第四章-油品加热及热力管道计算

第四章油品加热与热力管道计算§4-1油品加热与保温的目的及方法§4-2油品加热温度的确定§4-3油罐管式加热器的设计§4-4铁路油罐车的加热计算§4-5蒸汽管路的计算§4-6油罐及管路的保温§4-1

油品加热和保温的目的及方法油品加热的目的：降粘。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。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）蒸汽蒸汽直接加热法

蒸汽蒸汽间接加热法蒸汽热水垫层加热法热油循环加热法

内伴随：外伴随：

§4-2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）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。加热起始温度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=-GcdtdQ2=K∑Fi(t-tj)dτ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：油品比热容加热起始温度的确定：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周围介质温度：

§4-3油罐管式加热器的设计一、油罐管式加热器的种类按布置形式分

全面加热器

局部加热器按结构形式分

分段式加热器

蛇管式加热器图－4－1图－4－2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，℃。二、全面加热器的加热面积的计算

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：φ为过冷系数关于t1和t2

时，时，1、罐内油品平均温度ty

2、K0的计算其中为油罐的装满系数K

的计算

例题4—2在10000m3的地上拱顶油罐中储存20号农用柴油．已知油罐的平均直径D’为31.2m，罐壁高14.07m，拱顶曲率半径为37.27m．拱顶高为3.434m。油罐表面涂灰色，它的黑度ε为0.96。罐内装油高度达罐壁高的85%（即装油高为11.94m）。根据对所储油品的测定，已知，粘度指数u=0266，相对密度=0.913。油罐所在地最冷月大气月平均温度为-2℃，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6％。要求在72h内将全罐油品升温至2℃，以便向外发放。若进入加热器的蒸汽为表压0.408MPa的干饱和蒸汽，试计算油罐应装设的加热器面积。（2）求罐壁传热系数Kbi先假设罐壁平均温度tbi为10℃则，准则方程的定性温度为（1）求油品的平均温度11.5℃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a=0.00062）（油罐装油高度）根据上述参数计算准则Gr和Pr

从表4-7查得根据式（4-29）计算α1bi已知最冷月平均温度为-2℃．从表4-12可查得（插值）相应的空气的导热系数λqi=2.419×102W/m·℃，粘度νqi=13.11×10-6m2/s

。又已知风速v=2.5m/s，油罐直径D’=31.2m，可求得从表4－13可查得C=0.023,n=0.8根据式（4-30）计算α2bi已知黑度：ε=96，黑体辐射系数C=5.67w/m2·K4．tbi=10℃,tqi=12℃,可根据式（4-31）求α3bi

由于钢罐壁厚δbi很小，而它的导热系数λbi又较大，因此δbi/λbi在实际计算中可忽略。按式（4-28）计算罐壁传热系数Kbi。 用式（4—33）检验原假设的罐壁平均温度tbi是否正确。显然原假设的罐壁温度tbi=10℃是合适的。（3）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Kding=0.7w/m2·℃，取罐底传热系数Kdi＝0.21w/m2·℃。

罐壁面积:（4）计算油罐的总传热系数K罐顶面积:此处H指罐壁总高，h指罐壁装油高度，R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。

罐底面积:油罐总传热系数K按式（4—27）计算:（5）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

Q1，按式（4—21）计算上式中,在平均油温t

y=13℃时，ρ=9l4kg/m3，c＝1.733kJ/kg·℃，计算方法同前。融化蜡所需的热量Q2

，按式（4—22）计算上式中N=6，认为6％的蜡含量在长期冷却过程中已全部凝结。20号农柴的凝固点不高于20℃，从表4—11，查得，蜡的融解潜热应不高于217.7kJ/kg,油品总质量加热过程中散失于大气中的热量Q3，按式（4—23）计算此处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（4—20）计算:（6）计算加热器面积F

加热器采用φ60×3.5无缝钢管制作，

d=0.06m。加热器管组的传热系数

Kn按式（4—15)计算，附加热阻R取为0.00172m2℃/W，外部放热系数α2按式（4—17）计算。表压力为0.408MPa的蒸汽温度为151.11℃，已知罐内油品平均温度为13℃，先假设加热器管壁温度为110℃。对于各准则的计算，定性温度取为（110+13）/2=61.5℃此处温度为61℃时γ=0.00054,由式（7—52）算得:查表4—7ε=0.135,n=1/3: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110℃是合适的加热器的面积

F

按式（4—8）计算

:考虑到结垢、结污对传热效果的影响，增加10％左右的加热面积作为富裕量。取加热面积F=88m2。所需加热管的总长度:即要用468m长的φ60×3.5无缝钢管来制成加热器，才能满足本题的加热作业要求。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