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

Рис, 11. Зависимость средней температуры газет по цилиндрам от сопротивления выхлопного тракта

Влияние теплообменника на увеличение противодавления су­ щественно зависит от его технического состояния и в первую оче­ редь наличия сажи. Результаты испытания на танкере «Великий» показывают (табл. 3), что температура выхлопных газов не пре­ вышает нормы, а сопротивление непосредственно теплообменника составляет всего 0,250—0,260 м вод. ст., т. е. ниже расчетного со­ противления многих утилизационных котлов, применяемых на речном транспорте. Например, у котла УКВ-3 оно составляет [4] 0,17; УКВ-2—0,35, УКГ—0,32 м вод. ст. и т. д. В то же время сле­ дует отметить возрастание сопротивления более чем в два раза после некоторого периода эксплуатации. После очистки теплооб­ менника от сажи оно вновь опускалось до первоначальной вели­ чины. Все это говорит о возможности эксплуатации газовых теп-' лообменников без ущерба для двигателей. Снижение числа обо­ ротов последних при испытаниях замечено не было, так что на скорости движения танкера установка теплообменника практиче­ ски не отразилась. Конечно, если нагрузка на двигатель и без теплообменников уже соответствует предельному значению тем­ ператур (двигатель может быть и перегружен «тяжелым» вин­ том), то всякая, даже небольшая, дополнительная нагрузка на

35

него вызовет нежелательное повышение температуры выхлопных газов. При установке теплообменника на судно задачу необходи­ мо решать комплексно, заранее полагая некоторую (0,75-1-1% мощности) возможность дополнительной нагрузки двигателя.

В целом утилизация отходящего тепла судовой силовой уста­ новки, там где это технически достижимо без существенного ус­ ложнения, а, следовательно, и удорожания установок, является наиболее рациональным средством подогрева.

Помимо описанного частного случая весьма перспективно ис­ пользование подобных теплообменников на толкачах, предназна­ ченных длявождения барж, имеющих двойное дно. Даже тормо­ жение остывания или подогрев нефтепродукта лишь в отдельных

Примечание. В 1969 г. испытывались оборотные; в 1970— 1971 гг,—пролет­ ные теплообменники.

Иногда использование на подогрев высокотемпературного теп­ лоносителя, каким являются выхлопные газы, опасно в пожарном отношении. Это характерно, например, для транспортировки пара­ финистых сырых нефтей, температура самовоспламенения отдель­ ных фракций, которых ниже температурных выхлопных газов. Утилизация тепла и здесь возможна путем создания двух конту­ ров, в одном из которыхчтепло от выхлопных газов передается во-

36

де (пару). Конечно, затраты на оборудование здесь выше, а к. п.д. установки снижается. Частичную недостачу тепла, очевидно, при­ дется восполнять за счет других источников.

Вообще помимо выхлопных газов в теплообменнике возможно использование всех видов теплоносителей, перечисленных выше. Более того, он может быть обращен в агрегат, где тепло полу­ чается за счет сжигания в нем топлива (нефтяной котел). Это был бы наиболее рациональный вариант, но его решение сопря­ жено с некоторыми техническими трудностями, обусловленными высокой температурой пламени. При наличии котлоагрегатов на танкерах, а также для барж, применение в вынесенных теплооб­ менниках в качестве теплоносителя пара несомненно представляет особый интерес для подогрева нефтепродукта в судах с двойным дном и бортами. Эта установка будет иметь весьма высокий к. п. д., если обеспечить возврат конденсата, чистота которого у герметич­ ного теплообменника будет достаточно высокой для использова­ ния по замкнутому циклу. Здесь окажется возможной установка более дешевых водотрубных котлов,.весьма чувствительных к каче­ ству питательной воды. В то же время установка пожаробезопас­ на и проста. Теплообменник подвержен действию незначительных температурных напряжений и засоряется в малой степени. Он в принципе может быть установлен как на барже, так и на пародателе. В сочетании с подогревом в пути (утилизация тепла вы­ хлопных газов силовой установки толкача) такая схема наиболее эффективна длябарж.

