油庫設(shè)計加熱器計算,管路保溫及蒸汽鍋爐計算[學(xué)術(shù)參考]

1、重慶科技學(xué)院油庫設(shè)計與管理課程設(shè)計報告 設(shè)計地點(diǎn)（單位）_ K802 _ 設(shè)計題目:_油庫設(shè)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(dǎo)教師評語: _ _ _ 成績（五級記分制）:_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）:_ _ 優(yōu)質(zhì)+材料摘要油庫是用來接收、儲存、發(fā)放原油或石油產(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(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地對保障國防和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。油庫中最重要的組成部分就是儲油區(qū)。儲油區(qū)又稱油罐區(qū)，是油庫儲存油品的區(qū)域，也是油庫的核心部門，安全上需要特別注意。這個區(qū)的首要任務(wù)是保證儲油安全，防止火災(zāi)和泄漏。本

2、課程設(shè)計將根據(jù)任務(wù)書中的要求，對油罐加熱器面積的計算，保溫管路的計算以及蒸汽鍋爐計算。在綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識的前提下，查閱了有關(guān)油庫各部分設(shè)計和計算的規(guī)范及資料，首先根據(jù)任務(wù)書中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)確定設(shè)計思路和要用到的計算公式、計算方法，經(jīng)濟(jì)、合理地確定儲油區(qū)的各個工藝。關(guān)鍵字：油庫 儲油區(qū) 油罐 優(yōu)質(zhì)+材料目錄摘要11 緒論32 參數(shù)設(shè)計42.1庫區(qū)氣象資料42.2原油參數(shù)52.3油罐參數(shù)53 儲油區(qū)油罐的確定53.1所需油罐參數(shù)64油品加熱工藝64.1油品加熱的目的74.2油品加熱的方法74.3油罐加熱器面積計算74.3.1 油品的平均溫度74.3.2 罐壁傳熱系數(shù)84.3.3油罐的總傳熱系數(shù)K

3、114.3.4單位時間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量Q114.3.5加熱器面積F125 加熱器的選擇155.1油罐管式加熱器結(jié)構(gòu)155.2分段式加熱器155.3蛇管式加熱器156 管路保溫166.1 概述保溫結(jié)構(gòu)作用166.2保溫結(jié)構(gòu)166.2.1管路保溫厚度對減少熱損失的作用分析166.2.2根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)條件決定保溫層厚度176.2.3蒸汽管路的熱力計算187 蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量197.1 鍋爐的用途197.2 蒸汽鍋爐的分類197.3蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量197.3.1蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量198 總結(jié)21參考文獻(xiàn)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

4、加工、成品油供應(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國家石油儲備和供應(yīng)的基地，它對于保障國防和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。此外，油庫是我國現(xiàn)代化建設(shè)和軍隊后勤建設(shè)的重要組成部分，也是油料儲存、供應(yīng)的基礎(chǔ)。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(shè)取得了長足的進(jìn)步?，F(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(zhuǎn)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(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行。我國油庫的發(fā)展是在較為薄弱的工業(yè)基礎(chǔ)上起步的，它與石油工業(yè)和國民建設(shè)的發(fā)展息息相

5、關(guān)。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(yīng)的油庫中的各種設(shè)施也日益復(fù)雜化、現(xiàn)代化。隨著石油工業(yè)的進(jìn)步和石油戰(zhàn)略地位的不斷提高，油庫的建設(shè)也越來越重要。本設(shè)計將根據(jù)本設(shè)計任務(wù)書要求設(shè)計油罐加熱器、油罐和管路保溫以及蒸汽鍋爐。為此，本設(shè)計將依據(jù)相關(guān)原始資料及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并針對相關(guān)主要工藝過程進(jìn)行選型計算。 2 參數(shù)設(shè)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)

6、37天；風(fēng)向?yàn)槲鞅薄?.2原油參數(shù)某油庫由管道輸進(jìn)原油30萬噸/年，全部由鐵路外運(yùn)；原油凝固點(diǎn)36，初餾點(diǎn)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(yīng)參數(shù)見表2.2表2.1油罐參數(shù)油罐類型標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(shè)計規(guī)范和郭光臣主編的油庫設(shè)計與管理P226中表5-2“石化公司北京設(shè)計院拱頂罐系列”，選

7、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(biāo)準(zhǔn)容積（m3）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(xué)算得：原油選用浮頂油罐.根據(jù)各種油品的設(shè)計容量計算結(jié)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(diǎn)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(jié)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(jìn)行加熱。油庫中對油品進(jìn)行加熱常出于用于降低油品在

8、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(jìn)原油破乳、使油品脫水和沉降雜質(zhì)、加速油品的調(diào)合和進(jìn)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(jìn)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(wù)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(jìn)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(dāng)時，用算術(shù)平均法求得，即公式 當(dāng)時，用算術(shù)平均法求得，即公式 已知平均溫度有1

9、5.4，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(dǎo)熱系數(shù)，W/m2； 罐壁的高度，m； 罐壁至周圍介質(zhì)的外部放熱系數(shù)，W/m2； 罐壁至周圍介質(zhì)的輻射放熱系數(shù)，W/m2。其中內(nèi)部放熱系數(shù)應(yīng)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(qiáng)制對流換熱公式計算，應(yīng)表示為Nu=(Pr*Re)的形式但考慮到空氣

