта, °С; – температура окружающей среды, °С.

Температура окружающей среды для наземных и полуподземных резервуаров

(9.20)

где и – температура грунта и воздуха, окружающих резервуар;

и – поверхности резервуара, соприкасающиеся с грунтом и воздухом.

Тепловой поток (мощность, Вт) необходим для разогрева всей массы нефтепродукта

(9.21)

где – расход тепла, затрачиваемый на потери тепла в окружающую среду.

Поверхность нагрева трубчатых подогревателей (м2) определяют по формуле

или (9.22)

где F – поверхность нагрева подогревателя; Ф – тепловой поток, кДж/с;
– коэффициент теплопередачи от пара (или другого теплоносителя) к нефтепродукту; ТТН – средняя разность температур между теплоносителем и нефтепродуктом, °С (средний температурный напор); – время разогрева нефтепродукта; и – температура пара и конденсата, °С.

Общую длину L трубы подогревателя при принятом диаметре d находим из выражения

(9.23)

и, соответственно, число секций n при длине труб в секции l

(9.24)

Массовый расход m пара (кг/c) на подогрев нефтепродукта

(9.25)

где и – соответственно, энтальпия пара и конденсата, кДж/кг.

Пример расчета. Определить необходимое количество теплоты Q, кДж, требуемое для нагрева паром (см. рис. 9.1) нефтепродукта массой М = 500000 кг за 3 часа на величину перепада температуры °С, при удельной массовой теплоемкости сР, равной 2,1 кДж/(кг∙К).

По формуле 9.3 находим

кДж.

Учитывая, что примерно 30 % теплоты уходит в окружающую среду через стенки цистерны, действительная величина Q будет равна 1,3∙2100000 =
= 2730000 кДж. Потери теплоты в окружающую среду уточняют по формуле 9.18.

Мощность парового нагревателя за один час (3600 с)

Ф = Q / = 2730000 / 3600 = 758,3 кВт.

Так как нагрев нефтепродукта производится в течение 3 часов, то мощность нагревателя составит 758,3 / 3 = 252, 7 кВт.

Нагрев нефтепродукта производится паром. На входе в нагреватель температуру насыщения пара принимаем t 1 = 130 °С, что соответствует давлению насыщения 2,7·105 Па. Степень сухости насыщенного пара x = 0,9. На выходе из нагревателя пар конденсируется, его температуру принимаем t2 = 100 оС.

Определим энтальпию влажного насыщенного пара на входе в теплообменник.

кДж/кг,

где – энтальпия кипящей жидкости при насыщении tн = 130 °С берется из справочника [28]; r – теплота парообразования при tн = 130 оС.

Энтальпия конденсата кДж/кг.

При известных значениях и по формуле 9.25 определяют требуемый расход пара.

кг/с или 432 кг/ч.

9.3.2. Выбор основных параметров теплообменника
типа «труба в трубе
»

Теплообменники типа «труба в трубе» широко используются при разогреве нефтепродуктов. Преимущество таких теплообменников заключается в простоте конструкции, и они могут быть собраны из стандартных элементов. При необходимости поверхность теплообмена может быть увеличена за счет установки нескольких секций.

На рис. 9.6 показан секционный паровой подогреватель топлива ПТС типа «труба в трубе».

Горячий пар входит через клапан 4, проходит по трубе 7 и выходит через клапан 5 в виде конденсата. Проходя по трубе, пар нагревает ее и отдает теплоту через стенки трубы 7 нефтепродукту. Холодный нефтепродукт под действием перепада давления входит в подогреватель через клапан 6, а выходит через клапан 3. Нефтепродукт, проходя через кольцевое сечение подогревателя, увеличивает свою температуру, снижая вязкость и увеличивая текучесть. Массовый расход пара и нефтепродукта регулируется проходными сечениями клапанов.

 

Рис. 9.6. Подогреватель топлива секционный типа ПТС:

1 и 2 – опоры неподвижные; 3 – клапан выхода топлива; 4 – клапан входа пара;
5 – клапан выхода конденсата; 6 – клапан входа топлива; 7 – труба нагревательная;
8 – корпус подогревателя; 9 – фланец корпуса; 10 – болт; 11 – крышка; 12 – изоляция;
13 – рёбра нагревательной трубки; А и Б – вход и выход нефтепродукта; В – вход пара;
Г – выход конденсата

 

На рис. 9.7 показан разрез теплообменника типа «труба в трубе». Горячий теплоноситель движется по внутренней трубе, а нефтепродукт – по кольцевому каналу. Теплота передается от одного теплоносителя к другому через цилиндрическую стенку.

