Лабораторная работа - Расчет местного подогревателя для резервуара РГС-50
Подождите немного. Документ загружается.
Задание.
Рассчитать местный подогреватель для резервуара РГС-50, в котором
хранится турбинное масло марки Т-22 со следующими характеристиками
(резервуар заполнен маслом до горловины): ν
20
=100·10
-6
м
2
/с; ν
50
=21,8·10
-6
м
2
/
с; ρ
20
=896,4 кг/м
3
.
Резервуар выполнен в наземном варианте и имеет следующие
геометрические размеры:
L=8480мм; D
н
=2870мм; δ=4мм.
Коэффициент теплопроводности стали λ
ст
=40 Вт/(м·К).
Резервуар имеет теплоизоляцию, выполненную из минеральной ваты
толщиной δ
из
=0,07 м; λ
из
=0,064 Вт/(м·К).
Температура, при которой нефтепродукт был залит в резервуар
Т
зал
=315 К.
Температура воздуха в период хранения Т
0
=257 К.
Средняя скорость ветра в период хранения w
в
=5 м/с.
Время хранения масла τ
пр
=22 сут.
Масло необходимо разогреть за время 5 часов с помощью трубчатого
подогревателя с диаметром трубок d
тр
=60×3,5 мм, работающего на
насыщенном водяном паре с параметрами: давление пара Р=0,39 МПа;
температура пара Т
пар
=416 К, до температуры Т
к
.
Решение
I этап «Определение вероятной температуры масла в конце срока его
хранения»
1 Определяем среднюю температуру масла в процессе его хранения
.286
2
257315
2
0
К
ТТ
Т
зал
п
2 Задаемся температурой внутренней стенки резервуара Т
ст
=283К.
3 Определяем параметры масла при температурах Т
п
и Т
ст
(ρ, ν, с
р
,
λ)
Плотность
)293(1
293
т
Т
р
,
где
р
- коэффициент объемного расширения, 1/К,
Значение
р
берем из таблицы 1.1.
р
=0,000722 К
-1
,
3
п
/95,900
)293286(000722,01
4,896
мкг
,
3
ст
/92,902
)293283(000722,01
4,896
мкг
.
Вязкость
,6,160 сСт
п
.3,200 сСт
ст
Удельная теплоемкость
),39,3762(
56,31
293
Тс
р
,/7,1821)28639,3762(
4,896
56,31
КкгДжс
п
р
./1,1816)28339,3762(
4,896
56,31
КкгДжс
ст
р
Коэффициент теплопроводности
),00047,01(
6,156
293
Т
,/1513,0)28600047,01(
4,896
6,156
КмВт
п
./1515,0)28300047,01(
4,896
6,156
КмВт
ст
3.1 Параметры масла при температуре Т
п
ρ
п
=900,9 кг/м
3
,
ν
п
=160,6 сСт,
с
рп
=1821,7 Дж/кг·К,
λ
п
=0,1513 Вт/м·К.
3.2 Параметры масла при температуре Т
ст
ρ
ст
=902,9 кг/м
3
,
ν
ст
=200,3 сСт,
с
рст
=1816,1 Дж/кг·К,
λ
ст
=0,1515 Вт/м·К.
4 Определяем параметры Прандтля и Грасгода
4.1 Параметр Прандтля при температуре Т
п
.1742
1513,0
95,9007,1821106,160
Pr
6
п
прпп
п
с
4.2 Параметр Прандтля при температуре Т
ст
.2168
1515,0
92,9021,1816103,200
Pr
6
ст
стрстст
ст
с
4.3 Параметр Грасгофа при температуре Т
п
,
)(
2
3
п
стппв
п
ТТgD
Gr
где D
в
– внутренний диаметр резервуара, D
в
=D
н
-2·δ;
g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с
2
;
;2862422870 ммD
в
.103,19
)106,160(
)283286(000722,081,9862,2
26
26
3
мGr
п
5 Определяем коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней стенки
резервуара
,)
Pr
Pr
()Pr(5,0
25,025,0
1
ст
п
пп
п
ст
Gr
h
где h – уровень взлива нефтепродукта в резервуаре (при полном резервуаре
h=D
в
);
72,10)
2168
1742
()1742103,19(
862,2
1513,0
5,0
25,025,06
1
ст
Вт/м
2
·К.
