Файл: Кутыркин, В. А. Расчет параметров некоторых систем подогрева нефтепродуктов учебное пособие для курсов ИТР.pdf

Средний коэффициент теплопередачи через бортовую поверх­

ность будет равен 3,75— — -.

Mi град

Приняв .Рдп=|1809 м2, /7б = 564 м2 в соответствии с выражени-

м* град

§ 2. Процесс теплопередачи от нефтепродукта к воде через двойное дно и борта

Теплопередача через двойное дно и борта представляет весьма сложный процесс. Она идет по нескольким каналам. Во-первых, хорошими проводниками тепла являются стальные элементы на­ бора корпуса, соединяющие наружную обшивку с внутренней. Вовторых, тепло передается за счет конвективного теплообмена меж­ ду холодными и горячими поверхностями, а также лучеиспуска­ нием. Вследствие ограниченности пространства и наличия конст­ рукций набора, условия движения восходящих и нисходящих по­ токов здесь крайне усложнены. Причем, если в междудонном пространстве конвективные потоки сравнительно ограничены, то

вбортовых, наоборот, весьма развиты.

Вдействующих РТМ по расчету’ теплопотерь при подогреве дается среднее эмпирическое значение коэффициента теплопере­

где t0— температура в начале процесса.

Коэффициенты теплопередачи через надводный борт опреде­ ляют по выражению

14

§ 3. Теплопередача от нефтепродукта к воздуху через палубу

средних температур палубы определяют по различным эмпириче­ ским формулам.

Например, в [14] tn предлагается определять как

ном пространстве, °С.

температура наружного воздуха, °С. По [14, 25] для маловязких нефтепродуктов

Коэффициент теплопередачи от нефтепродукта через газовоз душную прослойку определяют по выражению

15

Часто член, учитывающий термическое сопротивление тепло­ проводности тазовоздушпой прослойки, упускают, что следует

признать оправданным, так как коэффициенты теплоотдачи а, и а2 характеризует собой одновременно и конвекцию, и теплопровод­ ность.

Существующие эмпирические зависимости по определению си и иг получены для вполне определенных условий и использование их при расчетах часто сопровождается значительными просчетами.

Значения •конвективных коэффициентов теплоотдачи в основ­ ном определяются факторами свободного движения, которые ха­ рактеризуются величиной произведения критериев Грасгофа и Прандтля (Gr-Pr). Учесть влияние различных дополнительных факторов на теплоотдачу расчетным путем очень трудно, поэтому их суммарное влияние должно устанавливаться путем экспери­ мента.

Процесс теплопередачи в подпалубном пространстве нефтена­ ливных судов происходит в довольно своеобразных условиях. Рас­ смотрим их на примере нефтеналивной баржи проекта Р-27.

Наиболее часто в практике встречается случай, когда баржа находится в полном грузу. Борта ее при этом практически полно­ стью омываются водой, поэтому к окружающему воздуху тепло передается только через палубу. При полной загрузке баржи тя­ желыми сортами нефтепродуктов толщина газовоздушной про­ слойки между поверхностью нефтепродукта и палубой составляет в зависимости от рода груза 0,154-0,40 м. Высота же ггодпалубных продольных балок равна 0,25 м, высота карлингсов—0,40 м, бимсов—0,25 м, т. е. конструкции подпалубного судового набора или частично погружены в нефтепродукт, или касаются его по­ верхности.

Таким образом, газовоздушная прослойка между поверхно­ стью нефтепродукта и палубой конструкциями набора корпуса разбивается на отдельные ячейкц сравнительно-небольшого раз­ мера. Процесс теплообмена в них происходит в ограниченном про­ странстве. При этом некоторое влияние на теплообмен оказыва­ ют геометрические размеры и форма прослоек. Кроме того, часть тепла передается к палубе непосредственно от нефтепродукта теплопроводностью через погруженные в него конструкции подпа­ лубного набора. Это величинами коэффициентов теплоотдачи си

16

и иг не учитывается. Поэтому только после экспериментальной проверки ориентировочных значений а, и а3 становится возмож­

ным вести расчет по формуле (1.22).

Необходимость определения коэффициентов теплоотдачи щ и а2 для подпалубной газовоздушной прослойки отпадает вообще, если воспользоваться понятием «эффективного коэффициента теп­

лопроводности» прослойки [11]. Он является таким услов­

ным коэффициентом теплопроводности прослойки, при котором через последнюю передавалось бы то же количество тепла путем теплопроводности, что и посредством сложного процесса передачи

При вычислении критериев подобия за определяющий размер принимается толщина прослойки 6Г, а за определяющую темпера- туру—средняя температура смеси воздуха и паров нефтепродук­ та, вычисляемая по формуле

где Спр—приведенный коэффициент лучеиспускания, Вт/(м2 -°К4) ;

17

1

20-f30°C), то получим епр = 0,84, Спр-= 4 ,8 — 7^1"-

В [18] рекомендуется при расчете ал от зеркала нефтепродук­ та для судов <принимать Спр = 5,24 Вт/(м2-°К4). В некоторых ис­ точниках приведенную степень черноты епр для подпалубного про­ странства рекомендуют принимать равной 0,96.

При использовании понятия «эффективного коэффициента теплопроводности» прослойки удельный тепловой поток от нефте­ продукта к окружающему воздуху через палубу определится по выражению

К

§ 4. Влияние подогревателей на увеличение потерь тепла

Экспериментами и практикой установлено, что застывший слой нефтепродукта в начале подогрева интенсивно разрушается вбли­ зи труб подогревателя. Причем разрушение застывшего слоя про­ исходит по горизонтали и вверх от уровня, на котором находится труба подгревателя, не затрагивая слой, расположенный между трубой и днищем. Объясняется это тем, что с момента начала на­ грева начинается очень быстрый рост пограничного слоя конвек­ ции и, так как плотность его меньше, чем у окружающего нефте­ продукта, распространение вверх от поверхности нагретой трубы.

В этот промежуток времени имеет место неустановившаяся естественная конвекция. Холодный нефтепродукт, соприкасаясь с горячими трубами, нагревается; пограничный слой, увеличиваясь, отрывается от поверхности труб и поднимается вверх. При этом происходит его смешивание с холодным нефтепродуктом.

Расчет коэффициентов теплопередачи через борт здесь анало­ гичен приведенному ранее для охлаждения нефтепродукта. Тепло­ передача через днище, помимо всего прочего, зависит от интен­ сивности распространения тепла вниз непосредственно от элемен­ тов подогревателей. Так как слой нефтепродукта ниже подогрева­ телей долгое время остается в застывшем состоянии, то, прене­ брегая незначительным влиянием конвекции, можно считать, что

18