第四章_油品加熱與熱力管道計算

1、第四章油品加熱與熱力管道計算第四章油品加熱與熱力管道計算n4-1 油品加熱與保溫的目的及方法油品加熱與保溫的目的及方法 n4-2 油品加熱溫度的確定油品加熱溫度的確定 n4-3 油罐管式加熱器的設計油罐管式加熱器的設計 n4-4 鐵路油罐車的加熱計算鐵路油罐車的加熱計算 n4-5 蒸汽管路的計算蒸汽管路的計算 n4-6油罐及管路的保溫油罐及管路的保溫4-1 油品加熱和保溫的目的及方法油品加熱和保溫的目的及方法n油品加熱的目的：降粘。油品加熱的目的：降粘。 n油罐及管線保溫的目的：油罐及管線保溫的目的： n經(jīng)濟目的：減小熱損失，降低能耗。經(jīng)濟目的：減小熱損失，降低能耗。 n生產(chǎn)目的：方便操作，減

2、少事故發(fā)生。生產(chǎn)目的：方便操作，減少事故發(fā)生。燒。、燃油加熱，使之能燃生；、進行潤滑油的凈化再、加速油品調(diào)和；雜質；、促使油品脫水和沉降、促進原油破乳；、加快裝卸速度；流動阻力；、降低油品粘度，減少加熱的目的7 6 5 4 3 2 1 價格高。護，作方便、有利于環(huán)境保、電能：設備簡單、操、熱空氣：熱焓低。大，使用不方便。、熱水：熱焓低，用量大氣壓。全，于制備、輸送、使用安、水蒸氣：熱焓高、易主要熱源 43283 1加熱方法加熱方法n油罐（車）加熱方法油罐（車）加熱方法 蒸汽直接加熱法蒸汽直接加熱法 蒸汽間接加熱法蒸汽間接加熱法 熱水墊層加熱法熱水墊層加熱法 熱油循環(huán)加熱法熱油循環(huán)加熱法 電加熱

3、法電加熱法 n油管線加熱方法油管線加熱方法 蒸汽伴隨加熱法（內(nèi)伴隨、外伴隨）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、感應加熱）電加熱法（直接加熱、間接加熱、感應加熱）蒸汽蒸汽直接加熱法蒸汽直接加熱法和農(nóng)用柴油偶爾使用。適用范圍：只有燃料油品中，影響油品質量。缺點：冷凝水留存于油率高。優(yōu)點：操作方便，熱效入被加熱油品。方法：把水蒸氣直接通蒸汽直接加熱法 蒸汽蒸汽間接加熱法蒸汽間接加熱法油品加熱。接接觸，適用于一切優(yōu)點：蒸汽與油品不直加熱套升溫加熱油品。方法：管式加熱或罐車蒸汽間接加熱法 蒸汽熱水墊層加熱法熱水墊層加熱法于地下水封油庫。要適用有方便的熱水來源。主通入蒸汽來補

4、充。要求層向油品傳熱，熱量靠依靠油品下面的熱水墊 熱油循環(huán)加熱法熱油循環(huán)加熱法質量。器，杜絕漏水影響油品攪拌設備，罐內(nèi)無加熱需用加熱，再用泵打回去，抽出部分油品到容器外熱油循環(huán)法 紅外線加熱。電阻加熱、感應加熱、電加熱法 ）感應加熱（線；）間接加熱：有電熱導（接加電；）直接加熱：對管路直（、電加熱內(nèi)伴熱、外伴熱、蒸汽管伴隨加熱管線加熱3 2 1 2 1 內(nèi)伴隨：內(nèi)伴隨：外伴隨：外伴隨：4-2油品加熱溫度的確定油品加熱溫度的確定n加熱起始溫度加熱起始溫度tys n（即冷卻過程的終了溫度）（即冷卻過程的終了溫度） n加熱終了溫度加熱終了溫度tyz n（即冷卻過程的起始溫度）（即冷卻過程的起始溫度）