 

Тепловой поток теплоносителя в трубе определяется из выражения

, (9.26)

в кольцевом канале

, (9.27)

где m 1, m 2 – массовые расходы теплоносителей во внутренней трубе и кольцевом канале соответственно, кг/с;

t 11, t 12 – температура на входе и выходе внутренней трубы, °С;

t 21, t 22 – температура на входе и выходе кольцевого канала, °С.

При установившемся режиме теплообмена . При равенстве уравнений 9.26 и 9.27 получается баланс теплового потока.

 

Рис. 9.7. Теплопередача через цилиндрическую стенку: 1 – внутренняя труба;
2 – кольцевой канал; 3 – изменение температуры; d 1 – внутренний диаметр
внутренней трубы; D 1 – наружный диаметр внутренней трубы; d 2 – внутренний диаметр кольцевого сечения; D 2 – наружный диаметр кольцевого сечения

По кольцевому каналу движется нефтепродукт, например мазут М-40, который под действием перепада давления, создаваемого насосом, входит в кольцевой канал при температуре 10 °С (t 21), а на выходе из кольцевого канала температура должна повыситься до 40 °С(t 22). Теплоемкость нефтепродукта составляет 2,1 кДж/(кг∙К). Время подогрева 4 ч (14400 с). Масса мазута 20 000 кг. Массовый расход мазута m 2 = M / t составит 1,388 кг/с. Необходимый тепловой поток Ф 2 определяем по формуле 9.27, и он составит 87,4 кДж/с или 87,4 кВт.

Далее выбирают вид теплоносителя (пар, горячая вода, нагретый керосин). Допустим, мы выбрали в качестве теплоносителя горячую воду с температурой на входе в теплообменник 90 °С (t 11), а на выходе 50 °С (t 12). Удельную массовую теплоемкость воды примем равной 4,18 кДж/(кг∙К). По формуле 9.26 находим необходимый массовый расход горячей воды при , который составит 0,52 кг/с или 1872 кг/ч.

Определив требуемое значение теплового потока Ф для нагрева нефтепродукта, находим необходимую площадь F поверхности горячего теплоносителя (нагревателя), используя уравнение теплопередачи:

, (9.28)

где к – средний, постоянный для поверхности F коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К); tн – средний для поверхности F температурный напор между теплоносителями, °С.

Средний температурный напор tн определяют по формулам 9.15 или 9.16.

Коэффициент k теплопередачи рассчитывается по формуле:

, (9.29)

где a1 – коэффициент теплоотдачи от теплоносителя, протекающего во внутренней трубе, к внутренней поверхности трубы, Вт/(м2×К);

a2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к теплоносителю, протекающему в кольцевом канале, Вт/(м2×К);

l T – коэффициент теплопроводности материала внутренней (центральной) трубы, Вт/(м×К);

d 1, D 1 – внутренний и наружный диаметры центральной трубы, м.

Для нахождения коэффициентов теплоотдачи a1 и a2 по числу Нуссельта необходимо знать теплопроводность материала стенки (l, Вт/(м×К)) и значение эквивалентного диаметра (dэ, м). Число Нуссельта определяют по формулам 9.9 или 9.10 в зависимости от режима движения.

Определив значение коэффициента теплопередачи k и средний температурный напор t, по формуле 9.28 находим площадь нагрева F теплообменного аппарата, м2. В зависимости от величины площади нагрева выбираем марку теплообменного аппарата и число секций.

9.3.3. Пример расчета теплообменного аппарата
типа «труба в трубе»

Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 9.6). Греющая (горячая) вода движется по внутренней (центральной) стальной трубе ( вт/(м·К). Отношение наружного и внутреннего диаметра трубы равно D 1 /d 1 = 35/32 мм. Температура на входе , расход греющей воды кг/ч [17].

