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

-------- г

------------расчет ны е значения Kn0gg при п о до гр ев е;

А —экспери/чентольнЬ/е зн ачен ия SCnogS, полученные

при п одогр еве н еф т еп р одук т а 6 б а р ж еб о я ёа "J/S]

s --------

Рис. !0. Расчетные и экспериментальные значения коэффициентов теплопередачи от нефтепродукта через подводную часть баржи при подогреве

Расхождение результатов расчета и эксперимента составляет 4-*-10%. Положительным в методике расчета тепловых потерь че­ рез палубу при использовании понятия «эффективного коэффици­

ента теплопроводности» Хэф подпалубной газовоздушной прослой­

ки является ее простота, универсальность, возможность выполне­ ния расчетов при отсутствии экспериментальных данных о вели­

чинах коэффициентов теплоотдачи а, и а2

Изложенные выше методики позволяют при расчете учесть все основные факторы, от которых зависят теплопотери, оценить вели­ чины отдельных составляющих общих теплопотерь нефтеналив­ ных судов, что дает возможность осуществить соответствующие мероприятия по их сокращению.

Г л а в а II. ХАРАКТЕРИСТИКА СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ПОДОГРЕВА

По конструктивному исполнению судовые системы подогрева можно разделить на следующие группы:

1) с подогревателями, распространенными на всю площадь днища;

2) с концентрированными подогревателями внутри массы неф­ тепродукта;

3)с концентрированными подогревателями, вынесенными за пределы танков;

4)с использованием в качестве теплопередающей поверхности днища корпуса или отдельных элементов его конструкций;

5)смешанные системы подогрева, сочетающие в себе отдель­ ные элементы из схем, упомянутых выше.

В качестве теплоносителя обычно используются:

—пар (вода);

—выхлопные газы двигателей;

—электрический ток;

—специальные жидкости, имеющие высокую температуру кипения (на речном флоте СССР не применяются).

Источники энергии также разнообразны, чаще всего применя­ ются:

— котлы или автоматизированные котлоагрегаты;

—двигатели внутреннего сгорания, у которых используются выхлопные газы или вырабатываемая ими электроэнергия, иногда утилизируется тепло воды из системы охлаждения этих двигате­ лей;

—газогенераторы.

Возможны различные комбинации конструкций подогрева и ис­ точников тепла. Существующие и испытываемые способы подогре­ ва являются частными случаями приведенной выше классифика­ ции.

26

§ 1. Системы с подогревателями, распространенными на всю площадь днища танков

I е п л о н о с и т ел ь-n а р. Этот способ подогрева является пре­ обладающим на речном нефтефлоте. Стальными трубчатыми по­ догревателями оборудовано свыше 100 барж пароходства «Волготанкер», а также большинство тацкеров пр. 866, 587, 558 (1577), 1553. Возможно различное конструктивное исполнение подогрева­ телей. Наибольшее распространение получили четыре типа: про­ дольно-прямоточный, змеевиковый, батарейный и «ускоренного подогрева» (на стадии эксперимента исследовался подогрев с бар­ ботажем воздухом).

На большинстве речных барж ( — 70%) применена система про­ дольно-прямоточного подогрева, когда трубы 0 32-*-57 проходят вдоль всего судна от носового до кормового коллекторов. На вы­ ходе пароводяной смеси из труб устанавливаются запорные венти­ ли, обеспечивающие регулировку подачи пара, они же дают воз­ можность прбдувки паром, в случае попадания в отдельные трубы нефтепродукта, или воздухом для освобождения от конденсата.

Система подогрева змеевикового типа устроена так, что в каждом танке укладывается индивидуальная сеть паропроводов, имеющих вентиль на входе. Подобная система выполнена на ряде барж и танкеров. Она дает возможность осуществлять выборочный подогрев, что делает ее более гибкой, чем прямоточная система по­ догрева. Однако здесь значительно выше стоимость монтажа и ре­ монта.

Танкеры пр. 587 оборудованы системой батарейного подогрева. Здесь п,ар поступает к батареям, состоящим из ряда параллельных труб и расположенным по одной в каждом из шести средних тан­ ков. Этот тип подогревателей достаточно прост в изготовлении и надежен в работе, так как в случае выхода из строя одной трубы в батарее подогрев нефтепродукта продолжает осуществляться. Однако обнаружить поврежденную трубу при ремонте очень труд­ но, так как пар, свободно проходя по соседним трубам, не посту­ пает в испорченную, и место повреждения не выявляется. Кроме того, нефтепродукт, попав в одну из труб, постепенно заполняет всю батарею, выводя из строя все большую поверхность подо­ грева.

Рассмотренные схемы предусматривают обеспечение равномер­ ного подогрева нефтепродукта по всему судну, что экономично для танкеров, где эта операция осуществляется в период рейса. Подогрев же в баржах вызывает непроизводительные простои флота в пунктах выгрузки. Здесь очень важно стремиться к сокра­ щению времени предварительного подогрева. Достигается это за счет более интенсивного подогрева в танках, из которых в первую очередь следует обеспечить вытекание нефтепродукта.

