第四章-油品加熱及熱力管道計算

第四章油品加熱與熱力管道計算§4-1油品加熱與保溫的目的及方法§4-2油品加熱溫度的確定§4-3油罐管式加熱器的設(shè)計§4-4鐵路油罐車的加熱計算§4-5蒸汽管路的計算§4-6油罐及管路的保溫§4-1

油品加熱和保溫的目的及方法油品加熱的目的：降粘。油罐及管線保溫的目的：經(jīng)濟(jì)目的：減小熱損失，降低能耗。生產(chǎn)目的：方便操作，減少事故發(fā)生。加熱方法油罐（車）加熱方法

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

電加熱法油管線加熱方法

蒸汽伴隨加熱法（內(nèi)伴隨、外伴隨）

電加熱法（直接加熱、間接加熱、感應(yīng)加熱）蒸汽蒸汽直接加熱法

蒸汽蒸汽間接加熱法蒸汽熱水墊層加熱法熱油循環(huán)加熱法

內(nèi)伴隨：外伴隨：

§4-2油品加熱溫度的確定加熱起始溫度tys

（即冷卻過程的終了溫度）加熱終了溫度tyz

（即冷卻過程的起始溫度）加熱終了溫度的確定根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：油品性質(zhì)作業(yè)性質(zhì)地區(qū)及氣溫節(jié)約能源安全因素假設(shè)條件：在冷卻過程中，油溫處處均勻一致；在整個冷卻過程中，油品中無蠟析出；在整個冷卻過程中，油罐的總傳熱系數(shù)為常數(shù)；在整個冷卻過程中，油品的比熱容為常數(shù)。加熱起始溫度根據(jù)能量平衡可推導(dǎo)出加熱起始溫度：油品冷卻放出的熱量=油罐向周圍介質(zhì)的散熱量dQ1=-GcdtdQ2=K∑Fi(t-tj)dτ式中：

tys：油品加熱起始溫度，

tyz：油品加熱終了溫度

tj

：油罐周圍介質(zhì)溫度

K：從油品到油罐周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)∑Fi：油罐總散熱面積

τ：冷卻時間

G：油罐內(nèi)油品總質(zhì)量

c：油品比熱容加熱起始溫度的確定：地上固定頂油罐

地上臥罐埋地油罐

tj=年最冷月土壤平均溫度式中：

ttu：最冷月地表平均溫度；

tqi：最冷月油罐周圍大氣的平均溫度；φ：油罐的高度和直徑的比值周圍介質(zhì)溫度：

§4-3油罐管式加熱器的設(shè)計一、油罐管式加熱器的種類按布置形式分

全面加熱器

局部加熱器按結(jié)構(gòu)形式分

分段式加熱器

蛇管式加熱器圖－4－1圖－4－2式中：

F：加熱器加熱面積，m2；

Q：單位時間內(nèi)加熱器向油品提供的熱量，W；

K0：蒸汽通過加熱器對油品的總傳熱系數(shù)，；

t1：蒸汽在加熱器進(jìn)口處的溫度，℃；

t2：蒸汽在加熱器出口處的溫度，℃；

ty：加熱過程中罐內(nèi)油品的平均溫度，℃。二、全面加熱器的加熱面積的計算

加熱器入口是飽和蒸汽，出口是飽和水，又忽略加熱管中的壓降，則有：t2=

t1

加熱器進(jìn)口為飽和蒸汽，出口為過冷水，則加熱器的加熱面積為：式中：φ為過冷系數(shù)關(guān)于t1和t2

時，時，1、罐內(nèi)油品平均溫度ty

2、K0的計算其中為油罐的裝滿系數(shù)K

的計算

例題4—2在10000m3的地上拱頂油罐中儲存20號農(nóng)用柴油．已知油罐的平均直徑D’為31.2m，罐壁高14.07m，拱頂曲率半徑為37.27m．拱頂高為3.434m。油罐表面涂灰色，它的黑度ε為0.96。罐內(nèi)裝油高度達(dá)罐壁高的85%（即裝油高為11.94m）。根據(jù)對所儲油品的測定，已知，粘度指數(shù)u=0266，相對密度=0.913。油罐所在地最冷月大氣月平均溫度為-2℃，平均風(fēng)速為2.5m/s。農(nóng)柴冬季在罐中長期儲存后沿罐壁和油面成很厚的凝油層，但內(nèi)部并未凝結(jié)，已知罐內(nèi)平均油溫為4℃，并已知凝結(jié)的石蠟占油品總重的6％。要求在72h內(nèi)將全罐油品升溫至2℃，以便向外發(fā)放。若進(jìn)入加熱器的蒸汽為表壓0.408MPa的干飽和蒸汽，試計算油罐應(yīng)裝設(shè)的加熱器面積。（2）求罐壁傳熱系數(shù)Kbi先假設(shè)罐壁平均溫度tbi為10℃則，準(zhǔn)則方程的定性溫度為（1）求油品的平均溫度11.5℃計算在定性溫度下的油品參數(shù)：（式中油品相對密度的平均溫度修正系數(shù)a=0.00062）（油罐裝油高度）根據(jù)上述參數(shù)計算準(zhǔn)則Gr和Pr

