Файл: Кутыркин, В. А. Расчет параметров некоторых систем подогрева нефтепродуктов учебное пособие для курсов ИТР.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.11.2024
Просмотров: 43
Скачиваний: 0
|
Qi — ^ Ос P(4. 6 - |
4p) i |
( 3. 2) |
|
|
Q2= (1 |
/я) Ос ? (4 б — 4. „ ) . |
( 3 . 3 ) |
|
где |
O'— объем |
нефтепродукта |
в судне; |
|
|
4 . п, 4 б— температура начала |
подогрева |
и средняя во |
|
У |
время |
выгрузки баржи. |
тепловые поте |
|
системы с дифференцированным |
подогревом |
|||
ри будут меньше, чем при подогреве нефтепродукта одновременно во всей массе баржи.
|
Q! = m(JY к '/ ^ |
- t 0 Jm v б; |
(3. 4) |
||
|
Q; = <1..- т ) о V « / 1 |
_ foj Тв.б , |
(3. 5) |
||
где |
/с— коэффициент |
теплопередачи |
от |
нефтепродукта |
через |
|
поверхности, |
омываемые водой |
и воздухом; |
|
|
|
f — удельные поверхности охлаждения, происходящие на |
||||
1 м3 нефтепродукта.
Пренебрегая при учете тепловых потерь разницей между вели чинами 4 р и 4, н, решим эти уравнения относительно 4 р
Ос р 4. б ( I /я) О с р 4. п
m О с р — 0,о ( I : т? — т) G У к/ тв. б
-* 0,5 (1 - т2— т) G % к / (4. б — 2 4) тв. б — Яхв. б
(3 . 6 )
т G с р — 0,5 (1 н тг — т) О v к / тв. б
Зададимся некоторой необходимой средней температурой вы грузки. При этом для. достижения одного и того же результата
для меньших значений т потребуется более высокая температура (рис. 13), од нако время предварительно го подогрева будет умень шаться (рис. 14), так как подогреваемая масса нефте продукта (т G) убывает бы стрее. Полученные физичес
кие зависимости дают воз можность обосновать эконо мическую целесообразность дифференцированного по догрева. Расчеты автора,
выполненные для |
парового |
Рис. 13. Влияние величины т на необхо |
|
подогревателя барж с оди |
|||
димую температуру предварительного |
|||
нарным днищем, |
показали, |
подогрева |
|
41
что применение такой системы нецелесообразно. Для барж с двой ным дном при использовании вынесенного теплообменника усилен ный подогрев отдельной группы танков, совмещенный с йодогревом в междудонку, окажется эффективным средством ускорения обра ботки флота в пунктах выгрузки.
05 Об |
0,7 |
0,8 |
0,9 т |
Рис. 14. Зависимость времени предварительного подогрева от значения щ
Г л а в а IV. ОБОСНОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМ ПОДОГРЕВА
§ 1 .0 рациональном уровне утилизации тепла выхлопных газов
д в е
При использовании тепла выхлопных газов существуют грани цы рационального уровня утилизации тепла. Чем большая доля тепла используется,' тем меньше становится температура газов на выходе из теплообменника. Ввиду снижения температурного на пора потребуется большая площадь поверхности нагрева, причем эффективность ее использования будет неизбежно ухудшаться. Оптимальные границы утилизации тепла можно оценить из усло вия получения максимального превышения размера годовой эко номии на топливе Э2 над годовыми приведенными затратами с уче том капвложений на установку теплообменников—К, а также рас ходов на их эксплуатацию
|
D = Э2— 0,1 К — Эх — шах, |
(4-1) |
|
1. Капитальные вложения состоят: |
|
|
— из стоимости подогревателя и его монтажа Ki |
|
|
= сп/•„ , |
(4. 2) |
где |
' с’п — коэффициент пропорциональности; |
|
|
Fn— площадь поверхности нагрева теплообменника; |
|
42
— из стоимости подводящих труб, задвижек и пр., которая не
зависит от величины Fn. |
|
|
|
отчисления на |
|
2. |
Эксплуатационные расходы включают в себя |
||||
амортизацию и текущий |
ремонт |
|
|
|
|
|
|
,9, = а, Л, , |
. |
(4. 3) |
|
где |
а\ — расходы на |
указанные |
статьи |
в долях |
единицы. |
3. |
Экономия на топливе зависит |
от размера утилизации энер- |
|||
I ии ~ |
|
|
|
|
|
|
|
Э2~ cij Q 'у 1 |
|
(4- 4) |
|
где |
ат — стоимость топлива на |
получение единицы тепла в ис |
|||
|
пользуемых (паровых) для подогрева установках; |
||||
|
ц — количество |
тепла, утилизируемого в |
единицу вре |
||
|
мени; |
|
|
|
|
■Су-— время работы установки в течение навигации.
