油庫設計加熱器計算,管路保溫及蒸汽鍋爐計算

重慶科技學院本科生課程設計重慶科技學院《油庫設計與管理》課程設計報告

設計地點（單位）_K802__設計題目:_油庫設計加熱器計算，管路保溫及蒸汽鍋爐計算完成日期：2014年12月19日

指導教師評語:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成績（五級記分制）:________________

指導教師（簽字）:________________重慶科技學院本科生課程設計目錄TOC\o"1-3"\h\u9683摘要 1213701緒論 3155952參數(shù)設計 4140432.1庫區(qū)氣象資料 4158582.2原油參數(shù) 5171212.3油罐參數(shù) 5150193儲油區(qū)油罐的確定 5327663.1所需油罐參數(shù) 622374油品加熱工藝 6200874.1油品加熱的目的 7119554.2油品加熱的方法 739564.3油罐加熱器面積計算 7265684.3.1油品的平均溫度 7128534.3.2罐壁傳熱系數(shù) 8202554.3.3油罐的總傳熱系數(shù)K 11247074.3.4單位時間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量Q 1176494.3.5加熱器面積F 12213365加熱器的選擇 15255245.1油罐管式加熱器結構 15297085.2分段式加熱器 15173265.3蛇管式加熱器 15174006管路保溫 16250806.1概述保溫結構作用 1697406.2保溫結構 16203576.2.1管路保溫厚度對減少熱損失的作用分析 16169366.2.2根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟條件決定保溫層厚度 17277846.2.3蒸汽管路的熱力計算 18143977蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量 19162697.1鍋爐的用途 19188207.2蒸汽鍋爐的分類 19282537.3蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量 1941657.3.1蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量 19120648總結 2125353參考文獻 221緒論油庫是接收、儲存、發(fā)放石油或石油產(chǎn)品的企業(yè)或單位。它是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應及運輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應的基地，它對于保障國防和促進國民經(jīng)濟高速發(fā)展具有相當重要的意義。此外，油庫是我國現(xiàn)代化建設和軍隊后勤建設的重要組成部分，也是油料儲存、供應的基礎。從儲油方式看，油庫可分為地面油庫、隱蔽油庫、山洞油庫、水封石洞油庫和海上油庫等。隨著石油工業(yè)的飛速發(fā)展，油庫建設取得了長足的進步。現(xiàn)代油庫已從傳統(tǒng)意義上的單一儲存石油的倉庫向綜合儲存和輸轉石油、液化氣、化工產(chǎn)品、物資等方向發(fā)展，并且在其他企業(yè)，如鐵道、交通、電力、冶金等部門也建有各種類型的油庫，以保證生產(chǎn)和運輸?shù)恼＿M行。我國油庫的發(fā)展是在較為薄弱的工業(yè)基礎上起步的，它與石油工業(yè)和國民建設的發(fā)展息息相關。經(jīng)過較短的時間，我國油庫已有了較快發(fā)展。目前，我國原油庫的單庫容量已超過了百萬噸級，油庫中單個油罐的容量也超過了數(shù)萬噸乃至數(shù)十萬噸，而商業(yè)性油庫也向著中型化方向發(fā)展。與之相應的油庫中的各種設施也日益復雜化、現(xiàn)代化。隨著石油工業(yè)的進步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高，油庫的建設也越來越重要。本設計將根據(jù)本設計任務書要求設計油罐加熱器、油罐和管路保溫以及蒸汽鍋爐。為此，本設計將依據(jù)相關原始資料及設計標準規(guī)范，并針對相關主要工藝過程進行選型計算。