第四章油品加热与热力管道计算课件.ppt

第四章油品加第四章油品加热与与热力管道力管道计算算n4-1 油品加油品加热与保温的目的及方法与保温的目的及方法 n4-2 油品加油品加热温度的确定温度的确定 n4-3 油罐管式加油罐管式加热器的器的设计 n4-4 铁路油罐路油罐车的加的加热计算算 n4-5 蒸汽管路的蒸汽管路的计算算 n4-6油罐及管路的保温油罐及管路的保温4-1 油品加油品加热和保温的目的及方法和保温的目的及方法n油品加油品加热的目的：降粘的目的：降粘 n油罐及管油罐及管线保温的目的：保温的目的： n经济目的：减小目的：减小热损失，降低能耗失，降低能耗 n生生产目的：方便操作，减少事故目的：方便操作，减少事故发生加加热方法方法n油罐（油罐（车）加）加热方法方法 蒸汽直接加蒸汽直接加热法法 蒸汽蒸汽间接加接加热法法 热水水垫层加加热法法 热油循油循环加加热法法 电加加热法法 n油管油管线加加热方法方法 蒸汽伴随加蒸汽伴随加热法（内伴随、外伴随）法（内伴随、外伴随） 电加加热法（直接加法（直接加热、间接加接加热、感、感应加加热）蒸汽蒸汽直接加蒸汽直接加热法法蒸汽蒸汽蒸汽间接加接加热法法蒸汽热水水垫层加加热法法热油循油循环加加热法法内伴随：内伴随：外伴随：外伴随：4-2油品加油品加热温度的确定温度的确定n加加热起始温度起始温度tys n（即冷却（即冷却过程的程的终了温度）了温度） n加加热终了温度了温度tyz n（即冷却（即冷却过程的起始温度）程的起始温度）加加热终了温度的确定了温度的确定n根据下列因素确定加根据下列因素确定加热终了温度：了温度： n油品性油品性质 n作作业性性质 n地区及气温地区及气温 n节约能源能源 n安全因素安全因素假假设条件：条件：n在冷却在冷却过程中，油温程中，油温处处均匀一致；均匀一致； n在整个冷却在整个冷却过程中，油品中无蜡析出；程中，油品中无蜡析出；n在整个冷却在整个冷却过程中，油罐的程中，油罐的总传热系数系数为常数；常数； n在整个冷却在整个冷却过程中，油品的比程中，油品的比热容容为常数。

常数加加热起始温度起始温度n根据能量平衡可推根据能量平衡可推导出加出加热起始温度：起始温度：n油品冷却放出的油品冷却放出的热量量 = =油罐向周油罐向周围介介质的的散散热量量 ndQ1 1=-=-GcdtndQ2 2= =KFi i( (t- -tj j) )d式中：式中： tys：油品加：油品加热起始温度，起始温度， tyz：油品加：油品加热终了温度了温度 tj ：油罐周：油罐周围介介质温度温度K：从油品到油罐周：从油品到油罐周围介介质的的总传热系数系数 Fi：油罐：油罐总散散热面面积 ：冷却：冷却时间 G：油罐内油品：油罐内油品总质量量 c ：油品比：油品比热容容加加热起始温度的确定起始温度的确定：地上固定地上固定顶油罐油罐 地上卧罐地上卧罐 埋地油罐埋地油罐 tj=年最冷月土壤平均温度年最冷月土壤平均温度 式中：式中： ttu：最冷月地表平均温度；：最冷月地表平均温度； tqi：最冷月油罐周：最冷月油罐周围大气的平均温度；大气的平均温度；：油罐的高度和直径的比：油罐的高度和直径的比值 周周围介介质温度温度：4-3油罐管式加油罐管式加热器的器的设计n一、油罐管式加一、油罐管式加热器的种器的种类n按布置形式分按布置形式分 全面加全面加热器器 局部加局部加热器器 n按按结构形式分构形式分 分段式加分段式加热器器 蛇管式加蛇管式加热器器图41图42式中：式中： F：加：加热器加器加热面面积，m2 2； Q：单位位时间内加内加热器向油品提供的器向油品提供的热量，量，W； K0 0：蒸汽通：蒸汽通过加加热器器对油品的油品的总传热系数，；系数，； t1 1：蒸汽在加：蒸汽在加热器器进口口处的温度，的温度，； t2 2：蒸汽在加：蒸汽在加热器出口器出口处的温度，的温度，； ty y：加：加热过程中罐内油品的平均温度，程中罐内油品的平均温度，。

