Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Qpgi„ + K,7rd(T„ -To) = Qpgi, + K,7rd(T, -T,) (7.34)

Из формулы (7.34) следует, что температура подогрева будет оптимальной в том случае, когда суммарные затраты на перекачку S„ и подогрев на первой (начальной) единице длины трубопровода равны суммарным затратам на перекачку и подогрев на последней (конечной) единице длины трубопровода. Индексы «н» и «к» означают, что параметры рассчитаны соответственно при температурах

Данное соотношение справедливо как для двух, так и только одного (турбулентного или ламинарного) режимов течения нефтепродукта, а также для любой вязкостно-температурной зависимости.

Доказано, что учет тепла, выделяюидегося при кристаллизации парафина и при трении, а также пшичие застойных зон не приводит к изменению вида формулы (7.34). Поэтому ее предложено называть математической записью обобщенного принципа Яблонского.

Оптимальные температуры Т„ и Т,. из уравнения (7.34) необходимо определять методом последовательных приближений. Сравнительно просто оптимальная температура определяется графоаналитическим способом на основе выводов, полученных из аналитического решения. Идея этого способа такова: для конкретного случая нужно определить все возможные суммарные единичные затраты механической и тепловой энергий и найти ту пару значений температур, которая бы удовлетворяла условию (7.34).

Согласно (7.34) затраты механической энергии в любом сечении равны

S„=Qpgi(T),

где i (Т) - гидравлический уклон при температуре Т 128Q

i(T) =

-v(T) при То<Т<Т,р

0,241-Q" 0,5

1,75

v"(T) при Т>Т,

(7.35)

Имея вязкостно-температурную зависимость (аналитическую или-в форме таблицы), вычисляют S„ для температур Т > То и наносят на-рис. 7.1 кривую S„ (разрыв обусловлен изменением режима течения).

То Т« ivp » Т

Рис. 7.1 Графическое нахождение оптимальной температуры подогрева нефти

Затраты тепловой энергии в любом сечении, согласно (7.34), равны

S КяО-(Т-То),

(7,36)

где К - коэффициент теплопередачи

К, при То<Т<Т,р К, при Т>Т

На рис. 7,1 величина выражается прямой линией с разрывом, проходящей через начало координат. Произведя графическое сложение S„ и S, получают изменение суммарных затрат на перекачку и подогрев S в зависимости от температуры (для произвольного сечения). Если кривая S на рис. 7.1 не имеет экстремальной точки М, это означает, что условие (7.32) не выполняется, т.е. подогрев невыгоден. Оптимальное решение следует искать в полосе I - П, та-к как любая горизонтальная линия в этой полосе (например, пря-

мая А-А) имеет две точки пресечения с кривой S, т.е. отвечает условию (7.34) и обеспечивает равенство суммарных затрат при двух разных температурах. Очевидно, что большее значение температуры будет соответствовать Т„, а меньшее - Т,, Но так как Т„ и являются взаимозависимыми, то из всего множества парных значений температур нужно найти ту единственную пару, которая бы удовлетворяла закону изменения температуры по длине «горячего» трубопровода, в данном случае формуле Шухова.

В качестве аргумента для вспомогательного графика целесообразно выбрать величину е""". При ламинарном режиме (Т„< Тр;

Qpc„

Т.. -т„

(7.37)

При турбулентном режиме (Т >Т„)

Т.-То vT„-To

(7.38)

При смешанном режиме течения (Т < Т < Т )

"•К Кр н/

Т -Т Т -Т

т.,-То у

(7.39)

Чтобы вычислить правую часть формул (7.37) - (7.39) знать Т„, Тр и нет необходимости. Нсарудно 1шдеть, что отрезок 1-2 на прямой А-А есть ни что иное, как (T-Tq), отрезок 1-3 - это (Тр-То), а отрезок 1-4 - (Т„-То). Измерив длины указг\нных отрезков и подставив их значения в формулы (7.37)...(7.39), находят величину ехр (-а/.).

Так как в правой части формул (7.37)...(7.39) находятся безразмерные температурные комплексы, то масштабный коэффициент сокращается и его учитывать не следует. В выбранном масштабе вычисленное значение ехр (-а/.„) изображено отрезком 5-6. Проводя горизонтальные линии и измеряя длины отрезков, вычисляют соответствующие значения ехр (-а,.). В результате строят кривую изменения безразмерной температуры (в правом верхнем углу рис. 7.1). В общем случае кривая может иметь два излома в зависимости от сочетания режимов: верхняя часть кривой до первой точки излома соответствует наличию турбулентного и ламинарного режимов, средняя часть кривой между двумя точками излома соответствует лами-

парному режиму при Т„= Тр= const, нижняя часть кривой соответствует ламинарному режиму при Т„= const.

