Коршак А.А., Коробков Г.Е., Муфтахов Е.М. Нефтебазы и АЗС

Подождите немного. Документ загружается.

251

ленты показано на рис. 6.2. Еe конструкция включает штепсельный

разъем 1, концевую заделку 2, герметизирующую оболочку 3, стекло-

волоконную основу 4, нагревательные жилы 5 и токоведущие про-

вода 6. Соединяя электронагревательные ленты последовательно,

можно получить нагревательные элементы большой длины. Удель-

ная мощность лент в зависимости от конструкции составляет от 40

до 750 Вт/м.

Устройство электронагревательного кабеля показано на рис. 6.3.

Нетрудно видеть, что оно аналогично электронагревательным

лентам.

Рис. 6.3. Гибкий электронагревательный кабель:

1 — токоподводящие жилы; 2 — греющий элемент; 3 — изоляция из

фторполимера; 4 — луженая медная оплетка; 5 — наружная оболочка

В качестве примера на рисунке приведено исполнение паро-

и электроподогрева сливных устройств железнодорожных цистерн.

Греющие кабели и ленты монтируются на трубах параллельно их

оси (в одну или несколько «ниток»), а также по спирали. При надле-

жащем соблюдении правил монтажа гибкие электронагревательные

элементы обеспечивают эффективный, экономичный и пожаробе-

зопасный подогрев.

Подогрев нефтепродуктов в железнодорожных цистернах

Для подогрева нефтепродуктов в железнодорожных цистернах

используются паровые и электрические подогреватели, а также цир-

куляционный и электроиндукционный нагрев.

Стационарные паровые подогреватели бывают двух типов:

внутренние и наружные. Внутренний подогреватель трубчато-

го типа монтируется в нижней части железнодорожной цистерны,

252

а наружный (в виде «паровой рубашки») — вокруг нижней полови-

ны котла цистерны. В обоих случаях устраивается паровая рубаш-

ка вокруг сливного прибора, через которую и осуществляется ввод

пара в подогреватель.

Недостатком закрытых трубчатых подогревателей является то,

что в первую очередь прогреваются слои нефтепродукта, примы-

кающие к трубам-змеевикам, а продолжительность нагрева основ-

ной массы жидкости весьма велика. Кроме того, они быстро выхо-

дят из строя вследствие коррозии.

Данного недостатка лишено переносное устройство для подогре-

ва высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах

типа ПГМП-4 (рис. 6.4). Оно состоит из двух трубчатых подогрева-

телей 1, снабженных шнековыми насосами 5. В качестве теплоноси-

теля используется пар, подаваемый по трубе 3. Вращение шнеков

осуществляется посредством электродвигателя 2 через вал 4 и ре-

дуктор 7.

Устройство в сложенном состоянии погружается в продукт че-

рез люк цистерны. Здесь под действием силы тяжести трубчатые по-

догреватели, благодаря шарниру 8, занимают горизонтальное поло-

жение. Одновременно с подачей пара включается электродвигатель.

Шнеки выкачивают нагретую жидкость из внутренней полости по-

догревателей и направляют еe в торцевые части цистерны и к слив-

ному прибору. Освободившееся место занимает холодная жидкость.

Благодаря циркуляции интенсивность теплообмена увеличивается

в 2…3 раза. Соответственно уменьшается время подогрева.

Переносные электрические подогреватели (рис. 6.5) также по-

лучили достаточно широкое распространение.

Электрогрелки имеют каркас из стальных прутьев, на которые

надеты фарфоровые цилиндры со специальной винтовой нарезкой.

В еe пазы уложен проводник, обладающий высоким удельным оми-

ческим сопротивлением. Концы прутьев с фарфоровыми цилиндра-

ми укреплены в панелях, на которые выведены концы нагреватель-

ных обмоток. Эти контакты соединяют двумя способами: на звезду

или на треугольник.

Недостатком электрогрелок является значительная продол-

жительность подогрева нефтепродукта в цистерне вследствие от-

253

сутствия перемешивающих устройств, повышенная пожароопас-

ность.

Электрическое подогревательное устройство ЭГМП по кон-

струкции аналогично пароподогревателю ПГМП-4: оно так же рас-

кладывается внутри цистерны, так же снабжено шнековыми на-

сосами для обеспечения вынужденной конвекции подогреваемой

жидкости и т. д. Отличие заключается в том, что вместо трубчатых

пароподогревателей в конструкции ЭГМП используются электро-

подогреватели.

