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

ГЛАВА

ПОДОГРЕВ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

§ 11.1. Вероятная температура нефтепродукта в емкостях

Для тепловых расчетов при хранении и отпуске вязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов необходимо знать начальную температуру (перед подогревом), которая зависит от времени хранения, температуры окружающей среды, конструкции, габаритных размеров емкости и т.д. Так как учесть все факторы, от которых зависит температура нефтепродукта в емкости, практически невозможно, ее определяют с некоторой степенью вероятности (вероятная температура) по формуле

Тв =То+(Тздл-То)-ехр

(11.1)

где Т- вероятная температура нефтепродукта в конце периода хранения; Тд- температура окружающей среды; Т,- температура нефтепродукта, с которой он был залит в емкость; - коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду; F - полная поверхность охлаждения емкости; т - время хранения нефтепродукта; G - масса нефтепродукта; Ср - его удельная массовая теплоемкость.

Средняя за время хранения температура нефтепродукта в емкости

(T-Tj-G-Cp

Кт- • F • т

1-ехр

k-Ft

(11.1а)

Температуру окружающей среды определяют следующим образом:

- для железнодорожных цистерн Т„= Тз, (где T.p, - температура воздуха);

- для емкостей, находящихся в двух средах,

(11.2)

где Ff-i, Fc2 - поверхности емкостей, соприкасающиеся с разными средами; ТДсг ~ средние температуры этих сред.

Например, стенки надземных и полуподземных резервуаров вступают в контакт с грунтом (среда 1) и воздухом (среда 2), стенки танкеров - с водой (среда 1) и воздухом (среда 2).

Для подземных емкостей Т„ определяется как средняя температура грунта, соответствующая средней части заглубленной емкости.

Коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в емкости (резервуаре) в окружающую среду определяют по выражению

+ K,-F,

(11.3)

Кд, К

СТ.Г> К-СТ.Ж

Кк - коэффициенты теплопередачи соответ-

ственно через днище, стенку (в области газового пространства и жидкости) и крыщу резервуара; Гд, Fctj, Рст.ж, поверхности

выщеперечисленных элементов резервуара.

Коэффициент теплопередачи через стенку емкости

1 6;

ст

(11.4)

азст + Сзст

где tticT, ttjcT, «зет ~ коэффициенты теплоотдачи соответственно от нефтепродукта к стенке емкости, от наружной поверхности стенки в окружающую среду, от стенки емкости радиацией; 5; - толщина стенки емкости, изоляции и т.д.; Jlj - коэффициент теплопроводности материала стенки, изоляции и т.д.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от нефтепродукта к вертикальной стенке емкости определяют по следующим формулам: - при (Gr„ • Рг) „ = 103 10 (ламинарный режим)

а,„=0,76(Сг,.РгЙ

0,25

\0,25

ст J

при (Gr • Рг)„ > 109 (турбулентный режим)

a„,=0,15(Gr,.Pr)°„

,0,33

\0,25

(11.5)

(11.6)

- для горизонтальных цилиндрических емкостей и труб при (Gr,-Рг)„= 10з...10«

a,„=0,5(Gr,-Pr) (обозначения те же, что и в § 7.1).

,0,25

РГст

0,25

(11.7)

Т -Т

Если отношение --- < 2, среднюю температуру определяют

- То

как среднеарифметическую величину от начальной Т„ и конечной температур нефтепродукта:

Т„ = 0,5 (Т„ + TJ. (11.8)

Т -Т

Если отношение -°- > 2, среднюю температуру определяют

~ То

как среднелогарифмическую величину по формуле

Т„-Т.

Т =Т I " " " Т„-Т

(11-9)

Тк-То

Так как в выражениях (11.8), (11.9) Т - искомая величина (Тк=Т„), то при определении средней температуры нефтепродукта можно принять, что

T„ = 0,5(T3 + T,„J, (11.10)

где Тз - температура нефтепродукта, с которой он заливается (закачивается) в емкость.

Среднюю температуру стенки емкости определяют методом последовательных приближений по формуле , ,i

ст

(Тп-То),

(11-11)

1ct

Коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции (обдувание емкости или надземного трубопровода ветром) определяют по формуле (7.31).

Коэффициент теплоотдачи радиацией от стенки горизонтальной емкости или трубопровода определяют по формуле

ttjCT - CTs

(Тс,/100)-(Т,озд./100у Тст - Твозд

(11.13)

где Cs = 5,768 Вт/(м - Ю) ноты поверхности стенки.