2參數(shù)設計2.1庫區(qū)氣象資料油庫所在區(qū)域年平均氣溫15.4℃，月最高溫度37℃，月最低溫度-27℃；年平均降雨量280mm，日最大降雨量640mm，年平均降雨天數(shù)37天；風向為西北。2.2原油參數(shù)某油庫由管道輸進原油30萬噸/年，全部由鐵路外運；原油凝固點36℃，初餾點77℃，50℃粘度8.8MPas。密度861kg/m3，粘溫指數(shù)0.038。2.3油罐參數(shù)油罐相應參數(shù)見表2.2表2.1油罐參數(shù)油罐類型標準容積（m3）罐壁高度（m）直徑（m）內(nèi)浮頂罐2000015.8540.50拱頂罐1000014.0731.2823儲油區(qū)油罐的確定3.1所需油罐參數(shù)油罐型式選擇與數(shù)量確定根據(jù)油罐的選擇原則和每種油品的設計容積，該油庫選擇內(nèi)浮頂罐和拱頂罐，其要選擇的油罐參數(shù)根據(jù)《油庫設計規(guī)范》和郭光臣主編的《油庫設計與管理》P226中表5-2“石化公司北京設計院拱頂罐系列”，選擇出以下參數(shù)的油罐：表3.1油罐基本參數(shù)油罐類型標準容積（m33）罐壁高度（m）直徑（m）內(nèi)浮頂罐2000015.8540.50拱頂罐1000014.0731.282各種油品油罐型式選擇與數(shù)量已由本組其他同學算得：原油選用浮頂油罐.根據(jù)各種油品的設計容量計算結果可知，原油用5個20000m3和1個3000m3浮頂罐。4油品加熱工藝4.1油品加熱的目的許多油品，如高粘和高凝固點原油、燃料油、重柴油、農(nóng)用柴油、潤滑油等，在低溫時具有很大的粘度，而且某些含蠟油品在低溫時由于蠟結晶，會發(fā)生凝固。為了降低這些油品的粘度，提高其流動性，就必須進行加熱。油庫中對油品進行加熱常出于用于降低油品在管道內(nèi)輸送的水里摩阻、加快油罐車和油船的裝卸速度、促進原油破乳、使油品脫水和沉降雜質、加速油品的調(diào)合和進行潤滑的凈化再生等。4.2油品加熱的方法在油庫中對油罐、油罐車和其它容器中的油品進行加熱所采用的加熱方法有：蒸汽直接加熱法；蒸汽間接加熱法；熱水墊層加熱法；熱油循環(huán)加熱法和電加熱法等。油品加熱常用的熱源有水蒸氣、熱水、熱空氣和電能等。4.3油罐加熱器面積計算根據(jù)任務書所提供的參數(shù)，由于最低溫度為-27℃，油罐選用保溫層，選擇油罐管式加熱器對燃料油儲罐進行加熱，下面為加熱器面積的計算過程。4.3.1油品的平均溫度當時，用算術平均法求得，即公式當時，用算術平均法求得，即公式已知平均溫度有15.4℃，起始溫度為36℃，終了溫度77℃，因代入數(shù)據(jù)得；4.3.2罐壁傳熱系數(shù)式中——油品至油罐內(nèi)壁的內(nèi)部放熱系數(shù)，W/m2·℃；——罐壁的導熱系數(shù)，W/m2·℃；——罐壁的高度，m；——罐壁至周圍介質的外部放熱系數(shù)，W/m2·℃；——罐壁至周圍介質的輻射放熱系數(shù)，W/m2·℃。其中內(nèi)部放熱系數(shù)應按無限空間自然對流放熱公式計算，將定性尺寸d改用h，h表示油罐內(nèi)油層高度，單位取米，公式式中系數(shù)和從表4.2中查得。h=15.85m,=861=0.782查表4-1計算出Gr===Pr===130，查得得出W/m2·℃自罐壁至周圍大氣的外部放熱系數(shù)按空氣橫向掠過圓管的強制對流換熱公式計算，應表示為Nu=(Pr*Re)的形式但考慮到空氣Pr值隨溫度的變化不大，常溫時近似等于0.77，因而將的計算公式簡化為Nu=f(Re),整理后得：式中——空氣導熱系數(shù)（可從表4.2查得），;D——油罐直徑，m;Re——雷諾數(shù)；——風速，按最冷月平均風速計算，（從各地氣象資料查得）。m/s;——空氣的粘度，（見表4.3），；C,n——系數(shù)，按Re值從表4.4查得已知最冷月溫度為-27℃從表中查得空氣的導熱系數(shù)為，粘度為，油罐直徑為40.5m，可求得查表4.4得C=0.023，n=0.8則得出罐壁至周圍介質的輻射放熱系數(shù)按下式計算式中——黑體的輻射系數(shù)，=5.67——罐壁黑度，隨罐壁涂料不同而有不同取值，見表4.6——罐壁的平均溫度，℃——最冷月空氣平均溫度，℃將數(shù)據(jù)帶入公式罐頂和罐底的傳熱系數(shù)比較小，相對于罐壁它們對總傳熱系數(shù)影響較小，則取，表4.1原油和油品的體積膨脹系數(shù)相對密度相對密度相對密度0.730.740.750.760.770.780.790.800.810.821.1511.1301.1080.9970.9740.9530.9310.9100.8880.8660.