5、加熱終了溫度的確定加熱終了溫度的確定n根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度： n油品性質油品性質 n作業(yè)性質作業(yè)性質 n地區(qū)及氣溫地區(qū)及氣溫 n節(jié)約能源節(jié)約能源 n安全因素安全因素假設條件：假設條件：n在冷卻過程中，油溫處處均勻一致；在冷卻過程中，油溫處處均勻一致； n在整個冷卻過程中，油品中無蠟析出；在整個冷卻過程中，油品中無蠟析出；n在整個冷卻過程中，油罐的總傳熱系數(shù)為常在整個冷卻過程中，油罐的總傳熱系數(shù)為常數(shù)；數(shù)； n在整個冷卻過程中，油品的比熱容為常數(shù)。在整個冷卻過程中，油品的比熱容為常數(shù)。加熱起始溫度加熱起始溫度n根據(jù)能量平衡可推導出加熱起始溫度：根據(jù)能量平衡可

6、推導出加熱起始溫度：n油品冷卻放出的熱量油品冷卻放出的熱量 = =油罐向周圍介質的油罐向周圍介質的散熱量散熱量 ndQ1 1=-=-GcdtndQ2 2= =KFi i( (t- -tj j) )d。油品的比熱容，；油品的總質量，度，散失的熱量為：內(nèi)，油品冷卻、在單位時間的殼層。層形成凝結度后油品開始凝固，外第二階段：到達凝點溫一般在第一階段。原油的冷卻至原油的凝點；油罐內(nèi)第一階段：從開始冷卻油品冷卻的兩個階段：kgJckgGGcdtdQdtdyy/ 1 點的情況。適用于終了溫度大于凝積分，得介質散失的熱量油品通過容器壁向周圍、油品散失的熱量等于周圍介質溫度，。油品溫度，；容器的總冷卻面積，；

7、總傳熱系數(shù)，質的熱量、經(jīng)容器散失到周圍介GcKFjyjyjyyjyyjyjyettttdGcKFttdtdttKFGcdtttmFmWKdttKFdQdQ 122)( )( 3 / )( 2GcFKjyzjysitttte式中：式中： tys：油品加熱起始溫度，：油品加熱起始溫度， tyz：油品加熱終了溫度：油品加熱終了溫度 tj ：油罐周圍介質溫度：油罐周圍介質溫度K：從油品到油罐周圍介質的總傳熱系數(shù)：從油品到油罐周圍介質的總傳熱系數(shù) Fi：油罐總散熱面積：油罐總散熱面積 ：冷卻時間：冷卻時間 G：油罐內(nèi)油品總質量：油罐內(nèi)油品總質量 c ：油品比熱容：油品比熱容加熱起始溫度的確定加熱起始溫度

8、的確定：地上固定頂油罐地上固定頂油罐 地上臥罐地上臥罐 埋地油罐埋地油罐 tj=年最冷月土壤平均溫度年最冷月土壤平均溫度 4214qitujtttqijtt 式中：式中： ttu：最冷月地表平均溫度；：最冷月地表平均溫度； tqi：最冷月油罐周圍大氣的平均溫度；：最冷月油罐周圍大氣的平均溫度；：油罐的高度和直徑的比值：油罐的高度和直徑的比值 周圍介質溫度周圍介質溫度：DHtttttqjqjtujj的比值，和直徑油罐的高度的平均溫度，；最冷月油罐周圍大氣，；最冷月地表平均溫度）立式地上罐：（度的土壤平均溫度；）地下罐：油罐埋入深（平均溫度；）埋地罐：最冷月土壤（大氣平均溫度；）地上臥式罐：最冷月