從表4-7查得根據(jù)式（4-29）計算α1bi已知最冷月平均溫度為-2℃．從表4-12可查得（插值）相應(yīng)的空氣的導(dǎo)熱系數(shù)λqi=2.419×102W/m·℃，粘度νqi=13.11×10-6m2/s

。又已知風(fēng)速v=2.5m/s，油罐直徑D’=31.2m，可求得從表4－13可查得C=0.023,n=0.8根據(jù)式（4-30）計算α2bi已知黑度：ε=96，黑體輻射系數(shù)C=5.67w/m2·K4．tbi=10℃,tqi=12℃,可根據(jù)式（4-31）求α3bi

由于鋼罐壁厚δbi很小，而它的導(dǎo)熱系數(shù)λbi又較大，因此δbi/λbi在實際計算中可忽略。按式（4-28）計算罐壁傳熱系數(shù)Kbi。 用式（4—33）檢驗原假設(shè)的罐壁平均溫度tbi是否正確。顯然原假設(shè)的罐壁溫度tbi=10℃是合適的。（3）確定罐頂和罐底的傳熱系數(shù) 罐頂和罐底的傳熱系數(shù)比較小，相對于罐壁它們對油罐的總傳熱系數(shù)的影響較小，可不進(jìn)行詳細(xì)的計算而選用經(jīng)驗數(shù)值。取罐頂傳熱系數(shù)Kding=0.7w/m2·℃，取罐底傳熱系數(shù)Kdi＝0.21w/m2·℃。

罐壁面積:（4）計算油罐的總傳熱系數(shù)K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拾霃剑?/p>

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:油罐總傳熱系數(shù)K按式（4—27）計算:（5）計算單位時間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量Q油品升溫所需的熱量

Q1，按式（4—21）計算上式中,在平均油溫t

y=13℃時，ρ=9l4kg/m3，c＝1.733kJ/kg·℃，計算方法同前。融化蠟所需的熱量Q2

，按式（4—22）計算上式中N=6，認(rèn)為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全部凝結(jié)。20號農(nóng)柴的凝固點不高于20℃，從表4—11，查得，蠟的融解潛熱應(yīng)不高于217.7kJ/kg,油品總質(zhì)量加熱過程中散失于大氣中的熱量Q3，按式（4—23）計算此處是指油罐總散熱面積。單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量按式（4—20）計算:（6）計算加熱器面積F

加熱器采用φ60×3.5無縫鋼管制作，

d=0.06m。加熱器管組的傳熱系數(shù)

Kn按式（4—15)計算，附加熱阻R取為0.00172m2℃/W，外部放熱系數(shù)α2按式（4—17）計算。表壓力為0.408MPa的蒸汽溫度為151.11℃，已知罐內(nèi)油品平均溫度為13℃，先假設(shè)加熱器管壁溫度為110℃。對于各準(zhǔn)則的計算，定性溫度取為（110+13）/2=61.5℃此處溫度為61℃時γ=0.00054,由式（7—52）算得:查表4—7ε=0.135,n=1/3:校核原假設(shè)的加熱器管壁溫度顯然原假設(shè)的加熱器管壁溫度110℃是合適的加熱器的面積

F

按式（4—8）計算

:考慮到結(jié)垢、結(jié)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F=88m2。所需加熱管的總長度:即要用468m長的φ60×3.5無縫鋼管來制成加熱器，才能滿足本題的加熱作業(yè)要求。式中：

GZ：加熱器蒸汽耗量，kg/s；

Q：加熱所需總熱量，W；

iZ：加熱器進(jìn)口處干飽和蒸汽的熱焓值，J/kg；

iN：加熱器出口處飽和