Определению подлежат три величины — площадь нагрева теп лообменника; температура газов (теплоносителя) на выходе из
него tT, а также количество переданного тепла—q. Связь между-
отыскиваемыми параметрами' определяется следующими выраже ниями:
Cr cp (tT- t\ ); |
|
(4. |
5) |
И-П^ ^ср |
|
(4. |
6) |
|
|
|
|
- |
О |
(4. |
7) |
^ ^Ср -- |
|
где |
Gr— масса выхлопных газов; |
|
ср — средняя удельная теплоемкость газов; |
|
7Т— температура газов (теплоносителя) па выходе в |
теплообменник; /сп— коэффициент теплопередачи от теплоносителя к
нефтепродукту.
С учетом отмеченных связей годовая экономия будет опреде ляться из выражения
D = |
a, Gr cp(t'r - t ) „у |
(0,1 + ax) C\ |
ОС c0( t — t ) |
A , (4. 8) |
----------;—;----------- - |
||||
|
|
|
/^n 3 Cp |
|
где |
A — независимые |
составляющие. |
|
|
Отыскиваем максимум функции D |
относительно t"T : |
|
||
43
d D |
(0,1: |
|
U - |
U |
|
|
д и |
к„ |
А /ср (tj (\ ) ( t, |
|
t. tM--I tv:) |
|
|
|
|
tr ~ t"r |
— |
0 . |
(4. |
9) |
|
A tcp (tj |
tj tM-f £,v) |
||||
|
|
|
|
|
||
Данное уравнение в неявной форме решено относительно ts ,
величину которого можно найти методом последовательных при ближений. В качестве примера возьмем следующие значения рас
четных величин: tv — 5,8- 10s сек\ tM= 40СС; tM=85°С ; ^Т=380°С ;
J |
9 |
кп—14 Вт/(м3град)\ ат= 1,14 •10 |
руб/Дж (моторное топливо); а ,— |
= 0.079; с, = 40 руб/м3. Максимуму функции D соответствует £т = |
|
-= 144 °С (рис. 15). Наиболее |
существенное влияние на целесо |
образную температуру выхлопных газов на выходе из теплообмен-'
Рис. 15. Оценка оптимальной температуры выхлопных газов на выходе из теплообменника
44
ника (рис. 16) оказывает время его эксплуатации в течение нави-
.гации. Однако на нижний предел этой температуры определенные ограничения накладывают физические условия. Так, для исклю чения конденсации влаги на холодных поверхностях она не долж
на |
быть ниже 140— 150°С |
[4]. Выполненные расчеты имеют смысл |
не |
только при утилизации |
тепла на подогрев нефтепродуктов, но |
и при использовании его для других целей.
Рис. 16. Зависимость оптимальных значений t''T от времени использо
вания установки
§ 2. Расчет параметров системы подогрева танкеров
Оценка рациональных параметров технических средств систе мы подогрева теснейшим образом связаны и с выбором парамет ров средств выгрузки нефтепродуктов.' Как показывают предвари тельные расчеты для условий работы грузовых насосных устано вок речных танкеров, когда предварительный подогрев ведется в пути, а гидравлические сопротивления трубопроводов нефтебаз относительно невелики, выгоднее иметь сравнительно невысокие температуры подогрева. Но для высокопарафинистых нефтепро дуктов это недопустимо. Температура плавления парафина со ставляет 48—52°С, поэтому установка для подогрева должна обеспечить при такой температуре по крайней мере компенсацию потерь тепла при самых неблагоприятных температурных услови ях окружающей среды. Следовательно, задача в данном случае сводится к оценке этих потерь. Расчетную теплопроизводительность нужно увеличить на 20—25% для создания возможности по догрева нефтепродукта, налитого по той или иной причине при более низкой температуре.