Рис. 6.4. Подогреватель ПГМП-4

254

Рис. 6.5. Переносные электрические подогреватели: а) круглый; б) секционный

255

Электроподогрев железнодорожных цистерн также может быть

осуществлен снаружи с помощью электронагревательных кабелей

и лент. Наиболее целесообразно размещать их в нижней части котла

цистерны, когда на подогрев нефтепродукта расходуется наиболь-

шее количество подводимой теплоты. Очень эффективно примене-

ние теплоизоляционного кожуха поверх электронагревательных ка-

белей и лент.

Для безопасной эксплуатации подобных подогревателей зазем-

ляют все металлические части эстакад, аппаратуру, железнодорож-

ные цистерны и рельсы. Тупик, на котором производится подогрев,

изолируют от общих путей.

Метод циркуляционного подогрева основан на передаче теп-

ла от горячего нефтепродукта к холодному в результате их интен-

сивного перемешивания. Перед сливом нефтепродукта из цистерны

(рис. 6.6) на еe сливном патрубке устанавливают паровую рубашку,

в которую подают пар. Это позволяет слить часть нефтепродукта,

который по шлангу 4 направляется в теплообменник 10. Здесь он на-

гревается до 40…50 °С и насосом 7 по шарнирному трубопроводу 2

через устройство 1 с раскладывающимися трубами-соплами пода-

eтся внутрь цистерны. Поскольку горячий нефтепродукт на выходе

из сопел имеет давление 1…1,2 МПа, то он интенсивно перемешива-

ется с холодным, отдавая последнему часть своего тепла.

Далее в теплообменник 10 из цистерны поступает уже смесь хо-

лодного и горячего нефтепродуктов. Она нагревается и также за-

качивается насосом 11 в цистерну 5. Таким образом, температура

нефтепродукта в ней постепенно увеличивается. Когда она достиг-

нет заранее установленной величины, приступают к откачке неф-

тепродукта в приемный резер вуар. Однако часть нефтепродукта

продолжает циркулировать по системе теплообменник — насос —

цистерна — теплообменник, чтобы компенсировать потери тепла

в окружающую среду.

Сущность электроиндукционного подогрева заключается в том,

что вокруг цистерны при помощи обмотки, по которой пропуска-

ют переменный ток, создается электрическое поле. При этом стенки

цистерны нагреваются, а тепло от них передается нефтепродукту.

256

Рис. 6.6. Установка циркуляционного подогрева и герметизированного слива УРС-2: 1 — гидромониторное устройство

УР-5; 2 —шарнирный трубопровод; 3 — кран-укосина с лебедкой; 4 — гибкий шланг; 5 — установка нижнего сли-

ва АСН-8Б; 6 — электродвигатель; 7 — винтовой насос МВН-10; 8 — продуктопровод от теплообменника к насо-

су; 9, 11 — вентиль; 10 — теплообменник

257

Подогрев нефтепродуктов в резервуарах

Для подогрева нефтепродуктов в резервуарах используют труб-

чатые паровые подогреватели, электронагревательные кабели и лен-

ты, а также циркуляционный подогрев.

Трубчатые подогреватели, применяемые в резервуарах, быва-

ют секционные и змеевиковые. Они представляют собой систему

из тонкостенных сварных труб, уложенных на дне резервуара в виде

отдельных секций или змейки. Теплоноситель, проходящий по сис-

теме труб, отдает свое тепло нефтепродукту, не соприкасаясь с ним.

Общий вид секционного парового подогревателя, устанавливае-

мого на днище резервуара, показан на рис. 2.10. Он комплектуется

из отдельных стандартных элементов, каждый из которых состоит

из четырех параллельных труб, снабженных общими коллекторами

диаметром 108 мм и длиной 450 мм с обоих торцов. Подогреватель-

ные элементы (ПЭ) стандартизированы по размерам (табл. 6.3), что

облегчает их подбор при известной необходимой площади нагрева.

Таблица 6.3 — Размеры подогревательных элементов

Тип ПЭ-1 ПЭ-2 ПЭ-3 ПЭ-4 ПЭ-5 ПЭ-6

Поверхность нагрева, м

1,7 2,06 2,42 3,14 3,86 4,58

Секции парового подогревателя устанавливаются на днище ре-

зервуара с уклоном в сторону отвода конденсата.

Подогрев всего нефтепродукта в резервуаре может быть так-

же осуществлен с помощью электронагревательных кабелей и лент.

В горизонтальных резервуарах он выполняется так же, как при подо-

греве нефтепродуктов в железнодорожных цистернах. Схема подо-

грева всего нефтепродукта в вертикальных цилиндрических резер-

вуарах показана на рис. 6.7. Она предусматривает зигзагообразную

укладку нагревательного элемента на вертикальной стенке eмкости,

который закрепляется с помощью уголков. Эффективность такого

способа подогрева обеспечивается одновременным применением

тепловой изоляции.