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.8450.8240.8030.7820.7600.7390.7180.6960.6740.6530.930.940.950.960.970.980.991.001.011.020.6320.6120.5920.5720.5530.5340.5160.4970.4790.462表4.2系數(shù)和值Gr·Pr1.181/80.541/40.1351/3表4.3大氣壓力為760mmHg的干空氣物理常數(shù)溫度t，℃40302010010203040導熱系數(shù)，W/m·℃2.1772.1982.2792.3612.4422.5122.5932.6752.756粘度10.0410.8011.7912.4313.2814.1615.0616.0016.96表4.4系數(shù)C和nReCn0.810.400.6250.460.1970.600.0230.804.3.3油罐的總傳熱系數(shù)K式中表示傳熱系數(shù)，表示面積，角碼符號、、分別指罐壁、罐頂和罐底。按油罐裝滿系數(shù)為計算，應取為罐壁總面積的，應取罐頂面積和罐壁面積之和。罐壁面積：罐頂面積：此處H指罐壁總高，h指罐壁裝油高度，R指拱頂?shù)那拾霃?，f指拱頂矢高。將不裝油的罐壁面積計入罐頂面積。罐底面積：罐壁傳熱系數(shù)罐頂傳熱系數(shù)罐底傳熱系數(shù)油罐總傳熱系數(shù)K計算得：4.3.4單位時間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量Q式中——單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，W；——用于油品升溫的熱量，J?！诨涯痰哪遣糠钟推匪璧臒崃?，J；——在加熱工程中單位時間內(nèi)散失于周圍介質中的熱量，W；油品升溫所需的熱量：上式中，平均油溫，計算方法同前。融化蠟所需的熱量上式中N=6，認為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全部凝結。燃料油的凝固點不高于25℃，從表5.5查得，蠟的融解潛熱應不高于219.0KJ/kg。油品總質量加熱過程中散失于大氣中的熱量表4.5石蠟融解潛熱油品凝固點，℃t，KJ/kg油品凝固點，℃，kJ/kg-15-10-5051015196.8198.9203.1205.2209.3211.4213.520253035404550217.7219.0219.8221.9224.0226.1228.2單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量：4.3.5加熱器面積F加熱器采用ф60×3.5無縫鋼管制作，d=0.06m。加熱器管組的傳熱系數(shù)、外部放熱系數(shù)按下式計算，附加電阻R取為0.00172m2·℃/W。取表壓力為0.397Mpa的蒸汽溫度為149.22℃，已知罐內(nèi)油品平均溫度為13℃，先假設加熱器管壁溫度為100℃。對于各準則的計算，定性溫度取為（100+13）=61.5℃。此處溫度為61.5℃時у=0.00054，則：表4.6油品比熱容值油品定性溫度t，℃油品比熱容，油品定性溫度t，℃油品比熱容，010203040501.6961.7291.7581.7921.8251.859607080901001101.8881.9211.9551.9852.0182.047由表4.1得，，,查表4.2，K0值可由公式得：校核原假設的加熱器管壁溫度：顯然原假設的加熱器管壁溫度100℃是合適的。加熱器的面積F：考慮到結垢、結污對傳熱效果的影響，增加10％左右的加熱面積作為富裕量，取加熱面積所需加熱管的總長度，即要用468m長無縫鋼管來制成加熱器，才能滿足本題的加熱作業(yè)要求。5加熱器的選擇5.1油罐管式加熱器結構油罐中常用的管式加熱器按布置形式可分為全面加熱器和局部加熱器，按結構形式可分為分段式加熱器和蛇管式加熱器。5.2分段式加熱器分段式加熱器由若干個分段構件組成，每一分段構件由2~4根平行的管子與兩會管連接而成。整個分段構件可從人孔近出，便于安裝和檢修。幾個分段構件以并聯(lián)或串聯(lián)的形式聯(lián)成一組，組的總數(shù)取偶數(shù)，每組有單獨的蒸汽進口和冷凝水出口。