Расчет потребности теплоты на подогрев нефтепродуктов на нефтебазах

Для нефтебаз расчет количества тепла, необходимого на подогрев нефтепродукта в резервуаре, часовой расход пара и требуемая поверхность подогревателей проводится по методике, аналогичной для НПС. То есть общие затраты тепла на подогрев определенной массы нефтепродукта в заданном перепаде температур состоят из затрат тепла на подогрев нефтепродукта, плавление парафина и потерь в окружающую среду. Но, в отличие от НПС, где устанавливается постоянный температурный режим подогрева и известны значения начальной и конечной температуры, на нефтебазах при расчете необходимо определять вероятную начальную температуру нефтепродукта. Связано это со спецификой работы нефтебаз, на которых время и сроки проведения процессов приема, отгрузки и хранения нефтепродуктов не постоянны.

Вероятная температура начала подогрева нефтепродукта в резервуарах, находящегося на хранении, перед проведением наливных операций зависит: от времени остывания продукта, то есть нахождения в резервуаре без движения; температуры окружающей среды; скорости ветра; от наличия теплоизоляции и других факторов. Как правило, время остывания продукта колеблется в широком диапазоне и зависит от технологического режима работы нефтебазы, ее назначения, от неравномерности подачи транспортных средств и других причин. Например, на водных нефтебазах залитый в резервуар в конце навигации продукт может пролежать без движения весь межнавигационный период, а во время навигации смена продукта может происходить порой через 3-4 дня.

Оптимальной конечной температурой подогрева нефтепродукта принято считать температуру при кинематической вязкости v = 1 см2/сек, и принимается из справочников по диаграммам или таблицам для каждого вида нефтепродуктов.

Вероятная температура нефтепродукта при известном сроке остывания определяется по формуле В. Г. Шухова:

Т = Т0 + (Тн0-Fht/Gc                                                                    

где Т - вероятная температура продукта, в °С;

Т0 — средняя температура окружающей среды, в °С;

Тн — начальная температура продукта, в °С;

е — основание натурального логарифма — константа е=2,7184;

F - общая поверхность резервуара, м2;

h — уровень нефтепродукта в резервуаре, м;

Т - время остывания нефтепродукта, час;

G - масса находящегося нефтепродукта в резервуаре, т;

с — весовая теплоемкость нефтепродукта, ккал/кг °С, определяется по формуле:

с = (0,403+0,00081*T)*1/√p20                                                    

Средняя температура окружающей среды определяется по формулам:

  • для вертикальных цилиндрических резервуаров:

Т = [Тгр + (1 + H/D)Tв ] / 1+ H/D,                                           

где Т — температура грунта, °С;

Н — высота резервуара, м;

D — диаметр резервуара, м;

Тв - температура воздуха, °С.

  • для подземных резервуаров То принимается равной средней температуре грунта на глубине установки резервуара;
  • для горизонтальных наземных резервуаров и железнодорожных цистерн То = Тв;

  • для наливных судов:

То =(TвFв +Твод Fвод )/(Fв + Fвод ),                                                                                                                                                               

где Т - температура воздуха, °С;

Твод — температура воды, °С;

Fв - поверхность корпуса судна, соприкасающаяся с воздухом, м2;

Fвод - поверхность корпуса судна, омываемая водой, м2.

Определение тепловой энергии на подогрев нефти и нефтепродуктов в вертикальных резервуарах

Определение необходимого количества тепла при подогреве в вертикальных наземных резервуарах определяется по формуле:

Qобщ= Q+ Q+ Q3                                               

где Ообщ - общее потребное количества тепла на подогрев нефти, ккал;

Q1 — количества полезно затрачиваемого тепла на подогрев нефти, ккал;

Q2 - количество тепла, необходимого на разогрев парафина, ккал;

Q3 - потери тепла в окружающую среду через поверхность резервуара (стенки корпуса, днище и крышу), Дж или ккал.

Полезно затрачиваемое тепло на подогрев нефти в резервуаре затем в процессе перекачки будет теряться в окружающую среду через стенки трубопровода, то есть распределяться по его длине.

Полезно затрачиваемое тепло определяется по формуле:

Q1 = G*c*(Tопт -Ткон ),                                                                           

где G - количество нефти в т;

С — теплоемкость нефти в ккал/т;

Ткон - конечная температура подогрева нефти, °С;

Твер - вероятная (начальная) температура нефти, °С.

Вероятная начальная температура нефти принимается из конкретных условий работы промысла по сбору нефти.

Количество тепла, необходимое на разогрева парафина, определяется по формуле:

Q2 = G * а * δ / 100,                                                                     

где а - процент содержания парафина в нефти;

δ - скрытая теплота плавления парафина принимается из таблицы, для ориентировочных расчетов может приниматься равной δ = 44 ккал/кг.

Теплота плавления парафина (по Гуревичу) 

Температура плавления парафина в °С

Плотность при температуре 70 °С

Теплота плавления в ккал/кг

52,2

0,7735

38,9

55,2

0,7736

39,8

57,3

0,7742

40,6

59,6

0,7745

41,1

60,9

0,7745

41,7

62,2

0,7747

42,4

65,1

0,775

43,9


Потеря тепла в окружающую среду в процессе подогрева нефти в резервуаре определяется по формуле:

Q3 = к*S*(Tср - To) *τ ,                                                          

где К — общий коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду (через корпус резервуара, крышу и днище);

S - общая поверхность охлаждения, м2;

Тср — средняя температура нефти во время подогрева, °С , принимается Тср = 0,5 *(Ткон — Тнач);

Т0 - температура окружающей среды, °С;

τ - время подогрева, час.

Средняя температура окружающей среды принимается для наземных резервуаров по формуле:

To = (tг*Fг + t* Fв)/(Fг + FB),                                                  

где: tr, tB - температура грунта и воздуха, °С;

Fг и FB - площадь контакта поверхности резервуара с грунтом и воздухом, м2.

Общий коэффициент теплопередачи для ориентировочных расчетов можно определять из таблицы.

Приближенные значения коэффициента теплопередачи от нефти в окружающую среду для различных типов резервуаров

Продолжительность охлаждения в сутках

Коэффициент теплопередачи, ккал/м2ч*°С

Металлический наземный резервуар

Ж/б подземный резервуар

0,6

5,00

2,50

1,2

4,00

1,80

2,0

3,30

1,30

4,0

2,50

1,00

15,0

1,25

0,40

30,0

1,00

0,30

60,0

0,75

0,25

90,0 и более

0,60

0,20


Часовой расход тепла будет равен

Qчас= (Q+ Q2)/τ + Q3                                     

Часовой расход пара будет равен

gn = Qчас / (i- i2),                                                        

где i1 и i2 - энтальпия пара и конденсата, ккал/кг.

Поверхность нагрева подогревателей или теплообменников определяется по формуле:

S = Q * φ / {кп [(t1 + t2) / 2 -t1 + t2]} ,                                           

где φ — коэффициент, учитывающий переохлаждение конденсата до 100 °С, принимается по таблице.

Значения коэффициента φ

Температура нефти в конце подогрева, °С

Давление пара, кгс/см2

1

2

3

4

5

6

0

1,01

1,02

1,04

1,06

1,07

1,08

10

1,01

1,02

1,04

1,06

1,07

1,08

20

1,01

1,02

1,04

1