При отпуске высоковязких нефтепродуктов малыми партиями

наиболее целесообразно применение местного подогрева. Для это-

го используются шахтные и секционные подогреватели. Шахтный

258

подогреватель (рис. 6.8а) состоит из кожуха 1, защищенного тепло-

вой изоляцией 2. Внутрь кожуха входит конец приемной трубы 3,

вокруг которой расположен змеевиковый подогреватель 4. Нефте-

продукт, откачиваемый из резервуара, проходит через «окна» 5, рас-

положенные между кожухом и днищем резервуара, нагревается

змеевиковым подогревателем и поднимается вверх к входному от-

верстию приемной трубы.

Рис. 6.7. Устройство для электроподогрева стальных резервуаров:

1 — корпус резервуара; 2 — кабель; 3 — стальной уголок; 4 — контакт-

ные пластины; 5 — разделительный трансформатор

Рис. 6.8. Местные подогреватели: а — шахтный; б — секционный

259

Наиболее мощные местные подогреватели — секционные труб-

чатой конструкции (рис. 6.8б), которые состоят из трех ветвей, рас-

положенных на различной высоте внутри кожуха. Каждая ветвь

имеет четыре параллельные секции. Коэффициент полезного дей-

ствия таких подогревателей близок к единице.

Кроме вышеперечисленных, в резервуарах можно применять

электроподогрев и циркуляционный подогрев.

6.4. Расчет продолжительности подогрева

Для определения продолжительности подогрева нефтепродукта

в резервуарах и емкостях составим уравнение теплового баланса.

Пусть в единицу времени к подогреваемому нефтепродукту

подводится количество тепла q

, в результате чего за время dτ его

средняя температура увеличивается на величину dT. Подводимое

в количестве q

· dτ тепло расходуется на увеличение теплосодер-

жания нефтепродукта — G·С

· dТ и на расплавление отложений —

нк кк

G ε

æ⋅⋅

⋅

−

а также частично теряется в окружающую среду —

· F · (Т – Т

) · dτ. Соответственно, уравнение теплового баланса

для рассматриваемого случая имеет вид

()

p т o

нк кк

G ε

G C dT dT q K FTT d

æ⋅⋅

⋅⋅+ ⋅ = −⋅⋅− ⋅

⎡⎤

⎣⎦

−

(6.35)

где æ — удельная теплота плавления отложений; ε

— массовая до-

ля кристаллизующегося вещества в нефтепродукте; Т

нк

, Т

кк

— тем-

пературы соответственно начала и конца кристаллизации отложе-

ний.

Остальные обозначения те же, что и в формуле (6.1). Разделяя

переменные, получаем

()

нк кк

т o

T Т

dτ dT

qFTT

⎛⎞

⋅

⋅+

⎜⎟

−

⎝⎠

=⋅

−⋅⋅−

(6.36)

Интегрируя левую часть (6.36) от 0 до τ

, а правую от Т

до Т

, бу-

дем иметь

260

()

п p

нк кк т o

τ GC

TT q FTT

⎛⎞

⋅

=⋅ + ⋅ =

⎜⎟

−−⋅⋅−

⎝⎠

∫

(6.37)

()

твo

нк кк т п o

qFTT

FTTqFTT

−⋅⋅ −

⎛⎞

⋅

⋅+ ⋅

⎜⎟

⋅−−⋅⋅−

⎝⎠

6.5. Выбор температуры подогрева нефтепродукта

Выбор температуры подогрева нефтепродукта производится

в соответствии с решаемой производственной задачей и типом осу-

ществляемой операции.

Первый случай. Самотечный слив

В данной ситуации требование одно: продолжительность слива

не должна превышать некой допустимой величины [τ

сл

При сливе через короткий патрубок с учетом (5.17) данное

условие может быть записано как

[]

цц ц

сл

LD D

⋅⋅

⋅≤

⋅⋅

(6.38)

Откуда требуемая величина коэффициента расхода сливного

прибора

[]

ццц

сл

LDD

τ fg

⋅

≥⋅

⋅⋅

(6.39)

С другой стороны, при использовании, например, универсаль-

ного сливного прибора величина μ

описывается формулой (5.18).

Решая неравенство

[]

цц ц

сл

LD D

ν , τ fg

238 1 29 3

⋅⋅

≥⋅

⋅+ ⋅ ⋅

получаем необходимую величину кинематической вязкости нефте-

продукта

[]

сл

цц ц

LD D

1, 2 9 .

238

⎛⎞

⋅⋅⋅

≤⋅ −

⎜⎟

⋅⋅ ⋅

⎝⎠

(6.40)

Определить температуру нагрева нефтепродукта для найденной

кинематической вязкости не составляет труда.