9、（的確定DH t42) 14( 4 3 2 1 tu4-3油罐管式加熱器的設計油罐管式加熱器的設計n一、油罐管式加熱器的種類一、油罐管式加熱器的種類n按布置形式分按布置形式分 全面加熱器全面加熱器 局部加熱器局部加熱器 n按結構形式分按結構形式分 分段式加熱器分段式加熱器 蛇管式加熱器蛇管式加熱器圖41圖42油品的工況。適用于短時間要發(fā)大量整個水平位置上，置在罐內(nèi)距罐底不高的）全面加熱器：均勻布（，一次發(fā)油量不多。不會冷卻至凝點的油品適用于粘度小、油罐內(nèi)收發(fā)油管附近，）局部加熱器：布置在（、按布置形式分 2 11罐。經(jīng)常調(diào)節(jié)加熱面積的油于含水要求不嚴格，需適用條件：易泄漏，對便于排除冷凝水。加

10、熱管有一定的坡度，水管。凝。罐外有總蒸汽管和冷蒸汽進口和冷凝水出口，每組有獨立的于連接，橫向匯管長度小根平行管與兩根匯管安裝、拆卸。每一段由成，便于直徑的無縫鋼管焊接而由）分段式加熱器（、按結構分500mm4250mm15 12）箱式加熱器（）換熱器式（）豎井式（、局部加熱器的油罐。對含水需要要求嚴格間連續(xù)加熱，油品質量適用條件：經(jīng)常、長時需要較高的蒸汽壓力。提高油品加熱效果。管在罐內(nèi)均勻分布，可蛇管有一定的坡度。蛇裝在金屬支架上。，用導向卡箍將蛇管安而成，中間有少量法蘭的無縫鋼管焊接而成，用由一根很長的管子彎曲、蛇管式加熱器321350mm15 (2)( 1/)2( m 1021212021

11、02yyyttKQFtttttmWKWQtttKQFF過冷，）當冷凝水在加熱器不（中的平均溫度，。罐內(nèi)油品在加熱過程的溫度，；熱源在加熱器出口處溫度，；熱源進入加熱器時的；品的總傳熱系數(shù)，熱源通過加熱器對油；所需的總熱量，單位時間內(nèi)加熱油品）按下式計算：（加熱面積油罐管式全面加熱器的加熱面積計算二、管式全面加熱器的式中：式中： F：加熱器加熱面積，：加熱器加熱面積，m2 2； Q：單位時間內(nèi)加熱器向油品提供的熱量，：單位時間內(nèi)加熱器向油品提供的熱量，W； K0 0：蒸汽通過加熱器對油品的總傳熱系數(shù)，；：蒸汽通過加熱器對油品的總傳熱系數(shù)，； t1 1：蒸汽在加熱器進口處的溫度，：蒸汽在加熱器進口

12、處的溫度，； t2 2：蒸汽在加熱器出口處的溫度，：蒸汽在加熱器出口處的溫度，； ty y：加熱過程中罐內(nèi)油品的平均溫度，：加熱過程中罐內(nèi)油品的平均溫度，。 2 . 11 . 12210ytttKQF二、全面加熱器的加熱面積的計算二、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，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：又忽略加熱管中的壓降，則有：t2 2= = t1 1 加熱器進口為飽和蒸汽，出口為過冷水，加熱器進口為飽和蒸汽，出口為過冷水，則加熱器的加熱面積為：則加熱器的加熱面積為： yttKQF10式中：式中：為過冷系數(shù)為過冷系數(shù) 關于關于t t1

13、1和和t t2 2不考慮冷凝水過冷問題一般卻放出熱量顯著減少，由于飽和水熱焓低，冷選取。為過冷系數(shù)，可根據(jù)表和溫度）當冷凝水溫度低于飽（5-4)( 210yttKQF2jysjyztttt2ysyzyttt2jysjyzttttjysjyzysyzjyttttttttln時，時，1、罐內(nèi)油品平均溫度罐內(nèi)油品平均溫度ty。油罐周圍介質溫度，；油品加熱終了溫度，；油品加熱起始溫度，jyzysttt。，至油品的外部放熱系數(shù)從加熱器管子最外層；加熱器管子的外徑，；積物導熱系數(shù)，水垢、管子、油品沉。的沉積物后各層直徑，壁水垢和油污等在管內(nèi)外管子的內(nèi)外徑及計入；內(nèi)部放熱系數(shù)，蒸汽向加熱器內(nèi)壁的（傳熱系數(shù)蒸