постоянная Планка; е,,, - степень чер-

Зависимость ет от материала и вида поверхности:

Алюминий шероховатый 0,055

Железо шероховатое 0,242

Железо литое необработанное 0,87 ... 0,96

Сталь окисленная шероховатая 0,94 ... 0,97

Чугун обточенный 0,6 ... 0,7

Чугун шероховатый, сильно окисленный 0,95

Асбестовый картон 0,96

Кирпич красный шероховатый 0,93

Известковая штукатурка шероховатая 0,91

Сажа ламповая 0>95

Для полуподземных вертикальных цилиндрических резервуаров коэффициент теплопередачи через стенку

Кст -

ствозд. возд стгр fi-p

(11.14)

где К„,„з„, К„гр - коэффициенты теплопередачи через стенку соответственно в воздух и грунт; Рзд, F р- части поверхности стенки резервуара, соприкасающиеся с воздухом и грунтом.

Коэффициент теплопередачи через стенку в воздух определяют по формуле (11.4), а в грунт - по выражению

,А 5i Hp 1

+ У.-+-+-

ст.г

1ct i=I \

2Я.р

(11.15)

где Нгр - расстояние от поверхности грунта до днища резервуара (заглубление резервуара в грунт); к, - коэффициент теплопроводности грунта, окружающего резервуар; а„ = 11,63 Вт/(м К) - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух.

Для подземных горизонтальных цилиндрических резервуаров коэффициент теплопередачи К,, принимают приближенно равным коэффициенту теплопередачи через стенку [см. формулу (11.4)], в этом случае aj 0. Коэффициент теплоотдачи „ определяют по формуле

- + 1

(11.16)

где R - радиус резервуара; Н,р - глубина заложения резервуара до оси.

Для железнодорожных цистерн при движении поезда коэффициент теплопередачи ВС, принимают равным коэффициенту теплопередачи через стенку [см. формулу (11.4)], коэффициент теплоотдачи вычисляют по формуле (11.7), а коэффициент теплоотдачи а - по формуле

а,ст =0,032

возд „0.8

возд

(11.17)

где Re„

число Рейнольдса при обдувании цистерны ветром

=возд

возд

Оц - сумма скоростей ветра и поезда, = "bet + "поезда; D, L„ -соответственно наружный диаметр и длина котла цистерны.

Коэффициент теплопередачи через днище емкости, установленной на грунте, находят по следующей зависимости

1 S. TcDp

-i 8А,р. .

(11.18)

где - коэффициент теплоотдачи через днище емкости, определяемый по формуле (11.7); 5; - толщина гидрофобного слоя, днища емкости, отложений, воды и т.д.; - коэффициенты теплопроводности указанных слоев; Dp - диаметр резервуара.

Коэффициент теплопередачи через крыщу резервуара

1 Кп -8.

I-

(11.19)

где а, - коэффициент теплоотдачи от зеркала нефтепродукта в газовое пространство резервуара: - при (Gr . Рг)„ = 5-102 ... 2 .107

а„5,466Тз-Т,„; - при (Gr . Рг)„ > 2 .107 428

(11.20)

а,к -1,14X3-Трп;

(11.21)

где Тз - температура зеркала нефтепродукта; „ - температура газового пространства резервуара; ориентировочно принимают

Т,„= 146,5+ 0,5 Тз, (11.22)

6г„ - высота газового пространства резервуара; 3 - эквивалентный коэффициент теплопроводности газовоздущной смеси

К = К.; (11-23)

Х - коэффициент теплопроводности газовоздущной смеси

с = возл(1-с,) + п.„с,; (11.24)

возд ~ коэффициент теплопроводности воздуха; Х. „ - коэффициент теплопроводности паров нефтепродукта; С, - содержание паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара.

При отсутствии данных о величине С, допускается принимать Х А..

Так как циркуляция жидкости в этом случае обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных частиц газовоздущной смеси, данный конвекционный теплообмен рассматривается как элементарное явление теплопроводности, характеризуемое коэффициентом конвекции = XJX, равным

Ev =

1 при(Сг,.Р,)п<10

0,18.(Gr,.Pr);" npH(Gr,.H)„>10

(11.25)

Если при расчете по формуле (11.25) получается, что е< X, то принимается равным единице. В качестве линейного размера при вычислении параметра Gr в данном случае берут высоту газового пространства резервуара б,,,. Физические константы газовоздущной смеси берут при ее средней температуре.

При отсутствии ветра коэффициент теплоотдачи от крыщи в воздух а определяют по формулам (11.20) или (11.21) с учетом разности температур Т- Т,„зд. При наличии ветра коэффициент можно определить по формулам вынужденной конвекции или принять его равным а.

Для резервуаров типа РВС при расчете внещней теплоотдачи Р.Ш. Латыповым рекомендовано пользоваться интегральным коэффициентом теплоотдачи а, , одновременно учитывающим теплопе-ренос как конвекцией, так и излучением. В результате обработки данных промышленных экспериментов получены следующие формулы для вычисления а, днем: