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

Uф=U з: Сопротивление электроподогревателя

R = Q,/r.

(11.52)

(11.53)

Если все проводники в электроподогревателе соединены параллельно, то при г параллельных проводниках сопротивление электрогрелки

R = r,/r, (11.54)

где г, - сопротивление одного параллельного проводника,

(11.55)

Гт. - удельное сопротивление материала проводника при температуре нагрева Т„,

Гт. = Г

(1 + ар-Тн);

(11.56)

Г293удельное сопротивление материала проводника при 293 К; ар -коэффициент линейного расширения материала проводника; i -длина параллельно соединенных проводников, имеющих площадь поперечного сечения f.

Количество тепла, которое передается с поверхности нагрева электронагревателя нефтепродукту, выражается на основании закона Джоуля-Ленца и на основании уравнения теплообмена

Q,=aF(T„-Tep) = JR,

(11.57)

где а - осредненный по длине коэффициент теплоотдачи от поверхности греющего проводника к нефтепродукту: на основании опыта эксплуатации электрогрелок было установлено, что а и 110...170Вт/(м - к); !„ - Тср - средняя разность температур поверхности проводника и нефтепродукта (обычно Т„ принимается на 10...20 К ниже температуры коксования и воспламенения нагреваемого нефтепродукта и всегда ниже максимально допустимой рабочей температуры для данного материала проводника); Тср=0,5(Тн+Тк), где !„, - температуры нефтепродукта в начале и конце процесса подогрева; F - поверхность нагрева всех проводников электрогрелки

F = nTTd.

(11.58)

Если для нагревателя применяют проволоку, то из формулы (11.57) находят ее диаметр

d = 10-3

4-r-r

ija.(Tn-Tep)-7r.n-

(11.59)

Если для нагревателя применяют прямоугольную ленту с отношением сторон Ь/а, =т,, которое обычно колеблется в пределах 3... 12, то из формулы (11.57) получаем

а, =10-3

0,5f

\a(Tn-Tcp)-n-m,-(m,+l)"

(11.60)

Наиболее распространенными материалами для электрогрелок являются нихром, фехраль, железо и некоторые другие.

Найденное сечение проводника f проверяется на допустимую плотность тока

j = J/f,

(11.61)

которая для нихрома не должна превышать 10 А/м, а для других материалов - 12Т0 А/м1

Сопротивление ветви подогревателя определяют на основании закона Ома К = иф/1 , а необходимую длину проводника L - по формулам (11.55) и (11.56). Зная длину проводника, площадь его сечения, число проводников в одной фазе, можно рассчитать размеры электрогрелки.

Расчет электроподогрева трубопроводов с помощью гибких электронагревательных лент

Целью расчета является подбор типа электронагревательной ленты. Критерий выбора - необходимая линейная мощность электроподогрева Qj, (Вт/м).

Величина q, находится в зависимости от конкретной технологической задачи.

При решении задачи вытеснения нефтепродукта, застывающего в трубе, необходимо нагреть его пристенный слой до температуры Т„, при которой давления Р, развиваемого насосом, будет достаточно для преодоления начального напряжения сдвига !„, определяемого по формуле

Pd 4-L

(11.62)

где d, L - внутренний диаметр и длина опорожняемого трубопровода.

Если задано время нагрева х, то необходимая величина q„ равна

2пХ, (Т„-Т,)

2-Fo

0,5.Fo

(11.63)

тг-з-Срз-Рз

?t,-Cp,-р,

зСрз-рз

,-Ср,-р,

гдеХ,А.з - коэффициенты теплопроводности соответственно нефтепродукта и теплоизоляции, Вт /(м град.); Cpj, Cpj - их массовая теплоемкость, Дж/(кг град); РрРз - плотность соответственно нефтепродукта и теплоизоляции, кг/мЗ; Т„ - температура окружающей среды К; Fo - число Фурье

Fo =

НЛГР

Cp,-p,-d

(11.65)

Можно решать и обратную задачу: определение необходимого времени нагрева пристенного слоя нефтепродукта на величину АТ = Тц - Tq при заданной линейной мощности электроподогрева

Срз Рз

HArP

При необходимости разогрева нефтепродукта по всему сечению трубопровода

q„ =qp-Kn +

(Ср,-т,+Ср,т,)(Тн-То)

(11.66)

HAГP

где Яр - удельные тепловые потери за время разогрева, вт/и; -коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла через опоры и арматуру, для трубопроводов, расположенных на открытых площадках, Кп = 1,4; в закрытых помещениях - Kj, = 1,3; m,, nij -масса соответственно нефтепродукта в 1 п.м. трубопровода и единицы длины трубопровода, кг.

Если электроподогрев осуществляется с целью поддержания постоянной температуры нефтепродукта в трубопроводе, то

•(Тн-Тр)

(11.67)

д„ а;-А

где Диз - наружный диаметр изоляции; aj - внешний коэффициент теплоотдачи, Вт/(мз град.).

