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油库工艺与设备

兰州石化职业技术学院. 油库工艺与设备. 第四章油品加热与热力管道计算. 主要内容. 第一节油品加热与保温的目的及方法 第二节油品加热温度的确定 第三节油罐管式加热器的设计 第四节铁路油罐车的加热计算 第五节输油管路的伴随加热 第六节蒸汽管路的计算 第七节油罐及管路的保温. 2. 第一节油品加热和保温的目的及方法. 1. 油品加热的目的： 降粘 , 提高流动性，降低摩阻，加快装卸速度；促进原油破乳； 脱水沉降杂质，加速调和，滑油净化再生； 燃料油预热等。 2. 油罐及管线保温的目的 ： 经济目的：减小热损失，降低能耗。

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Presentation Transcript

  1. 兰州石化职业技术学院 油库工艺与设备 第四章油品加热与热力管道计算

  2. 主要内容 第一节油品加热与保温的目的及方法 第二节油品加热温度的确定 第三节油罐管式加热器的设计 第四节铁路油罐车的加热计算 第五节输油管路的伴随加热 第六节蒸汽管路的计算 第七节油罐及管路的保温 2

  3. 第一节油品加热和保温的目的及方法 1.油品加热的目的： 降粘,提高流动性，降低摩阻，加快装卸速度；促进原油破乳； 脱水沉降杂质，加速调和，滑油净化再生； 燃料油预热等。 2.油罐及管线保温的目的： 经济目的：减小热损失，降低能耗。 生产目的：方便操作，减少事故发生。 3

  4. 加热方法 • 油罐（车）加热方法 蒸汽直接加热法 蒸汽间接加热法 热水垫层加热法 热油循环加热法 电加热法（电阻加热、感应加热、红外加热等） • 油管线加热方法 蒸汽伴随加热法（内伴随、外伴随） 电加热法（直接加热、间接加热、感应加热） 4

  5. 第二节油品加热温度的确定 加热起始温度tys （即冷却过程的终了温度） 加热终了温度tyz （即冷却过程的起始温度） 5

  6. 根据能量平衡可推导出加热起始温度： • 油品冷却放出的热量 =油罐向周围介质的散热量 • dQ1=-Gcdt • dQ2=K∑Fi(t-tj）dτ • dQ1=dQ2 • -Gcdt= K∑Fi(t-tj）dτ • 进行积分 6

  7. 加热起始温度的确定 式中： tys：油品加热起始温度， tyz：油品加热终了温度 tj：油罐周围介质温度 K：从油品到油罐周围介质的总传热系数 ∑Fi：油罐总散热面积 τ：冷却时间 G：油罐内油品总质量 c：油品比热容 7

  8. 周围介质温度 • 地上固定顶油罐 • 地上卧罐 • 埋地油罐 tj=年最冷月土壤平均温度 式中： ttu：最冷月地表平均温度； tqi：最冷月油罐周围大气的平均温度； φ：油罐的高度和直径的比值 8

  9. 假设条件： • 在冷却过程中，油温处处均匀一致； • 在整个冷却过程中，油品中无蜡析出； • 在整个冷却过程中，油罐的总传热系数为常数； • 在整个冷却过程中，油品的比热容为常数。 9

  10. 加热终了温度的确定 根据下列因素确定加热终了温度： • 油品性质 • 作业性质 • 地区及气温 • 节约能源 • 安全因素 • 如果为了输转，加热终温一般可高于凝固点 10～15℃； • 为了防止突沸冒罐，含有水分的油罐其加热终温不应超过 95℃。 11

  11. §4.3油罐加热器的结构和计算 一、油罐管式加热器的种类 • 按布置形式分 全面加热器：均匀布置在罐内距罐底不高的整个水平位置。应用于短时间内要从油罐中发出大量油品。 局部加热器：布置在罐内收发油管附近，应用于粘度不高（50℃时，粘度小于 ），但不含冷至凝固点温度以下的油品，一次收发油量不多的油品。

  12. §4.3油罐加热器的结构和计算 • 按结构形式分 分段式加热器： （1）由¢15～50mm无缝钢管焊接而成，每段管长度小于500mm，以并联、串联组成一组，组数偶数，对称布置，在收发油管的两侧，每组有独立的进出口。 （2）安装有一定的坡度 h=iL0+h0 i---坡度，大罐取1/150 ～1/75，小罐取1/75 ～1/50。 L0—分段管组长度 h0—冷水管出口高度，h0=01 ～0.2m 优点：分段管组长度不大，摩阻较小，因此可在较低的蒸汽压力下工作，可降低入口管的高度，减少加热死角。 蛇管式加热器： 用15～50mm无缝钢管焊接而成，为了安装和维修方便，设置少量法兰连接，使用导向卡箍，支架具有不同高度，使蛇管沿着蒸汽流动方向保持一定坡度，需压力高。

  13. 局部加热器 • 某些为了保证物料输送而需较高储存温度的油罐，由于其经常性的热能损耗较大，因此 运行费用也大大提高；若采用降低油品储存温度的方法，可大大减少能耗。 • 为了保证物料的 正常输送，可在输送前进入局部加热器(或集中加热)加热升温，使其升至要求的输送温度。 局部加热器(集中加热)应布置在罐内出口管管口附近。 • 局部加热器形式

  14. 二、全面加热器的加热面积的计算 第三节油罐管式加热器的设计 式中： F：加热器加热面积，m2； Q：单位时间内加热器向油品提供的热量，W； K0：蒸汽通过加热器对油品的总传热系数，； t1：蒸汽在加热器进口处的温度，℃； t2：蒸汽在加热器出口处的温度，℃； ty：加热过程中罐内油品的平均温度，℃。 16