14、汽經(jīng)加熱器至油品總22211121110)1(12)1(11110/m/m /1ln2111)(ln2)()mWdmWdmWdddddKttdttddttdttdKiininiiiyibnibbiiiibqyq2 2、 K0 0的計算的計算可忽略。范圍內(nèi)，數(shù)值大，值在（計算如果有相變，可按下表可查表。是蒸汽導熱系數(shù)，若冷凝水不過冷，溫度取進出口平均溫度對流的放熱公式計算：狀態(tài)，按紊流強制粘度小，流動處于紊流由于蒸汽運動速度快，的計算）（dmWlvttd1213121806. 0111/11600350021. 1)1003400163. 1 PrRe0266. 0Nu 131的數(shù)值可查表。，、

15、油污對傳熱的影響，附加熱阻，考慮水垢的影響差別不大，忽略與）考慮到（RWmRRKddddniiiin/11 ln212220111。油品的定性溫度，油品密度，（油品導熱系數(shù)的大小，可查表。、系數(shù)，取決于、算按無限空間自然對流計的計算）（ttnGrdyyyyny15)00054. 015 .117 PrGrPr)( 3151522ysyzttGcQJQWQQQQQ11321 )1 4 ；，用于油品升溫的熱量；所需要的總熱量，單位時間內(nèi)加熱油品（需要的總熱量、單位時間內(nèi)加熱油品外徑。熱取內(nèi)徑，外部放熱取定性尺寸：管線內(nèi)部放是否正確。設，然后核算平均值。管外溫度先假術度和加熱器外壁溫度算定性溫度：油

16、品平均溫參數(shù)選?。骸?，被加熱油品的總質量；石蠟的融解潛熱，的含量；凝結的石蠟在油品中；量，內(nèi)向周圍介質散失的熱加熱過程中單位時間；的總熱量，融化凝固油品所需要kgGkgkJNttKFQWQGNQJQjyi/)( 100 3322)( 2)(1 01)(1001 2321jyijyiysyzjyiysyzttKFQttKFttGcQQttKFGNttGcQQQQ，則）若油品加熱只為保溫（，則點，）若油品未冷卻到凝固（代入上式，得、把didingbidididingdingbibiFFFFKFKFKK罐頂面積DHFDHFDFdingbidi142其中為油罐的裝滿系數(shù)K 的計算的計算是否合適。判斷，

17、用和求出，先假設用）罐壁傳熱系數(shù)罐壁面積。取罐頂面積加，取罐壁總面積的，油罐裝滿系數(shù)取、地上不保溫立式油罐油罐總傳熱系數(shù)biyqiybibibibibiqiybibiybibibibibibibibidingbididingbidididingdingbibittttKtKtttKttKKFFFFFFKFKFKKK1)()()(111 1595%0.95 1 11bi1321baobaobitudidididididingdingiiccdingdingdingKDKKKK 2811 3111 21321總傳熱系數(shù)、地上保溫立式油罐的）罐底的傳熱系數(shù)）罐頂傳熱系數(shù) 例題例題 42 在在 100