Нагреваемая вода или нефтепродукт движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры до . Внутренний диаметр внешней трубы d 2 = 48 мм. Расход нагреваемой воды кг/ч. Длина одной секции теплообменника l = 1,75 м. Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

Решение. Теплоемкость воды кДж/ (кг·К).

Количество передаваемой теплоты [16, 17]

кВт.

Температура греющей воды на выходе

Находим средние арифметические значения температур теплоносителей и значения физических свойств воды при этих температурах:

при этой температуре кг/м 3; м 2 /сек;

вт/м·град; ;

при этой температуре

кг/м 3; м 2 /сек; Вт/м·К; .

Скорости движения теплоносителей:

м/сек;

м/сек.

Число Рейнольдса для потока греющей воды

Режим течения греющей воды турбулентный, и расчет числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи выполняем по формуле 9.9.

Число Нуссельта

Так как температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся значением

При этой температуре тогда

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы

Вт/ (м 2 ·К).

Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды

где эквивалентный диаметр для кольцевого канала

d э = d 2D 1 = 48 – 35 = 13 мм.

Приняв в первом приближении и, следовательно, , получим:

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде

Вт/(м 2 ·К).

Коэффициент теплопередачи

Так как в рассматриваемом случае то с достаточной точностью можно вести расчет по средней арифметической разности температур:

Плотность теплового потока

Поверхность нагрева

Число секций

Температуры стенок труб

При этих температурах и и поправки на изменения физических свойств жидкости по сечению потока имеют следующие значения:

(в расчете было принято 0,92);

(в расчете было принято 1,12).

Совпадение достаточно точное и можно принять, что F = l,22 м 2и n = 7.

Методика расчета теплообменного аппарата при нагреве нефтепродукта,
а не воды изменится (для кольцевого сечения). Вязкость нефтепродукта, например масла МС-20, при 20 оС больше вязкости воды в 1125 раз. По этой причине изменится режим движения жидкости (число Рейнольдса). Теплоемкость масла МС-20 при 20 °С составляет 2,043 кДж/(кг∙К), а воды – 4,18 кДж/(кг∙К). Число Прандтля для воды при 30 °С составляет 5,42, а для масла МС-20 достигает 7310.

Контрольные вопросы

1. С какой целью подогревают темные нефтепродукты (масла, мазуты)?

2. Почему максимальная температура подогреваемого нефтепродукта должна быть на 15 – 25 оС ниже температуры вспышки?

3. Какие виды теплоносителей используют при подогреве нефтепродуктов?

4. Какие Вы знаете способы подогрева нефтепродуктов?

5. Типы и конструкции подогревателей для транспортных и стационарных емкостей.

6. Основные формулы, используемые при расчете теплообменников.

7. Напишите и поясните уравнения теплового баланса и теплопередачи.

8. Дайте определения безразмерным критериям Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля.

9. Как определяют коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя к стенке (α1) и от стенки к холодному теплоносителю (α2)?

10. Что такое коэффициент теплопроводности материала стенки, например стальной трубы, его значение и единицы величины?

11. Как определяется коэффициент теплопередачи, зависящий от толщины стенки, ее теплопроводности, коэффициентов теплоотдачи к стенке от горячего и холодного теплоносителя?

12. Какова последовательность расчета подогрева нефтепродуктов в емкостях (железнодорожных цистернах)?

13. Методика расчета теплообменника типа «труба в трубе», в котором движется горячий теплоноситель и холодный (нефтепродукт).

14. Последовательность расчета электронагревательных элементов.








Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 1705. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

Особенности массовой коммуникации Развитие средств связи и информации привело к возникновению явления массовой коммуникации...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Дренирование желчных протоков Показаниями к дренированию желчных протоков являются декомпрессия на фоне внутрипротоковой гипертензии, интраоперационная холангиография, контроль за динамикой восстановления пассажа желчи в 12-перстную кишку...

Деятельность сестер милосердия общин Красного Креста ярко проявилась в период Тритоны – интервалы, в которых содержится три тона. К тритонам относятся увеличенная кварта (ув.4) и уменьшенная квинта (ум.5). Их можно построить на ступенях натурального и гармонического мажора и минора.  ...

Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.023 сек.) русская версия | украинская версия