Для горизонтальных трубопроводов

а;=1,66-Т„-То,

а для вертикальных

а;=1,82-Т„-То.

(11.68) (11.69)

По рассчитанной величине q д в соответствии с табл. 11.5 выбирается тип электронагревательной ленты.

Таблица 11.5

Техническая характеристика гибких электронагревательных лент

При намотке электронагревательных лент на трубопровод по спирали с шагом h, их суммарная длина должна быть

лс=Ь.

V j

(11.70)

а необходимое число лент

Л ~ пс л

где - длина одной электронагревательной ленты.

(И.71)

§ 11.4. Расчёт паро- и конденсатопроводов

Трубопроводы для подачи пара и конденсата сооружают в основном из бесшовных труб и снабжают стальной армату-

рой и стальными фасонными деталями. Надежная эксплуатация трубопроводов достигается при правильном выборе и размещении опор и конденсаторов. Опоры для таких трубопроводов подразцеляют на неподвижные, которые обеспечивают жесткое закрепление трубопровода и воспринимают усилия, возникающие в трубе в результате температурных деформаций и внутреннего давления, и подвижные, воспринимающие только вес трубопровода. Расстояние между опорами колеблется от 3,5 до 7 м в зависимости от диаметра и веса труб.

Горизонтальные участки паропроводов укладывают с уклоном i >0,001 в сторону движения пара. Предусматривается непрерывный отвод конденсата с помощью конденсатоотводчиков из нижних точек паропровода и из всех тупиковых участков.

При нагреве или охлажцении трубопровод удлиняется на величину

(11.72)

где ар=0,000012 1/К - коэффициент линейного расширения стальных труб; i - длина трубопровода при температуре его монтажа; АТ -изменение температуры стенок трубы в эксплуатационных условиях.

Компенсация тепловых удлинений трубопровода обеспечивается специальными устройствами. Для паропроводов низкого давления (до 0,5 МПа) применяют сальниковые или линзовые компенсаторы. Компенсирующая способность сальниковых компенсаторов равна 200...500 мм, линзовых - определяется по результатам специальных испытаний по данным завода-изготовителя и на одну волну составляет от 5 до 35 мм. Число волн в линзовом компенсаторе не должно превышать 12 во избежание продольного изгиба. В большинстве случаев для теплопроводов применяют гнутые компенсаторы, имеющие П-образную, лирообразную и другие формы. Их изготовляют на месте монтажа из тех же труб, что и трубопровод. Наибольшее распространение получил П-образный компенсатор.

Ддя прямого участка трубопровода, защемленного с двух концов, температурные напряжения Oj определяют на основании закона Гука

= Е- = арАТ,

(11.73)

где Е - модуль упругости материала трубы (для стали Е=2,06Т0" Па).

В результате возникновения термических напряжений участок трубы, защемленный между опорами, будет действовать на них с силой

N=apF, (11.74)

где F - площадь поперечного сечения металла трубы.

При расчетах компенсаторов прежде всего определяют длину трубопровода, деформацию которого необходимо компенсировать, затем по формуле (11.72) - деформацию трубопровода в зависимости от изменения температур, зная деформацию, выбирают габаритные размеры сальниковых или линзовых компенсаторов. Гнутые компенсаторы на «горячих» трубо- и паропроводах устанавливают с предварительной растяжкой (сжатием) на 0,5А.

Гнутые П-образные компенсаторы характеризуются следующими параметрами: вылетом плеча L, створом (шириной плеча) Ь, радиусом гнутья R,, длиной прямой вставки вылета L и длиной прямой вставки плеча компенсатора Ь. П-образные компенсаторы рассчитывают по формуле

Т - 1>5АЕРн J[a](l + 6m2)

(11.75)

где D„ - наружный диаметр труб компенсатора; mj /Ь.

При заданном А размеры и b могут выбираться в зависимости от местных условий. Выгоднее увеличивать Ь, так как при этом не увеличивается длина трубопровода.

Формула (11.75) представлена в виде номограммы (рис.11.1), которая составлена с учетом предварительной растяжки компенсатора на 0,5А при расчетном значении допускаемого напряжения [а]=6,867- ЮШа. При малых температурных удлинениях и ломаном профиле трассы используют самокомпенсацию (рис. 11.2). При нагревании за счет удлинения отдельные участки трубопровода примут положение, показанное пунктирной линией. Для того чтобы во всех сечениях температурные напряжения не превышали допустимых значений, всю трассу разбивают на отдельные участки и закрепляют их на неподвижных («мертвых») опорах. Следовательно, участки между неподвижными опорами можно рассматривать как своеобразные гнутые компенсаторы. Наибольший изгибающий момент и наибольшее изгибающее напряжение получают на неподвижной опоре короткого плеча углового участка

1,5АЕРн

р,+1 р+3

--+ ---ctga

sin а р,+1

(11.76)

где А - удлинение короткого плеча; р, = /,. При а = 90°

1,5AEDh

(р,-м)-

(11.77)