45
Для паровых трубчатых подогревателей поетавленная задача, после оценки теплопроизводительности котлов, сводится к оценке необходимой поверхности нагрева и потребной длины труб, что не представляет сложности. Для варианта с концентрированными вынесенными подогревателями (циркуляционный подогрев) необ ходимо определить, какой должна быть их площадь поверхности нагрева Fn, производительность насосов <2Ц, мощность их привода А/ц, а также температура нагрева нефтепродукта после выхода
его из теплообменника tM. Оптимальное значение отыскиваемых
величин должны соответствовать минимуму годовых приведенных затрат. Расчет указанных параметров выполняется в следующей последовательности.
Состав капитальных вложений К-
1. Стоимость изготовления и монтажа теплообменника
|
|
Кх = |
схРп , |
(4.10) |
|
где |
С[ — коэффициент |
пропорциональности. |
В |
пер |
|
2. |
Стоимость циркуляционных |
насосов и ихчмонтажа. |
|||
вом |
приближении достаточно принять ее пропорциональной |
по |
|||
требляемой мощности |
|
|
|
|
|
|
|
К2 = со Na |
(4.11) |
||
где |
с2— коэффициент |
пропорциональности. |
энергии |
||
3. |
Стоимость источника энергии и его монтажа (доля |
||||
судовой электростанции используется для привода циркуляцион
ного |
насоса) |
|
|
|
|
I |
= |
, |
(4.12) |
|
г1эл |
|
|
|
где |
т)8л — к. п. д. электродвигателя; |
|
|
|
|
с3— коэффициент |
пропорциональности. |
|
|
4. Стоимость трубопровода, подводящего мазут, и его монта
жа. |
Она пропорциональна |
поверхности труб |
|
|||
|
|
|
K ^ t ^ d l . |
|
(4. 13) |
|
|
Приняв скорость транспортирования |
мазута в |
нагнетательном |
|||
трубопроводе 3 м/сек, |
получим d = |
0,65 |
j/ Qn ? |
а |
||
|
КА= |
0,65 с4 к / |
Qa |
/ , |
(4.14) |
|
где |
d — диаметр труб; |
|
|
|
|
|
|
/ — длина труб; |
пропорциональности. |
|
|||
|
с4— коэффициент |
|
||||
46
|
Состав эксплуатационных затрат |
|
|||
1. |
Амортизационные |
отчисления |
и текущий ремонт |
|
|
|
|
|
' - I Kt , |
(4.15) |
|
где |
а\ — затраты на амортизацию и ремонт в. долях единицы. |
||||
2. |
Расходы на топливо |
и смазку Для привода насосов |
|||
|
Э2= |
а.2 g TNn тп п , |
(4. 16) |
||
где |
а2— стоимость |
1 кг топлива; |
|
||
|
^т — удельный |
расход топлива; |
|
||
|
тп — длительность |
работы |
подогревательной |
установки |
|
|
за время одного рейса; |
|
|
||
п— число рейсов за навигацию.
3.В состав приведенных затрат не включена стоимость энер гии, вызванная тепловыми потерями от труб, по которым транс портируется подогретый нефтепродукт к воздуху. Но они имеют место и снижают эффективность установки, причем при увеличе нии диаметра трубопровода растут и потери тепла. Для учета их влияния введем в состав эксплуатационных расходов затраты на компенсацию этих потерь
|
Дд |
" |
da /н /ГТр |
tB) , |
(4. 1 / ) |
где |
/н— длина |
нагнетательного |
трубопровода; |
||
^ |
ктр— коэффициент теплопередачи от трубы к воздуху; |
||||
|
tB— средненавигационная |
температура |
воздуха. |
||
Необходимо иметь в виду, что приведенные выше зависимости |
|||||
справедливы чаще всего в определенных пределах |
и дают лишь |
||||
ориентировочный результат. |
|
|
|
||
Введем ряд дополнительных функциональных зависимостей. |
|||||
|
(Vn = |
Qu Н Т - , |
|
(4. 18) |
|
где |
7 — объемный |
вес нефтепродукта; |
|
||
т]н— к. п. д. насоса.
Для Ламинарного потока потери напора Я (м жидк. ст.)‘ под-, считываются по известной формуле
Я = к „ . с — |
Qu v - 4 - + A 2, |
(4.19) |
it g |
Ф |
|
47