![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
И слив вязких и застывающих нефтепродуктов
Среднюю расчетную температуру нефтепродукта tcp определяют по формуле
где Температура окружающей среды для наземных и полуподземных резервуаров
где
Тепловой поток (мощность, Вт) необходим для разогрева всей массы нефтепродукта
где Поверхность нагрева трубчатых подогревателей (м2) определяют по формуле
где F – поверхность нагрева подогревателя; Ф – тепловой поток, кДж/с; Общую длину L трубы подогревателя при принятом диаметре d находим из выражения
и, соответственно, число секций n при длине труб в секции l
Массовый расход m пара (кг/c) на подогрев нефтепродукта
где 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 По формуле 9.3 находим
Учитывая, что примерно 30 % теплоты уходит в окружающую среду через стенки цистерны, действительная величина Q будет равна 1, 3∙ 2100000 = Мощность парового нагревателя за один час (3600 с) Ф = Q / 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
где Энтальпия конденсата При известных значениях
9.3.2. Выбор основных параметров теплообменника 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;
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
в кольцевом канале
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
Рис. 9.7. Теплопередача через цилиндрическую стенку: 1 – внутренняя труба; 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 Определив требуемое значение теплового потока Ф для нагрева нефтепродукта, находим необходимую площадь F поверхности горячего теплоносителя (нагревателя), используя уравнение теплопередачи:
где к – средний, постоянный для поверхности F коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙ К); Средний температурный напор Коэффициент k теплопередачи рассчитывается по формуле:
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 9.3.3. Пример расчета теплообменного аппарата Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 9.6). Греющая (горячая) вода движется по внутренней (центральной) стальной трубе ( Нагреваемая вода или нефтепродукт движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры Решение. Теплоемкость воды Количество передаваемой теплоты [16, 17]
Температура греющей воды на выходе Находим средние арифметические значения температур теплоносителей и значения физических свойств воды при этих температурах: при этой температуре
при этой температуре
Скорости движения теплоносителей:
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 Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды где эквивалентный диаметр для кольцевого канала d э = d 2 – D 1 = 48 – 35 = 13 мм. Приняв в первом приближении Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде
Коэффициент теплопередачи Так как в рассматриваемом случае Плотность теплового потока Поверхность нагрева Число секций Температуры стенок труб При этих температурах
Совпадение достаточно точное и можно принять, что F = l, 22 м 2и n = 7. Методика расчета теплообменного аппарата при нагреве нефтепродукта, 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 (α 1) и от стенки к холодному теплоносителю (α 2)? 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.
|