Оптимальная температура подогрева для конкретного случая находится следующим образом. По исходным данным вычисляют параметр а/ и величину ехр (-а,,), находят эту величину на горизонтальной оси ехр (-а„1) (точка п) и обратным построением (пунктирные линии) определяют оптимальные Т„ и Т,, Из графика видно, что при этих значениях температур суммарные затраты на перекачку и подогрев в начале и конце перегона действительно равны. Так как найденные Т„ и Т связаны между собой еще и формулой Шухова, то данное сочетание температур будет единственно возможным.

Численные значения Т„ и Т ограничиваются из технологических соображений. Для мазутов Т„ не должна превышать 363 К (90°С), чтобы не было закоксовывания и сильного нагарообразования в теплообменниках; для нефтей Т„ должна быть ниже температуры начала кипения с целью сохранения легких фракций; для масел Т„ колеблется в пределах 293... 353 К (20... 80°С); чем легче масло, тем ниже должна быть Т„. Конечная температура должна быть на 5... 10 градусов выше температуры застывания перекачиваемого продукта, чтобы трубопровод не «заморозился» при кратковременных остановках.

§ 7.3. Применение тепловой изоляции

Нанесение тепловой изоляции на трубопроводы и резервуары позволяет уменьшить теплопотери в окружающую среду, но увеличивает стоимость линейной части. В связи с этим возникает технико-экономическая задача определения оптимальной толщины тепловой изоляции, при которой затраты на подогрев и на изоляцию минимальны.

Оптимальная толщина изоляции подземного магистрального нефтепровода

Для подземных магистральных трубопроводов с малой погрешностью двумя первыми слагаемыми в правой части формулы (7.9) можно пренебречь и представить ее в виде

1 Kd

»r + EInD„,,

(7.40)

где Г, Е - расчетные коэффициенты, равные

- + -

2аоН 2Х,,,р

1п4Н--InD • £ = -

2Х,„ " 2

; (7.41)

г.ср у

- коэффициент теплопроводности изоляции. С учетом данного выражения требуемое число пунктов подогрева составит

QpC -In

Т.,-То r + ElnD„

(7.42)

Выразим величины капитальных и эксплуатационных расходов на подогрев.

Стоимость пункта подогрева пропорциональна площади поверхности нагрева установок и равна

(7.42а)

где о - стоимость 1м поверхности нагрева с учетом стоимости вспомогательного оборудования и зданий тепловых установок.

Общая поверхность нагрева тепловых установок составляет

QpCp(T„-Tj

(7.43)

где q, - теплоотдача 1 м поверхности тепловой установки; tj - к.п.д. тепловых установок; А,, - коэффициент их резерва.

Нетрудно видеть, что величина К,, не зависит от диаметра тепловой изоляции.

Эксплуатациоити1е расходы по одному пункту подогрева складываются из амортизационных отчислений .,,-К,.,., а также заработной платы персонала и расходов на топливо, воду, смазку

где . - норматив амортизационных отчислений для пунктов подогрева; А, - эксплуатационные pacxojui но одному пункту подогрева, независящие от D„,.

Общие приведенные затраты в Г1ункты подогрева составят

где П, - приведенные годовые затраты в один пункт подогрева

П,™ = (е„ + и + А.. Составим теперь функцию приведенных затрат для тепло1вой изоляции. Капиталовложения на ее сооружение пропорциональны весу затраченного материала и равны

К,„=<„з-Р„з7(Оиз-0-Ь = А,0-Аз,

где а р - соответственно стоимость единицы массы и плотность тепловойизоляции; А, A3 - расчетные коэффициенты,

A2=o„3-p,„-T-L; Aз = A2•D

(7.44)

Эксплуатационные расходы на содержание тепловой изоляции трубопровода складываются из отчислений на ее амортизацию и текущий ремонт „зК„з, а татсже затрат, независящих от толщины тепловой изоляции А4, т.е. равны

Э„з = изиз + А4.

Следовательно, приведенные годовые затраты на тепловую изоляцию составляют

П„з = (е„ + „з) • К„з + А,. Таким образом, целевая функция суммарных приведенных годовых затрат в пункты подогрева и тепловую изоляцию может быть записана в виде

r + ElnD„

(7.45)

где S„ S2, S3 - расчетные коэффициенты

S, =-"""у „ ; = А,- (e„+U; S3 = А,-Аз- (е„Ч„з).(7.46)

QpCpln;bL iA

Для определения оптимального диаметра тепловой изоляции продифференцируем полученное выражение по D„3 и приравняем результат нулю, что дает

0„з-(Г + Е-1пО„з) =

(7.47)

Данное уравнение решается относительно D„3 методом последовательных приближений или графоаналитически.