第四章油品加熱與熱力管道計算課件

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§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?！?-1油品加熱和保溫的目的及方法油品加熱的目的：降粘。第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件加熱方法油罐（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（內伴隨、外伴隨）

電加熱法（直接加熱、間接加熱、感應加熱）加熱方法油罐（車）加熱方法蒸汽蒸汽直接加熱法

蒸汽蒸汽直接加熱法

蒸汽蒸汽間接加熱法蒸汽蒸汽間接加熱法第四章油品加熱與熱力管道計算課件蒸汽熱水墊層加熱法蒸汽熱水墊層加熱法熱油循環(huán)加熱法

熱油循環(huán)加熱法

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件內伴隨：內伴隨：外伴隨：

外伴隨：

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件§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）§4-2油品加熱溫度的確定加熱起始溫度tys加熱終了溫度的確定根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：油品性質作業(yè)性質地區(qū)及氣溫節(jié)約能源安全因素加熱終了溫度的確定根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：假設條件：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)。假設條件：在冷卻過程中，油溫處處均勻一致；加熱起始溫度根據(jù)能量平衡可推導出加熱起始溫度：油品冷卻放出的熱量=油罐向周圍介質的散熱量dQ1=-GcdtdQ2=K∑Fi(t-tj)dτ加熱起始溫度根據(jù)能量平衡可推導出加熱起始溫度：第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件式中：

tys：油品加熱起始溫度，

tyz：油品加熱終了溫度

tj

：油罐周圍介質溫度

K：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

τ：冷卻時間

G：油罐內油品總質量

c

：油品比熱容加熱起始溫度的確定：式中：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溫度：

地上固定頂油罐式中：周圍介質溫度：

第四章油品加熱與熱力管道計算課件§4-3油罐管式加熱器的設計一、油罐管式加熱器的種類按布置形式分

全面加熱器

局部加熱器按結構形式分

分段式加熱器

蛇管式加熱器§4-3油罐管式加熱器的設計一、油罐管式加熱器的種類圖－4－1圖－4－1圖－4－2圖－4－2第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件式中：

F：加熱器加熱面積，m2；

Q：單位時間內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：加熱過程中罐內油品的平均溫度，℃。二、全面加熱器的加熱面積的計算

式中：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)關于t1和t2

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第四章油品加熱與熱力管道計算課件時，時，1、罐內油品平均溫度ty

時，時，1、罐內油品平均溫度ty

2、K0的計算2、K0的計算第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件其中為油罐的裝滿系數(shù)K

的計算

其中為油罐的裝滿系數(shù)K的計算

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件

例題4—2

在10000m3的地上拱頂油罐中儲存20號農用柴油．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。罐內裝油高度達罐壁高的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℃，平均風速為2.5m/s

。農柴冬季在罐中長期儲存后沿罐壁和油面成很厚的凝油層，但內部并未凝結，已知罐內平均油溫為4℃，并已知凝結的石蠟占油品總重的6％。要求在72h

內將全罐油品升溫至2℃，以便向外發(fā)放。若進入加熱器的蒸汽為表壓0.408MPa的干飽和蒸汽，試計算油罐應裝設的加熱器面積。例題4—2在10000m3的地（2）求罐壁傳熱系數(shù)Kbi先假設罐壁平均溫度tbi為10℃則，準則方程的定性溫度為（1）求油品的平均溫度11.5℃（2）求罐壁傳熱系數(shù)Kbi（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）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根據(jù)上述參數(shù)計算準則Gr和Pr

從表4-7查得根據(jù)式（4-29）計算α1bi根據(jù)上述參數(shù)計算準則Gr和Pr從表4-7查得根據(jù)式（

已知最冷月平均溫度為-2℃．從表4-12可查得（插值）相應的空氣的導熱系數(shù)λqi=2.419×102W/m·℃，粘度νqi=13.11×10-6m2/s

。又已知風速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已知最冷月平均溫度為-2℃．從表4

由于鋼罐壁厚δbi很小，而它的導熱系數(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。 由于鋼罐壁厚δbi很小，而它的導熱系數(shù)λb

用式（4—33）檢驗原假設的罐壁平均溫度tbi是否正確。顯然原假設的罐壁溫度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，可不進行詳細的計算而選用經(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 用式（4—33）檢驗原假設的罐壁平均溫度tbi是否正確罐頂面積: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:罐頂面積:此處H指罐壁總高，h指罐壁裝油高度，R（5）計算單位時間內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（5）計算單位時間內加熱油品所需的總傳熱量Q上式中,在平均上式中N=6，認為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全部凝結。20號農柴的凝固點不高于20℃，從表4—11，查得，蠟的融解潛熱應不高于217.7kJ/kg,油品總質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。上式中N=6，認為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全單位時間內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℃，已知罐內油品平均溫度為13℃，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（110+13）/2=61.5℃單位時間內加熱油品所需的總熱量按式（4—20）計算:（此處溫度為

61℃時γ=0.00054,由式（7—52）算得:此處溫度為61℃時γ=0.00054,由式（7查表4—7ε=0.135,n=1/3: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110℃是合適的查表4—7ε=0.135,n=1/3:校核原假設的加熱器的面積

F

按式（4—8）計算

: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。加熱器的面積F按式（4—8）計算:考慮到結垢、結污第四章油品加熱與熱力管道計算課件式中：