二、全面加二、全面加热器的加器的加热面面积的的计算算加加热器入口是器入口是饱和蒸汽，出口是和蒸汽，出口是饱和水，和水，又忽略加又忽略加热管中的管中的压降，降，则有：有：t2 2= = t1 1 加加热器器进口口为饱和蒸汽，出口和蒸汽，出口为过冷水，冷水，则加加热器的加器的加热面面积为： 式中：式中：为过冷系数冷系数 关于关于t t1 1和和t t2 2时，时，1、罐内油品平均温度罐内油品平均温度ty2 2、 K0 0的的计算算其中为油罐的装满系数K 的的计算算 例题例题 42 在在 10000m3的地上拱顶油罐中储存的地上拱顶油罐中储存 20 号号农用柴油已知油罐的平均直径农用柴油已知油罐的平均直径 D为为31.2m，罐壁高，罐壁高 14.07m ，拱顶曲率半径为，拱顶曲率半径为 37.27m 拱顶高为拱顶高为 3.434m 油罐表面涂灰色，它的黑度油罐表面涂灰色，它的黑度为为0.96罐内装油高度达罐罐内装油高度达罐壁高的壁高的 85 % （即装油高为（即装油高为 11.94m ）根据对所储油品）根据对所储油品的测定，已知，粘度指数的测定，已知，粘度指数u=0266 ，相对密度，相对密度 =0.913 。

油罐所在地最冷月大气月平均温度为油罐所在地最冷月大气月平均温度为-2，平均风速为，平均风速为 2 .5m /s 农柴冬季在罐中长期储存后沿罐壁和油面成很农柴冬季在罐中长期储存后沿罐壁和油面成很厚的凝油层，但内部并未凝结，已知罐内平均油温为厚的凝油层，但内部并未凝结，已知罐内平均油温为 4，并已知凝结的石蜡占油品总重的，并已知凝结的石蜡占油品总重的 6 要求在 72h 内将内将全罐油品升温至全罐油品升温至 2，以便向外发放若进入加热器的蒸，以便向外发放若进入加热器的蒸汽为表压汽为表压0.408MPa 的干饱和蒸汽，试计算油罐应装设的的干饱和蒸汽，试计算油罐应装设的加热器面积加热器面积 （2）求罐壁传热系数）求罐壁传热系数 Kbi先假设罐壁平均温度先假设罐壁平均温度tbi为为 10 则，准则方程的定性温度为则，准则方程的定性温度为（1）求油品的平均温度）求油品的平均温度 11.5计算在定性温度下的油品参数：计算在定性温度下的油品参数：（式中油品相对密度的平均温度修正系数（式中油品相对密度的平均温度修正系数a=0.00062）（油罐装油高度）（油罐装油高度） 根据上述参数计算准则根据上述参数计算准则 Gr 和和 Pr 从表从表4-7查得查得根据式（根据式（ 4 -29 ）计算）计算1bi 已知最冷月平均温度为已知最冷月平均温度为-2从表从表 4-12 可查得（插值）可查得（插值）相应的空气的导热系数相应的空气的导热系数qi=2 . 41910 2W / m ，粘度，粘度qi=13. 11 10 -6m2 / s 。

又已知风速又已知风速 v = 2 .5m / s ，油罐，油罐直径直径 D = 31.2m ，可求得，可求得从表从表 413 可查得可查得 C= 0 . 023 , n= 0.8 根根据式（据式（ 4-30 ）计算）计算2bi已知黑度：已知黑度：=96 ，黑体辐射系数，黑体辐射系数 C =5 . 67w / m2K 4tbi=10, tqi=12,可根据式可根据式（ 4 -31 4 -31 ）求求3bi 由于钢罐壁厚由于钢罐壁厚bi很小，而它的导热系数很小，而它的导热系数bi又较大，因又较大，因此此bi /bi在实际计算中可忽略按式（在实际计算中可忽略按式（ 4 -28 ）计算罐壁传）计算罐壁传热系数热系数Kbi 用式（用式（ 433 ）检验原假设的罐壁平均温度）检验原假设的罐壁平均温度tbi是否正确是否正确显然原假设的罐壁温度显然原假设的罐壁温度tbi=10 是合适的是合适的 （3）确定罐顶和罐底的传热系数）确定罐顶和罐底的传热系数罐顶和罐底的传热系数比较小，相对于罐壁它们对油罐的罐顶和罐底的传热系数比较小，相对于罐壁它们对油罐的总传热系数的影响较小，可不进行详细的计算而选用经验总传热系数的影响较小，可不进行详细的计算而选用经验数值。