27

В некоторой степени эти преимущества отражены в системе «ускоренного подогрева» Колотилыцикова, где интенсивному ме­ стному подогреву подвергаются участки около клинкетов по пути следования нефтепродукта и в приемной шахте. Местный подо­ греватель здесь выполнен из пучка труб; помещенных в закрытый сверху футляр.

Для придания необходимой текучести всей массы нефтепродук­ та служат обычные подогреватели. Предварительный подогрев нефтепродукта в футляре осуществляется в течение весьма корот­ кого времени, что позволяет почти сразу же приступать к выгруз­ ке. Но мощность пародателя при этом должна быть достаточной для обеспечения нужного прироста теплосодержания нефтепро­ дукта и компенсации имеющихся теплопотерь. На практике этого нет (да и экономически не всегда оправдано), поэтому предвари­ тельный подогрев оказался все равно необходим, хотя время.его ведения уменьшается. Дополнительные затраты на местный подо­ грев здесь не компенсируют эксплуатационных преимуществ. Си­ стема Колотилыцикова в настоящее время сохранена лишь на единичных баржах.

Дальнейшее развитие «ускоренный подогрев» получил в кон­ струкции барж пр. Р-43 [19]. Здесь форсирование предваритель­ ного подогрева осуществляется за счет интенсивного подвода теп­ ла в выделенную группу танков, выгрузку из которой начинают прежде, чем будет подогрет до необходимой температуры весь объем нефуепродукта. Интенсивность ввода тепла по первой груп­ пе танков по расчету И. Л. Рабей составляет на 1 кг нефтепродук­ та 0,7 Вт, что почти в два раза выше, чем при существующей тех­ нологии. Пропорционально увеличиваются и затраты при монта­ же подогрева этой группы танков, что необходимо учитывать при оценке целесообразности оборудования барж системой «ускорен­ ного подогрева». Дополнительные затраты могут свести на нет отмеченные ранее преимущества.

В целом паровой подогрев со стальными трубчатыми подогре­

вателями характеризуется простотой устройства и обслуживания,

большой равномерностью распределения тепла по отдельным сек­ циям подогрева ввиду незначительного снижения температурного напора по длине труб. Однако высокая вязкость и низкое значение коэффициента теплопроводности нефтепродукта затрудняют тепло­ обмен (коэффициент теплопередачи от труб подогревателей состав­ ляет 35—60 Вт/к2град).

В связи с отмеченным приходится развивать площади подогре­

ва, что сопряжено со значительными затратами средств на их обо­ рудование. Относительная величина поверхности подогрева суще­

ствующих баржевых подогревателей составляет около 0,1 ж2/г. Стоимость изготовления и монтажа 1 м2 поверхности нагрева со-

28

ставляет поданным завода «III Интернационала» свыше60руб/м2 для змеевиковых и около 40 руб/м2—для прямоточных подогрева­ телей.

Загроможденность трубами подогревателей объема танков соз­ дает затруднения для механизации зачистных работ и несколько снижает провозную способность судна. Недостатком является и возможность обводнения нефтепродукта при неисправности труб, а также большая чувствительность к размораживанию и повреж­ дению при продольном колебании корпуса на волне. Обнаружить неисправность трубы подогревателя можно при продувке паром, но наличию мазута в конденсате или вообще по отсутствию кон­ денсата (холодная труба). Но это неудобно, так как нужен спе­ циальный источник пара.

Еще труднее установить конкретное место повреждения, гак как приходится спускаться в танк, в котором находятся остатки нефтепродукта. Если повреждение не устранено сразу же, то при погрузке вся труба заполняется нефтепродуктом и выходит из строя. На танкерах, где система подогрева постоянно эксплуати­ руется, за ее состоянием ведется определенный контроль со сто­ роны команды и практически каждый рейс устраняются, отмечен­ ные неполадки. На баржах такой ремонт, даже при желании, не всегда возможно выполнить.

Срок исправной работы подогревателей на баржах редко пре­ вышает 1—2 года, и зависит не от конструктивной их схемы, а от условий эксплуатации. Недолговечность паровых трубчатых подо­ гревателей связана, кроме всего прочего, с размораживанием их- в холодное время. Удалению конденсата в какой-то мере способ­

воздуха, которая стекает в более низкие участки трубы и при за­ мерзании разрывает ее. Если после продувки закрыть вентили, то при охлаждении внутри труб создается разрежение, прокладки отдельных фланцев втягиваются внутрь и опять-таки в образовав­ шиеся неплотности может попасть влажный воздух.

Из профилактических мероприятий, предупреждающих размо­ раживание, можно рекомендовать установку спускных кранов в наиболее низких местах, продувку воздухом уже остывших подо­ гревателей, заполнение или прокачку системы легкими нефтепро­ дуктами (например, дизельным или моторным топливом). Так, для заполнения системы подогрева танкера пр. 587 потребуется лишь 1,5 т жидкости. Кроме того, стальные трубы подвержены интен­ сивной коррозии с внутренней и внешней стороны. Особенно быст­ ро они выходят из строя при транспортировке мангышлакской нефти и бензина. В последнем случае система подогрева не-ис­ пользуется, а установленные при постройке трубы в течение од­ ной-двух навигаций полностью выходят из строя. Было бы раци-

29