18、00m3的地上拱頂油罐中儲存的地上拱頂油罐中儲存 20 號號農(nóng)用柴油已知油罐的平均直徑農(nóng)用柴油已知油罐的平均直徑 D為為31.2m，罐壁高，罐壁高 14.07m ，拱頂曲率半徑為，拱頂曲率半徑為 37.27m 拱頂高為拱頂高為 3.434m 。油罐表面涂灰色，它的黑度油罐表面涂灰色，它的黑度為為0.96。罐內(nèi)裝油高度達罐壁。罐內(nèi)裝油高度達罐壁高的高的 85 % （即裝油高為（即裝油高為 11.94m ）。根據(jù)對所儲油品的）。根據(jù)對所儲油品的測定，已知，粘度指數(shù)測定，已知，粘度指數(shù)u=0266 ，相對密度，相對密度 =0.913 。油罐所在地最冷月大氣月平均溫度為油罐所在地最冷月大氣月平均溫度為

19、-2，平均風速為，平均風速為 2 .5m /s 。農(nóng)柴冬季在罐中長期儲存后沿罐壁和油面成很。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，已知罐內(nèi)平均油溫為厚的凝油層，但內(nèi)部并未凝結，已知罐內(nèi)平均油溫為 4，并已知凝結的石蠟占油品總重的并已知凝結的石蠟占油品總重的 6 。要求在。要求在 72h 內(nèi)將全內(nèi)將全罐油品升溫至罐油品升溫至 2，以便向外發(fā)放。若進入加熱器的蒸汽，以便向外發(fā)放。若進入加熱器的蒸汽為表壓為表壓0.408MPa 的干飽和蒸汽，試計算油罐應裝設的加的干飽和蒸汽，試計算油罐應裝設的加熱器面積。熱器面積。 154d（2）求罐壁傳熱系數(shù)）求罐壁傳熱系數(shù) Kbi先

20、假設罐壁平均溫度先假設罐壁平均溫度tbi為為 10 則，準則方程的定性溫度為則，準則方程的定性溫度為（1）求油品的平均溫度）求油品的平均溫度 11.5計算在定性溫度下的油品參數(shù)：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)（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）（油罐裝油高度） 根據(jù)上述參數(shù)計算準則根據(jù)上述參數(shù)計算準則 Gr 和和 Pr 從表從表4-7查得查得根據(jù)式（根據(jù)式（ 4 -29 ）計算）計算1bi 已知最冷月平均溫度為已知最冷月平均溫度為-2從表從表 4-12 可查得（插值）可查得（插值）相應的空氣的導熱系數(shù)相應的空氣的導熱系數(shù)qi

21、=2 . 41910 2W / m ，粘度，粘度qi=13. 11 10 -6m2 / s 。又已知風速。又已知風速 v = 2 .5m / s ，油罐，油罐直徑直徑 D = 31.2m ，可求得，可求得從表從表 413 可查得可查得 C= 0 . 023 , n= 0.8 根據(jù)式（根據(jù)式（ 4-30 ）計算）計算2bi已知黑度：已知黑度：=96 ，黑體輻射系數(shù)，黑體輻射系數(shù) C =5 . 67w / m2K 4tbi=10, tqi=12,可根據(jù)式可根據(jù)式（ 4 -31 4 -31 ）求求3bi 由于鋼罐壁厚由于鋼罐壁厚bi很小，而它的導熱系數(shù)很小，而它的導熱系數(shù)bi又較大，因又較大，因此此

22、bi /bi在實際計算中可忽略。按式（在實際計算中可忽略。按式（ 4 -28 ）計算罐壁）計算罐壁傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)Kbi 。用式（用式（ 433 ）檢驗原假設的罐壁平均溫度）檢驗原假設的罐壁平均溫度tbi是否正確。是否正確。顯然原假設的罐壁溫度顯然原假設的罐壁溫度tbi=10 是合適的。是合適的。 （3）確定罐頂和罐底的傳熱系數(shù)）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，可不進行詳細的計算而選用經(jīng)驗總傳熱系數(shù)的影響較小，可不進行詳細的計算而選用經(jīng)驗數(shù)值。取罐頂傳熱系數(shù)數(shù)值。取罐頂傳熱系數(shù) K