優(yōu)點：當某一組發(fā)生故障時，可單獨關閉該組閥門，而用其他完好的各組繼續(xù)進行加熱作業(yè)。此外，分組還可以調(diào)節(jié)加熱過程，根據(jù)加熱過程實際需要來關開閉組數(shù)。缺點：但分段加熱器的加熱效果不如蛇管式好，管子連接頭多，伸縮不便，容易造成管子接頭處焊口損壞而發(fā)生蒸汽泄漏，對于不嚴格要求含水量的油品，對于進行間歇作業(yè)并需經(jīng)常調(diào)節(jié)加熱面積的油罐，適宜采用分段式加熱器，如圖6.1圖5.1分段式加熱器結構5.3蛇管式加熱器蛇管式加熱器是用一根很長的管子彎曲成的管式加熱器，為了安裝和維修方便才設置少量的法蘭連接。蛇管在油罐下部均勻分布。為了使管子在溫度變化是自由收縮，用導向卡箍將蛇管安裝在金屬支架上。常把蛇管分成幾節(jié)彼此對稱地分布在進出油管的兩側，各節(jié)均有單獨的蒸汽輸入管和冷凝水排出管，各節(jié)可單獨調(diào)節(jié)以調(diào)整加熱面積。其優(yōu)點：蛇管在罐內(nèi)均勻分布，可提高油品加熱效果。缺點：安裝和維修均不如分段式加熱器方便，每節(jié)蛇管的長度比分段式加熱器要長得多，因而蛇管加熱器需要采用較高的蒸汽壓6管路保溫6.1概述保溫結構作用石油庫中為了減少油罐、蒸汽管路、熱油管路的損失，有時加做保溫層是合算的。它能起到節(jié)省熱能、減少加熱器面積和降低加熱設備容量的作用。根據(jù)經(jīng)驗，蒸汽管道都做保溫層。不能保證輸油后迅速排空的輸油管道，如果所輸油品的凝固點又低于周圍介質的月平均溫度，應對管道做保溫層。用蒸汽管道熱伴隨或者電加熱的熱油管道應做保溫層。對于儲存粘油和易凝油的油罐，在我國華北、東北和西北地區(qū)都應做保溫層。6.2保溫結構6.2.1管路保溫厚度對減少熱損失的作用分析保溫管路與不保溫管路熱損失比值地面保溫管路：由于和相對于和要大得多，在式6.2和式6.3中和可忽略不計，因而得：式中—保溫管路與不保溫管路熱損失比值；—管路有保溫層時，單位管長上的熱損失；—管路無保溫層時，單位管長上的熱損失；、—管內(nèi)流體的溫度、管外介質的溫度；、、—管路內(nèi)經(jīng)、外徑、保溫層外徑；、—鋼管導熱系數(shù)、保溫材料導熱系數(shù)；、—管路的內(nèi)部放熱系數(shù)、外部放熱系數(shù)；—保溫層厚度，。管路外部放熱系數(shù)：已知管路外徑為159mm，保溫材料熱導率為，從參考文獻[1]的表4-13查得℃6.2.2根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟條件決定保溫層厚度在確定保溫層厚度時，應綜合考慮保溫層投資費用和每年管路的熱能消耗費用，使總的費用最少，單位管長每年費用等于每年的保溫層投資抵償金額和每年熱能消耗費用之和。式中N——抵償率，——保溫層投資，——熱能價格，——單位管長熱量損失，——每年運行時間，s對于地面保溫管路，忽略和，這時則為了求得每年費用F為最小時的保溫層，令，則求得保溫層厚度代入數(shù)據(jù)得，6.2.3蒸汽管路的熱力計算對于地面敷設的蒸汽管路，周圍介質溫度就是大氣溫度?？偀嶙铻椋菏街小羝鼙貙拥臒嶙瑁?，℃；——保溫層外徑，mm；——保溫層外壁至周圍大氣的對流放熱系數(shù)，可近似取。蒸汽管路單位長度上的熱損失為：式中——蒸汽管路單位長度上的熱損失，；——蒸汽溫度，℃；——周圍介質溫度，℃；——總熱阻，℃。管上為的蒸汽管路的的總熱損失為：系數(shù)1.18考慮到支架、法蘭、閥件等處的附加熱量損失。以蒸汽管路沿線單位長度上的熱損失都相等為前提的。實際上蒸氣在管路內(nèi)流動的過程中間因壓降而產(chǎn)生溫度改變，沿線單位管長上的熱損失并不相等。因此計算蒸汽管路的總熱損失是近似的。求得管路終點蒸汽的壓力值和熱焓值，就可從水蒸氣圖表上查得在管路終點的蒸汽溫度。蒸汽管路的長度L均取為400m。蒸汽管路的總熱損失：管路外徑為D=168mm，保溫材料熱導率為，保溫層的外徑蒸汽管路的總熱損失。7蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量7.1鍋爐的用途鍋爐的主要用途為采暖、洗浴和供應優(yōu)質蒸汽等。采暖、洗浴用的鍋爐主要是熱水鍋爐，工業(yè)上用的鍋爐主要是蒸汽鍋爐。7.2蒸汽鍋爐的分類蒸汽鍋爐按照燃料可以分為電蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐等；按照構造可以分為立式蒸汽鍋爐、臥式蒸汽鍋爐，小型蒸汽鍋爐多為單、雙回程的立式結構，大