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 + (Т_н-Т₀)е^-Fht/Gc

где Т - вероятная температура продукта, в °С;

Т₀ — средняя температура окружающей среды, в °С;

Т_н — 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 = [Т_гр + (1 + H/D)T_в ] / 1+ H/D,

где Т — температура грунта, °С;

Н — высота резервуара, м;

D — диаметр резервуара, м;

Т_в - температура воздуха, °С.

• для подземных резервуаров Т_о принимается равной средней температуре грунта на глубине установки резервуара;

• для горизонтальных наземных резервуаров и железнодорожных цистерн Т_о = Т_в;

• для наливных судов:

Т_о =(T_вF_в +Т_вод F_вод )/(F_в + F_вод ),

где Т - температура воздуха, °С;

Т_вод — температура воды, °С;

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

F_вод - 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:

Q_общ= Q₁ + Q₂ + Q₃

где О_общ - 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*(T_опт -Т_кон ),

где G - количество нефти в т;

С — теплоемкость нефти в ккал/т;

Т_кон - конечная температура подогрева нефти, °С;

Т_вер - 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)

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

Q₃ = к*S*(T_ср - T_o) *τ ,

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

S - общая поверхность охлаждения, м²;

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

Т₀ - температура окружающей среды, °С;

τ - время подогрева, час.

Средняя температура окружающей среды принимается для наземных резервуаров по формуле:

T_o = (t_г*F_г + t_B * F_в)/(F_г + F_B),

где: t_r, t_B - температура грунта и воздуха, °С;

F_г и F_B - 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

Часовой расход тепла будет равен