§ 4. Системы подогрева, использующие элементы набора корпуса в качестве теплопередающих поверхностей

Вместо установки специальных подогревателей в качестве теплопередающих поверхностей можно использовать элементы набора корпуса, а также днище и борта. Наиболее простык яв­ ляется подогрев с подачей пара в междудонное пространство суд­ на. Поверхностью нагрева здесь служит днище корпуса и борта. Как показывают расчеты в этом случае только около 15% тепла идет на подогрев. В практике эксплуатации этот метод приме­ няется при выгрузке судов с неисправной системой подогрева. При этом обеспечивается интенсивное подтекание нефтепродукта, а «мертвых остатков» почти не образуется. Это свойство междудонного подогрева целесообразно шире использовать в зачистной период выгрузки. Несмотря на то, что к. п. д. подогрева с пода­ чей пара в междудонное пространство весьма низок, он окажется в данный период эффективнее штатных средств, так как полное использование их мощности обычно не представляется возмож­ ным. Сочетание его с теплообменниками, вынесенными за пределы танков, даст наибольший эффект. Вообще темп охлаждения неф­ тепродукта на судах с двойной обшивкой невелик и весьма часто,

37

как показывает опыт эксплуатации таЦкеров, можно обойтись без осуществления предварительного подогрева. Но' во время выгруз­ ки подогрев обязателен, иначе «мертвый остаток» будет значи­ тельным. Это получается ввиду того, что несмотря на весьма вы­ сокую среднюю температуру, придонные и бортовые слои нахо­ дятся в застывшем состоянии, да и темп охлаждения возрастает при уменьшении объема нефтепродукта. В рассматриваемой си­ туации прогрев этих слоев возможен только благодаря длитель­ ной работе системы подогрева. При использовании междудонного

Из опыта применения других теплоносителей следует несколь­ ко слов сказать об использовании выхлопных газов ДВС путем непосредственного подвода их в междудонное пространство. Темп охлаждения нефтепродукта при этом снижался, но эффект ока­ залсянезначительным. Да и вообще использование горячих вы­ хлопных газов в этой схеме неприемлемо, так как соприкоснове­ ние их с металлом в присутствии влаги ведет -к усиленной коррозци корпуса.

Принятие к исполнению того или иного варианта конструктив­ ного решения окончательно осуществляется после экономического сравнения различных схем подогрева. Но этим полностью не ис­ черпывается вопрос обеспечения рационального подогрева нефте­ продуктов. Требуют дополнительного рассмотрения такие поло­ жения:

—как технологически осуществлять подогрев;

—какой должна быть мощность источников тепла;

—до каких температур целесообразно осуществлять подогрев

вреальных условиях эксплуатации.

Глав а III ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПОДОГРЕВА НЕФТЕПРОДУКТА

§ 1. Подогрев нефтепродукта в пути

Подогрев нефтепродуктов в зависимости от обеспеченности транспортных средств источниками тепла можно вести как в пу­ ти, так и в пункте выгрузки. Большинство танкеров оборудованы собственными котлоагрегатами, задача которых состоит в том, чтобы обеспечить подогрев нефтепродукта к моменту прихода в пункт выгрузки. На практике встречаются различные режимы работы нагревательных установок:

1) в начале рейса нефтепродукт остывает (или подогревается) до температуры наиболее выгодной для выгрузки— tti в. Далее

осуществляется подача тепла, равная тепловым потерям, темпе­ ратура нефтепродукта в этом случае поддерживается постоянной до конца рейса;

38

да при достаточно мощном источнике можно сразу приступать к выгрузке, обеспечивая ввод тепла именно в те места, откуда ос\- ществлиется отекание, оставляя при этом охлажденным нефте­ продукт в другой части судна. Но практическое осуществление дифференцированного подогрева, как это сделано, например, на барже пр. Р-43, требует дополнительных капитальных затрат, ко­ торые не всегда оправданы, помимо этого температура нефтепро­ дукта во всех частях судна должна быть еще до выгрузки доста­ точно высокой с тем расчетом, чтобы было возможным осуществ­ ление отбора пробы, регламентируемое ГОСТом 2517—69. В ус­ ловиях ограниченной мощности теплового источника запас тепла, переданный нефтепродукту при предварительном подогреве, дол­ жен быть достаточным для того, чтобы обеспечить выгрузку без значительных «мертвых остатков». Для этого средняя температура нефтепродукта во время выгрузки должна подняться до опреде­ ленной величины. Возможное сокращение времени предваритель­ ного подогрева можно выявить при расмотрении баланс'а тепла при выгрузке судна.

Наиболее последовательное решение дифференцированного подогрева должно предусматривать организацию только двух групп танков или двух состояний нефтепродукта. Система подо­ грева первой группы должна обеспечивать освоение всего подво­ димого тепла. Долю этой группы в общем объеме баржи обозна­ чим т. Именно в них осуществляется предварительный подогрев до температуры tnр. В оставшихся танках выгодно вообще пред­ варительного ^подогрева не производить.

За все время выгрузки нефтепродукта необходимо подвести до­ полнительно тепловую энергию, которая обеспечивает необходи­ мое повышение теплосодержания и компенсирует тепловые потери

Q.— затраты теплана повышение теплосодержания нефтепродукта в танках с усиленным подогре­ вом;

,Qa— то же в оставшейся группе танков;

Q[— тепловые потери в группе танков с усиленным подогревом;

Q2— то же в-оставшейся группе танков.

40