GZ：加熱器蒸汽耗量，kg/s；

Q：加熱所需總熱量，W；

iZ：加熱器進口處干飽和蒸汽的熱焓值，J/kg；

iN：加熱器出口處飽和冷凝水的熱焓值，J/kg；三、蒸汽耗量的計算式中：三、蒸汽耗量的計算加熱器總長蛇管式加熱器分段長度式中：

D：加熱器管外徑，m；

C=0.00005m-1；

P1：加熱器進口蒸汽壓力，Pa；

P2：加熱器出口蒸汽和冷凝水壓力，Pa；

tZ：飽和蒸汽溫度，℃；

λH：汽水混合物的摩阻系數(shù)。四、蛇管式加熱器分段長度的計算

加熱器總長式中：四、蛇管式加熱器分段長度的計算

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件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§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?！?-1油品加熱和保溫的目的及方法油品加熱的目的：降粘。第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件加熱方法油罐（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（內伴隨、外伴隨）

電加熱法（直接加熱、間接加熱、感應加熱）加熱方法油罐（車）加熱方法蒸汽蒸汽直接加熱法

蒸汽蒸汽直接加熱法

蒸汽蒸汽間接加熱法蒸汽蒸汽間接加熱法第四章油品加熱與熱力管道計算課件蒸汽熱水墊層加熱法蒸汽熱水墊層加熱法熱油循環(huán)加熱法

熱油循環(huán)加熱法

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件內伴隨：內伴隨：外伴隨：

外伴隨：

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件§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）§4-2油品加熱溫度的確定加熱起始溫度tys加熱終了溫度的確定根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：油品性質作業(yè)性質地區(qū)及氣溫節(jié)約能源安全因素加熱終了溫度的確定根據(jù)下列因素確定加熱終了溫度：假設條件：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)。假設條件：在冷卻過程中，油溫處處均勻一致；加熱起始溫度根據(jù)能量平衡可推導出加熱起始溫度：油品冷卻放出的熱量=油罐向周圍介質的散熱量dQ1=-GcdtdQ2=K∑Fi(t-tj)dτ加熱起始溫度根據(jù)能量平衡可推導出加熱起始溫度：第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件式中：

tys：油品加熱起始溫度，

tyz：油品加熱終了溫度

tj

：油罐周圍介質溫度

K：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

τ：冷卻時間

G：油罐內油品總質量

c

：油品比熱容加熱起始溫度的確定：式中：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溫度：

地上固定頂油罐式中：周圍介質溫度：

第四章油品加熱與熱力管道計算課件§4-3油罐管式加熱器的設計一、油罐管式加熱器的種類按布置形式分

全面加熱器

局部加熱器按結構形式分

分段式加熱器

蛇管式加熱器§4-3油罐管式加熱器的設計一、油罐管式加熱器的種類圖－4－1圖－4－1圖－4－2圖－4－2第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件式中：

F：加熱器加熱面積，m2；

Q：單位時間內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：加熱過程中罐內油品的平均溫度，℃。二、全面加熱器的加熱面積的計算

式中：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)關于t1和t2

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第四章油品加熱與熱力管道計算課件時，時，1、罐內油品平均溫度ty

時，時，1、罐內油品平均溫度ty

2、K0的計算2、K0的計算第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件其中為油罐的裝滿系數(shù)K

的計算

其中為油罐的裝滿系數(shù)K的計算

第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件第四章油品加熱與熱力管道計算課件

例題4—2

在10000m3的地上拱頂油罐中儲存20號農用柴油．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。罐內裝油高度達罐壁高的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℃，平均風速為2.5m/s

。農柴冬季在罐中長期儲存后沿罐壁和油面成很厚的凝油層，但內部并未凝結，已知罐內平均油溫為4℃，并已知凝結的石蠟占油品總重的6％。要求在72h

內將全罐油品升溫至2℃，以便向外發(fā)放。若進入加熱器的蒸汽為表壓0.408MPa的干飽和蒸汽，試計算油罐應裝設的加熱器面積。例題4—2在10000m3的地（2）求罐壁傳熱系數(shù)Kbi先假設罐壁平均溫度tbi為10℃則，準則方程的定性溫度為（1）求油品的平均溫度11.5℃（2）求罐壁傳熱系數(shù)Kbi（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）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根據(jù)上述參數(shù)計算準則Gr和Pr

從表4-7查得根據(jù)式（4-29）計算α1bi根據(jù)上述參數(shù)計算準則Gr和Pr從表4-7查得根據(jù)式（

已知最冷月平均溫度為-2℃．從表4-12可查得（插值）相應的空氣的導熱系數(shù)λqi=2.419×102W/m·℃，粘度νqi=13.11×10-6m2/s

。又已知風速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已知最冷月平均溫度為-2℃．從表4

由于鋼罐壁厚δbi很小，而它的導熱系數(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。 由于鋼罐壁厚δbi很小，而它的導熱系數(shù)λb

用式（4—33）檢驗原假設的罐壁平均溫度tbi是否正確。顯然原假設的罐壁溫度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，可不進行詳細的計算而選用經(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 用式（4—33）檢驗原假設的罐壁平均溫度tbi是否正確罐頂面積: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:罐頂面積:此處H指罐壁總高，h指罐壁裝油高度，R（5）計算單位時間內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（5）計算單位時間內加熱油品所需的總傳熱量Q上式中,在平均上式中N=6，認為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全部凝結。20號農柴的凝固點不高于20℃，從表4—11，查得，蠟的融解潛熱應不高于217.7kJ/kg,油品總質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。上式中N=6，認為6％的蠟含量在長期冷卻過程中已全單位時間內加熱油品所需的總熱量按式（

4—20）計算:（6）