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

Т„ = 0,5 (333+253) = 293 к. З.Задаемся температурой стенки котла цистерны Т„ =261 К. 4.Находим характеристики автола при средних температурах жидкости и стенки:

Ргэз = 927кг/м,р2е, =948кг/м;Р25з =638-10-l/K;v2,3 = 0,00124м/с, Vjg, =0,128м/с.

5.0пределяем параметры Прандтля и Грасгофа

0,00124-1826-927

Рг. =

Рг„ =

0,1256

0,128-1826-948 0,1256

= 16711;

= 1,764-10;

Gr =

2,6-9,81-638-10--(293-261)

=--i- = 2 9Q-in

0,00124 •

6. Произведение параметров

(Gr - Рг) = 1,6711 -10 - 2,29 -10 = 3,82 -10". 7.По формуле (11.7) находим

\0,25

= 3,ЗЗВт/(м-К).

a,c.=0,5-4-(з,82-10°)

0,25

1,67-10

1,764-10

8.Из табл. 1.5 определяем параметры воздуха при Тц = 253 К; возя-0,02256 Вт/(м-К). Кинематическая вязкость воздуха возд = 11,2Т0-* мус найдена в п.19 примера 11.1

9.Число Рейнольдса при движении цистерны (и = 35 + 5 = 40 км/ч)

,40.10.2,6 , „ ,

3600-11,2-10- 10. По формуле (11.16) вычисляем

а,„=0,032-.(2,42-10)°=9,62Вт/(м.к).

П.Полагая, что железнодорожная цистерна окрашена желтой масляной краской, находим, что степень черноты стенки s„ =0,94. 12.П0 формуле (11.12) определяем

=0,94-5,768

2,6-2,53 261-253

= 3,56Вт/(м-К).

13.Пренебрегая термическим сопротивлением металлической стенки железнодорожной цистерны, по формуле (11.4) определяем коэффициент теплопередачи от автола в воздух

К = К„=-

- = 2,66Вт/(м-к).

3,33 3,56 + 9,62

14.Проверяем правильность выбора температуры стенки цистерны по формуле (11.11)

2,66

Т„=293--

3,33

-(293-253) = 261К.

Результат вычисления совпал с температурой, которая задавалась в начале расчёта.

15.По формуле (11.1) определяем вероятную температуру автола в конце пути следования ;

Тз =261+ (333-253)-ехр

2,66-87-3,456-10 46350-1826

= 284,1К.

Пример 11.4. Используя данные и результат примера 11.3 необходимо рассчитать электрогрелку для разогрева автола АК-15 при его сливе в пункте назначения. Слив осуществляется самотёком в «нулевой» резервуар. Время на разогрев и слив автола из цистерны равно 6 ч. Конечная температура подогрева автола 313 К.

Решение

1.По формуле (11.33) определяем полезно затрачиваемое тепло

Q, = 46350 -1826 - (313 - 284,1)) = 2,446 - ЮДж. 2. Вычисляем среднюю температуру автола в процессе подогре-

313-253

ва. Так как

<2, то по формуле (11.8) определяем

284,1-253

Т„ = 0,5 • (313+284,1) = 298,5 К. З.Задаемся температурой стенки цистерны Т„ =263 К. 4.Находим характеристики автола при средней температуре автола и стенки цистерны:

Р2,з = 923кг / м, Р263 = 945кг / м pg = 647 • 10-l / К; vgg = 0,00069м / с, v,,3 =0,0982m/c.

5.Вычисляем параметры Прандтля и Грасгофа: 0,00069-1826-923 „ , ,

Рг =

0,1256

0,0982-1826-945 0,1256

2,6 9,81 647 10- (298,5 - 263) 0,00069

= 9,259-10; = 1,3510;

= 8,32-10.

6.Произведение параметров

(Gr - Рг) = 8,32 • 10 - 9,259 -10 = 7,7 -10°. 7.По формуле (11.7) находим

а,, =0,5

0,1256 2,6

(7,7-10°)°-"

9259 1,35 10

л о, 25

= 3,665Вт/(м-К).

8.Из табл. 1.5 и п.19 примера 11.1 находим параметры воздуха при То = 253 К: Х, =0,02256 Вт/(м-К), v„3 = 11,2-10- mVc.

9.0пределяем число Рейнольдса при обдувании цистерны ветром (цистерна не движется):

5000-2,6

Re =

- = 3,027 10.

3600-11,2-10-

10.По формуле (7.31) вычисляем внешний коэффициент теплоотдачи а,,. Так как Re > 5-10 то С = 0,023 и п = 0,8. Тогда

а,„=0,023-4??-(з,027-10П°" = 4,84Вт/(м-к).

2,6

И.По формуле (11.12) находим коэффициент теплоотдачи радиацией

аз„ = 0,94-5,768- = 3,72Вт/(м -К).

12.По формуле (11.4), пренебрегая термическим сопротивлением стенки котла цистерны, вычисляем коэффициент теплопередачи от автола в воздух

К = К„ =

- = 2,566Вт/(м-К),

3,665 4,84 + 3,72

13.По формуле (11.11) проверяем правильность выбора температуры стенки цистерны

Т„ = 298,5 -1- (298,5 - 253) = 266,6К. 3,665

Так как принятое значение Т = 263 К значительно отличается от вычисленной величины (Т„ = 266,6 К), то произведем перерасчет.