10、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(dǎo)熱系數(shù)（可從表4.2查得），;D油罐直徑，m;Re雷諾數(shù)；風(fēng)速，按最冷月平均風(fēng)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(dǎo)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(zhì)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

11、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0.730.740.750.760.770.780.790.800.810.821.1511.1301.1080.9970.9740.9530.9310.9100.8880.8660.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.8450.8240.8030.7820.7600.7390.7180.6960.6740.6530.930.940.950.960.970.980.991.001.011.020.6320.6120.5920.572

12、0.5530.5340.5160.4970.4790.462表4.2 系數(shù)和值GrPr1.181/80.541/40.1351/3表4.3 大氣壓力為760mmHg的干空氣物理常數(shù)溫度t，40302010010203040導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2.1772.1982.2792.3612.4422.5122.5932.6752.756粘度 10.0410.8011.7912.4313.2814.1615.0616.0016.96表4.4 系數(shù)C和nReCn0.810.400.6250.460.1970.600.0230.80 4.3.3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

13、、罐頂和罐底。按油罐裝滿系數(shù)為計算，應(yīng)取為罐壁總面積的，應(yīng)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。 融化已凝固的那部分油品所需的熱量，J； 在加熱工程中單位時間內(nèi)散失于周圍介質(zhì)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(rèn)為6的蠟含量在長期冷卻過程中已全部

14、凝結(jié)。燃料油的凝固點(diǎn)不高于25，從表5.5查得，蠟的融解潛熱應(yīng)不高于219.0KJ/kg。油品總質(zhì)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(diǎn)，t，KJ/kg油品凝固點(diǎn)，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603.5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0.00172 m2/W。取表壓力為0.

15、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(shè)加熱器管壁溫度為100。對于各準(zhǔn)則的計算，定性溫度取為（100+13）=61.5。此處溫度為61.5時=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(shè)的加熱器管壁溫度：顯然原假設(shè)的加熱器管壁溫度100是合適的。加熱器的面積F：考慮到結(jié)垢、結(jié)污對傳

16、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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)件組成，每一分段構(gòu)件由24根平行的管子與兩會管連接而成。整個分段構(gòu)件可從人孔近出，便于安裝和檢修。幾個分段構(gòu)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(dú)的蒸汽進(jìn)口和冷凝水出口。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)某一組發(fā)生故障時，可單獨(dú)關(guān)閉該組閥門，而用其他完好的各組繼續(xù)進(jìn)行加熱作

17、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(shí)際需要來關(guān)開閉組數(shù)。缺點(diǎn)：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(yán)格要求含水量的油品，對于進(jìn)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(jié)構(gòu)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(shè)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(dǎo)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(jìn)出油管的兩側(cè)，各節(jié)均有單獨(dú)的蒸汽輸入管和冷凝水排出管，各節(jié)可單

18、獨(dú)調(diào)節(jié)以調(diào)整加熱面積。其優(yōu)點(diǎn)：蛇管在罐內(nèi)均勻分布，可提高油品加熱效果。缺點(diǎn)：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(jié)構(gòu)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(shè)備容量的作用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)又低于周圍介質(zhì)的月平均溫度，應(yīng)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(yīng)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(yīng)做保溫層。6.

19、2保溫結(jié)構(gòu)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(zhì)的溫度；、管路內(nèi)經(jīng)、外徑、保溫層外徑；、鋼管導(dǎo)熱系數(shù)、保溫材料導(dǎo)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(dǎo)率為，從參考文獻(xiàn)1的表4-13查得6.2.2根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)條件決定保溫層厚度在確定保溫層厚度時，應(yīng)綜合考慮保溫層投資費(fèi)用

20、和每年管路的熱能消耗費(fèi)用，使總的費(fèi)用最少，單位管長每年費(fèi)用等于每年的保溫層投資抵償金額和每年熱能消耗費(fèi)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(yùn)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(fèi)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(shè)的蒸汽管路，周圍介質(zhì)溫度就是大氣溫度?？偀嶙铻椋?式中 蒸汽管保溫層的熱阻，； 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(zhì)溫度，； 總熱阻，。管上為的蒸汽

21、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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(dǎo)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(yīng)優(yōu)質(zhì)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?xì)庹羝仩t等；按照構(gòu)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(jié)構(gòu)，大型蒸汽鍋爐多為三回程的臥式結(jié)構(gòu)。7.3蒸汽鍋爐的蒸汽消耗量當(dāng)采用飽和蒸汽作為熱源，不考慮冷凝水過冷時，認(rèn)為進(jìn)入加熱器的是干飽和蒸汽，從加熱器排出的是飽和冷凝水，則加熱器所需要的蒸汽量為：式中 加熱器所用的蒸汽量，；單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，；干飽和蒸汽的熱焓，；飽和冷凝水的熱焓，；表7.1油庫常用的燃煤型鍋爐的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 規(guī)格臥式快裝手燒爐臥式快裝條爐鏈KZ