- •Оглавление
- •Введение
- •1. Общие сведения о сжиженных углеводородных газах
- •2. Типы резервуаров
- •2.1. Вертикальные резервуары
- •2.2. Горизонтальные стальные резервуары
- •3. Основные сведения, необходимые для проектирования резервуаров нефтепродуктов
- •4. Расчет температурного режима нефтепродукта при хранении
- •4.1. Вероятная температура нефтепродукта в резервуарах (емкостях) при хранении
- •4.2. Определение температуры подогрева нефтепродуктов
- •4.3. Пример расчета
- •5. Объемы хранилищ нефтепродуктов
- •5.1. Определение объемов резервуарных парков при магистральных нефтепроводах
- •5.2. Определение объемов резервуарных парков магистральных нефтепродуктопроводов
- •5.3. Определение вместимости резервуарных парков нефтебаз
- •5.4. Примеры расчетов
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложения
- •394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
4.1. Вероятная температура нефтепродукта в резервуарах (емкостях) при хранении
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 резервуаре, практически невозможно, ее определяют с некоторой степенью вероятности (вероятная температура) по формуле
, (4.1)
где – вероятная температура нефтепродукта в конце периода хранения, 0С; – температура окружающей среды, 0С; – температура нефтепродукта, с которой он был залит в емкость, 0С; – коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду, Вт/(м2 град); F – полная поверхность охлаждения емкости, м2; – время хранения нефтепродукта, сут; G – масса нефтепродукта, т; – удельная массовая теплоемкость нефтепродукта, Дж/(кг К).
Средняя за время хранения температура нефтепродукта в емкости
. (4.2)
Температуру окружающей среды определяют следующим образом:
– для железнодорожных цистерн
, (4.3)
где – температура воздуха, К.
– для емкостей, находящихся в двух средах
, (4.3а)
где – поверхности емкостей, соприкасающиеся с разными средами, м2; – средние температуры этих сред, К.
Например, стенки надземных и полуподземных резервуаров вступают в контакт с грунтом и воздухом, стенки танкеров – с водой и воздухом.
Для подземных емкостей температура окружающей среды определяется как средняя температура грунта, соответствующая средней части заглубленной емкости.
Коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в емкости (резервуаре) в окружающую среду определяют по выражению
, (4.4)
где – коэффициенты теплопередачи через днище, Вт/(м2 К); –коэффициенты теплопередачи через стенку в области газового пространства Вт/(м2 К); – коэффициенты теплопередачи через стенку в области жидкости, Вт/(м2 К); – коэффициенты теплопередачи через крышу резервуара, Вт/(м2 К); – площадь поверхности днища резервуара, м2; – площадь поверхности кровли (крыши) резервуара, м2; – площадь поверхности контактирующей через стенку в области газового пространства, м2; – площадь поверхности контактирующей через стенку в области жидкости, м2.
Коэффициент теплопередачи через стенку емкости
, (4.5)
где – коэффициенты теплоотдачи от нефтепродукта к стенке емкости, Вт/(м2 К); – коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду, Вт/(м2 К); – коэффициенты теплоотдачи от стенки емкости радиацией, Вт/(м2 К); – толщина стенки емкости, изоляции, мм; – коэффициент теплопроводности материала, стенки, изоляции, Вт/(м К).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от нефтепродукта к вертикальной стенке емкости определяют по следующим формулам:
– при (ламинарный режим)
, (4.6)
где – коэффициент теплопроводности нефтепродукта, Вт/(м град).
– при (турбулентный режим)
, (4.7)
– для горизонтальных цилиндрических емкостей и труб при
(4.8)
Индекс «п» означает, что все физические характеристики нефтепродукты выбираются при средней температуре; индекс «ст» - физические характеристики выбираются при средней температуре стенки трубы или емкости.
Если отношение , среднюю температуру определяют как среднеарифметическую величину от начальной и конечной температуру нефтепродукта:
. (4.9)
Если отношение , среднюю температуру определяют как средне логарифмическую величину по формуле
. (4.10)
Так как в выражениях (4.9) и (4.10) конечная температура нефтепродукта является искомая величина , то при определении средней температуры нефтепродукта можно принять, что
, (4.11)
где – температура нефтепродукта, с которой он заливается (закачивается) в резервуар (емкость).
Среднюю температуру стенки резервуара определяют методом последовательных приближений по формуле
. (4.12)
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду , Вт/(м2 К), при вынужденной конвекции (обдувание емкости или надземного трубопровода ветром) определяют по формуле
, (4.13)
где – коэффициенты, величины которых зависят от .
Таблица 4.1
Зависимость коэффициентов и от
|
|
|
5 – 80 |
0,810 |
0,40 |
80 – 5 103 |
0,625 |
0,46 |
5 103 – 5 104 |
0,927 |
0,60 |
более 5 104 |
0,023 |
0,80 |
Коэффициент теплоотдачи радиацией от стенки горизонтальной емкости , Вт/(м2 К), определяют по формуле
, (4.14)
где – постоянная Планка; – степень черноты поверхности стенки.