  15. §4.3油罐加热器的结构和计算 • 关于t1和t2 • 加热器入口是饱和蒸汽，出口是饱和水，又忽略加热管中的压降，则有：t2= t1 • 加热器进口为饱和蒸汽，出口为过冷水，则加热器的加热面积为： 式中： 为过冷系数

  16. §4.3油罐加热器的结构和计算 • 罐内油品平均温度 时 时

  17. §4.3油罐加热器的结构和计算 蒸汽通过加热器对油品的总传热系数K0的计算 圆筒壁传热

  18. 普朗特准则。反应流体的物理性质 雷诺准则。反应粘滞性流体的流态 蒸汽导热系数。可从水蒸气物理参数表查取 §4.3油罐加热器的结构和计算 • 内部放热系数a1按紊流状态下强制运动放热公式计算： 努谢尔特准则

  19. 若考虑相变 在进行粗略计算时，k0=0.6a2

  20. §4.3油罐加热器的结构和计算

  21. §4.3油罐加热器的结构和计算 • 油品的定性温度取油品平均温度ty和加热器管子外壁温度的算术平均值，管子外壁温度可先假设。

  22. §4.3油罐加热器的结构和计算

  23. §4.3油罐加热器的结构和计算 • 内部放热时为内径，外部放热时为外径。 • 定性温度取决于对流换热过程中流体的运动形式，受迫运动的对流换热，定性温度取流体的温度，自然对流换热，定性温度取流体和换热壁面的平均值。 • 比热容c值可从表4-9查得或按下式计算（kJ/kg. ℃） 式中：d15—油品15℃的相对密度； t—油品定性温度，℃。

  24. 单位时间内加热器向油品提供的热量Q的计算 §4.3油罐加热器的结构和计算 • 加热器向油品提供的总热量Q包括： 油品升温所需的热量 融化蜡结晶所需的热量 通过油罐散失于周围介质中的热量 • 总热量 式中： æ：蜡的溶解潜热 K：油品至油罐周围介质的 总传热系数 τ：油品加热时间 26

  25. K的计算 §4.3油罐加热器的结构和计算 其中 为油罐的装满系数 27

  26. §4.3油罐加热器的结构和计算

  27. §4.3油罐加热器的结构和计算 油品内部放热系数 罐壁至周围介质的外部放热系数

  28. §4.3油罐加热器的结构和计算 罐壁至周围介质的辐射放热系数

  29. §4.3油罐加热器的结构和计算

  30. §4.3油罐加热器的结构和计算 §4.3油罐加热器的结构和计算

  31. §4.3油罐加热器的结构和计算

  32. §4.3油罐加热器的结构和计算

  33. §4.3油罐加热器的结构和计算

  34. 计算加热器步骤 §4.3油罐加热器的结构和计算

  35. 第四章 油品加热与热力管道计算

  36. 第四章 油品加热与热力管道计算

  37. §4.3 油罐加热器的结构和计算

  38. §4.3 油罐加热器的结构和计算

  39. 第四章 油品加热与热力管道计算 §4.3油罐加热器的结构和计算

  40. 第四章 油品加热与热力管道计算 §4.3油罐加热器的结构和计算

  41. §4.3油罐加热器的结构和计算

  42. 四、蛇管式加热器分段长度的计算 • 加热器总长 • 蛇管式加热器分段长度 式中： D：加热器管外径，m； C=0.00005m-1； P1：加热器进口蒸汽压力，Pa； P2：加热器出口蒸汽和冷凝水压力，Pa； tZ：饱和蒸汽温度，℃； λH：汽水混合物的摩阻系数。 45

  43. 分段式加热器计算 • 它是由几根平行管组成分段，蒸汽的压降较小，一般不易出现冷凝水过冷。 • 分段的长度，可参照上述蛇管每节长度的计算方法，但此时几根平行管中蒸汽的质量流量总和才是分段的蒸汽质量流量G，分段的总管长等于各平行管长度之和。 • 以上介绍的是根据水力和热力计算来确定不发生冷凝水过冷情况下的加热器每节的最大管长和加热器的分节数，但实际上加热器究竟分成几节，还应考虑到方便加热作业的需要。

  44. 三、蒸汽耗量的计算 式中： GZ：加热器蒸汽耗量，kg/s； Q：加热所需总热量，W； iZ：加热器进口处干饱和蒸汽的热焓值，J/kg； iN：加热器出口处饱和冷凝水的热焓值，J/kg； 47

  45. 第四节 铁路油罐车的加热计算 蒸汽加热套设计计算内容 确定加热时间 确定蒸汽耗量 • 采用带蒸汽加热套的罐车（G12型和G17型）输送原油和其它高粘度油品。 • 蒸汽加热套在油罐车的下半部，把Pg≤0.3MPa的蒸汽通入蒸汽套，不需要等罐车中的全部油品升温到卸车温度就可以卸车。 • 具有卸车速度快、罐车中留存的残油少等优点。 • 缺点：热效率不够高，有许多热量经蒸汽套外壁散失于大气中。 49

  46. Q1为油品升温及溶解蜡结晶所需要的热量,J； Q3为单位时间内蒸汽通过加热套传递给油品的热量，W; q1为通过油罐车上表面散失于周围大气中的热量，J； q2为通过加热套散失于周围大气中的热量，J； 50

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