取罐顶传热系数数值取罐顶传热系数 Kding=0.7w / m2，取罐底传热系，取罐底传热系数数Kdi0.21 w / m2 罐壁面积罐壁面积:（4）计算油罐的总传热系数）计算油罐的总传热系数 K罐顶面积罐顶面积:此处此处 H 指罐壁总高，指罐壁总高， h 指罐壁装油高度，指罐壁装油高度， R 指拱顶的曲率半径，指拱顶的曲率半径， f 指拱顶矢高将不装油的罐壁面积计入罐顶面积指拱顶矢高将不装油的罐壁面积计入罐顶面积 罐底面积罐底面积:油罐总传热系数油罐总传热系数 K 按式（按式（ 427 ）计算）计算:（5）计算单位时间内加热油品所需的总传热量）计算单位时间内加热油品所需的总传热量 Q油品升温所需的热量油品升温所需的热量 Q1 ，按式（，按式（ 421 ）计算）计算上式中上式中,在平均油温在平均油温 t y= 13 时时，=9l4kg / m3，c 1 . 733kJ / kg ，计计算方法同前算方法同前融化蜡所需的融化蜡所需的热热量量 Q2 ，按式（，按式（ 4 422 ）计计算算上上式式中中 N =6 ，认认为为 6 的的蜡蜡含含量量在在长长期期冷冷却却过过程程中中已已全全部部凝凝结结。

20 号号农农柴柴的的凝凝固固点点不不高高于于20，从从表表 411，查查得得，蜡的融解潜热应不高于蜡的融解潜热应不高于217.7kJ / kg,油品总质量油品总质量加热过程中散失于大气中的热量加热过程中散失于大气中的热量 Q3，按式（，按式（ 423 ）计算）计算此处此处 是指油罐总散热面积是指油罐总散热面积单位时间内加热油品所需的总热量按式（单位时间内加热油品所需的总热量按式（ 4 20 ）计算）计算:（6）计算加热器面积）计算加热器面积 F 加加热热器器采采用用603.5无无缝缝钢钢管管制制作作， d=0.06m 加加热热器器管管组组的的传传热热系系数数 Kn按按式式（ 4 15 ) 计计算算，附附加加热热阻阻 R 取取为为0.00172m2 / W ，外外部部放放热热系系数数2按按式式（ 4 17 ）计计算算表表压压力力为为0.408MPa 的的蒸蒸汽汽温温度度为为 151.11 ，已已知知罐罐内内油油品品平平均均温温度度为为13 ，先先假假设设加加热热器器管管壁壁温温度度为为110对对于于各准则的计算，定性温度取为各准则的计算，定性温度取为（110+13）/2=61.5此处温度为此处温度为 61时时 = 0 . 00054 ,由式（由式（ 752 ）算得）算得:查表查表 47=0.135, n= 1 / 3:校核原假设的加热器管壁温度校核原假设的加热器管壁温度显然原假设的加热器管壁温度显然原假设的加热器管壁温度 110 是合适的是合适的 加热器的面积加热器的面积 F 按式（按式（ 48 ）计算）计算 :考考虑虑到到结结垢垢、结结污污对对传传热热效效果果的的影影响响，增增加加 10 左左右右的的加加热面积作为富裕量。

取加热面积热面积作为富裕量取加热面积 F = 88m2 所需加热管的总长度所需加热管的总长度:即即要要用用468m长长的的603.5无无缝缝钢钢管管来来制制成成加加热热器器，才才能能满满足足本题的加热作业要求本题的加热作业要求式中：式中： GZ：加热器蒸汽耗量，：加热器蒸汽耗量，kg/s； Q：加热所需总热量，：加热所需总热量，W； iZ：加热器进口处干饱和蒸汽的热焓值，：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，：加热器出口处饱和冷凝水的热焓值，J/kg； 三、蒸汽耗量的三、蒸汽耗量的计算算加加热器器总长 蛇管式加蛇管式加热器分段器分段长度度式中：式中： D：加：加热器管外径，器管外径，m； C=0.00005 m-1； P1：加：加热器器进口蒸汽口蒸汽压力，力，Pa； P2：加：加热器出口蒸汽和冷凝水器出口蒸汽。