14.Задаемся температурой стенки цистерны Т„=267К. Находим характеристики автола при этой температуре: Р2,7 =943кг/м,У2б, = 0,0586м/с,

0,0586-1826-943 3. 0,1256

2,6-9,81-647-10--(298,5-263) g 0,69-10- 15.Произведение параметров

(Gr - Рг) = 7,38 -10 - 9,259 -10 = 6,83 10°. 16.Коэффициент теплоотдачи от автола к стенке цистерны

а,. =0,5-

0,1256 2,6

(6,83-10°)

0.25

9,259-10 8,03-10

N0.25

- =4,05Вт/(м-К).

17.Вычисляем коэффициент теплоотдачи радиацией

2,67"-2,53"

=0,94-5,768-

= 3,81Вт/(м-К).

" 267-253

18.Находим коэффициент теплопередачи через стенку цистерны

К = К„ =

- = 2,76Вт/(м-К).

4,05 4,84 + 3,81 19. Проверяем правильность выбора температуры стенки цистерны

Т„ = 298,5 - - (298,5 - 253) = 267,5К. 4} 05

Дальнейшего уточнения температуры стенки цистерны не производим, так как значение, полученное расчётом, близко к значению Т„, которым задавались во второй раз.

20.Так как в автоле нет парафина, то = 0.

21.По формуле (11.35) определяем потери тепла в единицу времени в окружающую среду

Q3 =2,76-87-(298,5-253) = 10925Вт.

22.По формуле (11.36) находим среднее количество тепла, которое должен вьщелить электроподогреватель в единицу времени,

2,446-10

=10925+

- = 125165Вт = 124,165кВт.

2,16-10

23.Принимаем, что в цистерне будет установлено три электрогрелки. Мощность одной электрогрелки должна быть 41,4 кВт. Так как мощность электрогрелки более 10 кВт, то применяем трехфазный ток напряжением 380 В.

24.По формуле (11.51) находим силу тока в электрогрелке

41,4-10

380-3

- = 36,ЗА.

25.0пределяем сопротивление нагревателя по закону Ома (при условии соединения проводников треугольником)

= 10,460м.

36,316

26.Принимаем, что электрогрелка состоит из трех проводников, т.е. п=3.Температура воспламенения автола около 473 К. Коэффициент теплоотдачи от греющей проволоки к автолу принимаем равным 140 Вт/(м2-К). В качестве нагревательного материала применяем нихромовую проволоку, сопротивление которой вычисляем по формуле (11.56),

I,. = 1,1 - (0,9727 + 0,0001 - 463) = 1,120м - мм /м. 27.По формуле (11.59) определяем диаметр проволоки нагревателя

d= 3

4-36,3-1,12-10

140-(463-298,5)-3,14-3-

= 1,43мм.

По государственному стандарту выбираем диаметр проволоки, равный 1,5 мм, площадью сечения 1,766 мм.

28.По формуле (11.61) проверяем допустимую плотность тока. Для нихрома она не должна превышать 10 А/мм:

36,3 1,766

•10 = 20,6-10А/м.

Так как плотность тока превышает допустимую, увеличиваем диаметр проволоки до 2,2 мм (площадь поперечного сечения 3,8 мм). Тогда

36,3

-10=9,56-10А/м

29.По формуле (11.55) определяем длину проволоки одного проводника электрогрелки

10,46-3-3,8

1 = -

1,12

= 106,5м.

ЗО.Проволока наматывается на керамические стержни диаметром = 75 мм. Расстояние между осями витков для предотвращения местных перегревов принимается равным полутора-двум диаметрам проволоки. Находим число витков одного проводника

106,5

- = 452,23 витка.

"° 3,14-0,075

Вычисляем длину керамических стержней электрогрелки при расстоянии между витками 5 = 4мм.

= = 452,23 - 4 = 1802мм. Принимаем к установке одного проводника три керамических стержня длиной по 600 мм. На три параллельных проводника будет приходиться девять таких стержней. Располагаем их по кругу между двумя дисками так, чтобы между стержнями было расстояние, равное примерно диаметру стержня. В этом случае диаметр расположения стержней должен быть около 250 мм, а диаметр всего электроподогревателя не более 350 мм при длине около 800 мм с учетом всех устройств, необходимых для установки подогревателя в цистерну. В одной цистерне необходимо установить три электрогрелки.

Пример 11.5. Определить необходимую линейную мощность электроподогрева для поддержания постоянной температуры нефти Т„=323 К в трубопроводе диаметром 273x8 мм и длиной 10 км. Нефтепровод покрыт тепловой изоляцией из пенополиуретана ППУ-30 с характеристиками:

Рз =130кг/м,?.з =0,052Вт/(м-К);Срз = 780Дж/(кг-К).

Толщина тепловой изоляции 5„з = 60мм. Температура окружающей среды То = 252К. Плотность нефти при 293 К равна 885 кг/м.

Решение

1.Плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности нефти при температуре перекачки по формулам (1.1), (1.5), (1.6):

1 + 0,00101-(323-293)

= 859кг/м;