Таблица 4.2
Зависимость от материала и вида поверхности
Наименование |
|
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 теплоотдачи через стенку
, (4.15)
где – коэффициент теплопередачи через стенку в воздух, Вт/(м2 К); – коэффициент теплопередачи через стенку в грунт, Вт/(м2 К); –поверхность стенки резервуара, соприкасающиеся с воздухом, м2; –поверхность стенки резервуара, соприкасающиеся с грунтом, м2.
Коэффициент теплоотдачи через стенку в воздух определяют по формуле (4.5), а в грунт – по выражению
, (4.16)
где – расстояние от поверхности грунта до днища резервуара (заглубление резервуара в грунт), м; – коэффициент теплопроводности грунта, окружающего резервуар, Вт/(м К); – коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух, принимаем равным .
Для подземных горизонтальных цилиндрических резервуаров коэффициент теплоотдачи принимают приближенно равным коэффициенту теплоотдачи через стенку (см. формулу 4.4), в этом случае .
Коэффициент теплоотдачи определяют по формуле
, (4.17)
где R – радиус резервуара, м; – глубина заложения резервуара до оси, м.
Для железнодорожных цистерн при движении поезда коэффициент теплопередачи принимают равным коэффициенту теплопередачи через стенку (см. формулу 2.4), коэффициент теплоотдачи вычисляют по формуле (4.8), а коэффициент теплоотдачи – по формуле
, (4.18)
где – число Рейнольдса при обдувании цистерны ветром
, (4.19)
где – сумма скоростей ветра и поезда, , м/с; –наружный диаметр цистерны, мм; – длина котла цистерны, м.
Коэффициент теплопередачи через днище емкости, установленной на грунте, находят по следующей зависимости
, (4.20)
где – коэффициент теплоотдачи через днище емкости, определяемый по формуле (4.8); – толщина гидрофобного слоя, днища емкости, отложений, воды и т.д., мм; – коэффициенты теплопроводности указанных слоев, Вт/(м К); – диаметр резервуара, мм.
Коэффициент теплопередачи через крышу резервуара
, (4.21)
где – коэффициент теплоотдачи от зеркала нефтепродукта в газовое пространство резервуара:
– при
; (4.22)
– при
, (4.23)
где – температура зеркала нефтепродукта; – температура газового пространства резервуара ориентировочно принимают
, (4.24)
где – высота газового пространства резервуара, м; – эквивалентный коэффициент теплопроводности газовоздушной смеси, Вт/(м К), определяется по формуле
, (4.25)
где – коэффициент теплопроводности газовоздушной смеси, Вт/(м К), определяется по формуле
, (4.26)
где – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м К); – коэффициент теплопроводности паров нефтепродукта, Вт/(м К); – содержание паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара.
При отсутствии данных о величине допускается принимать .
Так как циркуляция жидкости в этом случае обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных частиц газовоздущной смеси, данный конвективный теплообмен рассматривается как элементарное явление теплопроводности, характеризуемое коэффициентом конвекции , равным
. (4.27)
Если при расчете по формуле (4.27) получается, что , то принимается равным единице. В качестве линейного размера при вычислении параметра в данном случае берут высоту газового пространства резервуара . Физические константы газовоздушной смеси берут при ее средней температуре.
При отсутствии ветра коэффициент теплоотдачи от крыши в воздух определяют по формулам (4.22) или (4.23) с учетом разности температур . При наличии ветра коэффициент можно определить по формулам вынужденной конвекции или принять его равным .
Для резервуаров типа РВС (резервуар вертикальный стальной) при расчете внешней теплоотдачи Р.Ш. Латыповым рекомендовано пользоваться интегральным коэффициентом теплоотдачи, одновременно учитывающим теплоперенос как конвекцией, так и излучением. В результате обработки данных промышленных экспериментов получены следующие формулы для вычисления днем:
– область жидкости
; (4.28)
– область газового пространства
; (4.29)
– крыша
, (4.30)
где – высота взлива жидкости в резервуаре, м; – высота газового пространства, м; – критерий, характеризующий отношение теплового потока, получаемого стенкой за счет солнечной радиации, к конвективному потоку теплоты; – кинематическая вязкость воздуха, м2/с; – разность температур стенки (крыши) и воздуха, К
, (4.31)
где – температура воздуха днем, К.
Величина вычисляется по формуле
, (4.32)
где – интенсивность солнечной радиации в полдень с учетом облачности, Вт/м2; – плотность и удельная теплоемкость воздуха (см. приложение табл. 1); – температура стенки (кровли), К.
Расчеты интегрального коэффициента теплоотдачи в ночное время выполняются по следующим зависимостям:
– область жидкости
; (4.33)
– область газового пространства (стенка и кровля)
. (4.34)
Усредненная (за сутки) величина интегрального коэффициента теплоотдачи находится по формуле
, (4.35)
после чего находится полный коэффициент теплоотдачи через соответствующую поверхность (стенку, кровлю (крышу), днище) по формуле (4.4), в которой вместо подставляется .
При проведении ориентировочных расчетов для железнодорожных цистерн , а для резервуаров .