23、ding=0.7w / m2，取罐底傳熱系，取罐底傳熱系數(shù)數(shù)Kdi0.21 w / m2。 罐壁面積罐壁面積:（4）計算油罐的總傳熱系數(shù)）計算油罐的總傳熱系數(shù) K罐頂面積罐頂面積:此處此處 H 指罐壁總高，指罐壁總高， h 指罐壁裝油高度，指罐壁裝油高度， R 指拱頂?shù)那拾霃?，指拱頂?shù)那拾霃剑?f 指拱頂矢高。將不裝油的罐壁面積計入罐頂面積。指拱頂矢高。將不裝油的罐壁面積計入罐頂面積。 罐底面積罐底面積:油罐總傳熱系數(shù)油罐總傳熱系數(shù) K 按式（按式（ 427 ）計算）計算:（5）計算單位時間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量）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油品升溫所需的熱

24、量 Q1 ，按式（，按式（ 421 ）計算）計算上式中上式中,在平均油溫在平均油溫 t y= 13 時，時，=9l4kg / m3，c 1 . 733kJ / kg ，計算方法同前。計算方法同前。融化蠟所需的熱量融化蠟所需的熱量 Q2 ，按式（，按式（ 4 422 ）計算）計算上式中上式中 N =6 ，認為，認為 6 的蠟含量在長期冷卻過程中已全部的蠟含量在長期冷卻過程中已全部凝結。凝結。 20 號農(nóng)柴的凝固點不高于號農(nóng)柴的凝固點不高于20，從表，從表 411，查得，查得，蠟的融解潛熱應不高于蠟的融解潛熱應不高于217.7kJ / kg,油品總質量油品總質量加熱過程中散失于大氣中的熱量加熱過程

25、中散失于大氣中的熱量 Q3，按式（，按式（ 423 ）計算）計算此處此處 是指油罐總散熱面積。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（單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量按式（ 4 20 ）計算）計算:（6）計算加熱器面積）計算加熱器面積 F 加熱器采用加熱器采用603.5無縫鋼管制作，無縫鋼管制作， d=0.06m 。加熱。加熱器管組的傳熱系數(shù)器管組的傳熱系數(shù) Kn按式（按式（ 4 15 ) 計算，附加熱阻計算，附加熱阻 R 取取為為0.00172m2 / W ，外部放熱系數(shù)，外部放熱系數(shù)2按式（按式（ 4 17 ）計）計算。表壓力為算。表壓力為0.408MPa 的蒸汽溫度為的蒸汽

26、溫度為 151.11 ，已知罐，已知罐內(nèi)油品平均溫度為內(nèi)油品平均溫度為13 ，先假設加熱器管壁溫度為，先假設加熱器管壁溫度為110。對于各準則的計算，定性溫度取為對于各準則的計算，定性溫度取為（110+13）/2=61.5此處溫度為此處溫度為 61時時 = 0 . 00054 ,由式（由式（ 752 ）算得）算得:查表查表 47=0.135, n= 1 / 3:校核原假設的加熱器管壁溫度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顯然原假設的加熱器管壁溫度 110 是合適的是合適的 加熱器的面積加熱器的面積 F 按式（按式（ 48 ）計算）計算 :考慮到結垢、結污對傳熱效果的影響，增加考慮到結垢、結污對傳熱效果的影響，增加 10 左右的加左右的加熱面積作為富裕量。取加熱面積熱面積作為富裕量。取加熱面積 F = 88m2 。所需加熱管的總長度所需加熱管的總長度:即要用即要用468m長的長的603.5無縫鋼管來制成加熱器，才能滿無縫鋼管來制成加熱器，才能滿足本題的加熱作業(yè)要求。足本題的加熱作業(yè)要求。tuiibituiiccdingdingtututuHiibibiKmWKKK212121111 5/3 . 97 4111 11 3熱系數(shù)、地下臥式油罐的總傳熱系數(shù)、地上臥式油罐的總傳的總傳熱系數(shù)、直接埋土非金屬油罐NZZiiQ