6 Определяем параметр Рейнольдса при обдувании резервуара воздухом
,
)2(
Re
в
изнв
в
Dw
где ν
в
– вязкость воздуха, м
2
/с;
.1196431
10994,11
)07,0287,2(5
Re
6
в
7 Определяем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности
резервуара в окружающую среду за счет конвекции
,
2
Re
032,0
8,0
2
из
вв
ст
L
где
в
- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м·К
98,99
064,0248,8
11964310225,0
032,0
2
ст
Вт/м
2
·К.
8 Определяем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности
резервуара в окружающую среду за счёт радиации
,
)100/()100/(
0
4
0
4
3
ТТ
ТTс
ст
стsст
ст
где
ст
- степень черноты поверхности резервуара, принимается по таблицам
в зависимости от материала и вида поверхности.
При заданных искомых данных
ст
=0,91-0,93; с
s
– постоянная Планка;
с
s
=5,768 Вт/м
2
·К
4
.
18,4
257283
)100/257()100/283(768,592,0
44
3
ст
Вт/м
2
·К.
9 Определяем коэффициент теплоотдачи от нефтепродукта в окружающую
среду по формуле
n
i
cтcтi
i
cт
cтТ
КК
1
321
11
1
,
./83,0
18,498,99
1
064,0
07,0
40
004,0
72,10
1
1
2
КмВтКК
cтТ
10 Проверяем правильность выбора температуры стенки
%;5%100
'
);('
0
1
ст
стст
n
ст
T
nст
Т
TT
TТ
K
ТТ
%.5%24,0%100
283
2837,283
;7,283)257286(
72,10
83,0
286'
КТ
ст
Условие выполняется.
11 Определяем вероятную температуру масла в конце срока его хранения
)exp()(
00
p
T
залВ
cG
FK
ТТТТ
,
где
- время хранения масла в резервуаре, с;
G – масса масла, залитого в резервуар, кг,
п
н
п
L
D
VG
)2(
4
)2(
2
;
4914095,900)004,0248,8(
4
)004,0287,2(14,3
2
п
VG
кг;
F – полная площадь поверхности резервуара, м
2
,
4
)2(
2)2()2(
2
изн
изизн
D
LDF
;
2
2
7,95
4
)07,0287,2(14,3
2)07,0248,8()07,0287,2(14,3 мF
;
7,267)
7,182149140
19008007,9583,0
exp()257315(257
В
Т
К.
12 Расчётная средняя температура масла определяется по формуле
))exp(1(
0
0
p
прT
прT
pзал
ср
cG
FK
FK
cGТТ
ТТ
;
285))
7,182149140
19008007,9583,0
exp(1(
19008007,9583,0
7,182149140257315
257
ср
Т
К.
II этап «Расчёт трубчатого подогревателя»
1 Определяем конечную температуру подогрева масла
Для данной задачи выбор температуры масла в конце его подогрева
осуществляем, исходя из следующих соображений.
Согласно справочным данным минимальная температура, при которой
возможна перекачка масла Т-22, составляет 5
0
С. С учётом тепловых потерь в
трубопроводе до насоса, а также коэффициента запаса принимаем конечную
температуру подогрева масла Т
К
=295К.
2 Находим отношение
0
0
ТТ
ТТ
А
В
К
;
5,3
2577,267
257295
А
.
3 Определяем среднюю температуру масла в процессе подогрева:
- Если А≤2, то
);(5,0
квср
ТТТ
- Если А>2, то
0
0
0
ln
ТТ
ТТ
ТТ
ТТ
в
к
вк
ср
,
следовательно
5,278
2577,267
257295
ln
7,267295
257
ср
Т
К.
4 Определяем среднюю температуру масла вблизи трубок теплообменного
аппарата
);(5,0
српарП
ТТТ
;3,347)5,278416(5,0
П
Т
5 Определяем параметры масла при температуре Т
П
(ρ
п
, ν
п
, с
рп
,
λ
п
)
)293(1
293
т
Т
р
,
3
п
/3,861
)2933,347(000722,01
4,896
мкг
;
;47,9 сСт
п
),39,3762(
56,31
293
Тс
р
;/2032)3,34739,3762(
4,896
56,31
КкгДжс
п
р
),00047,01(
6,156
293
Т
./146,0)7,34700047,01(
4,896
6,156
КмВт
п
6 Задаемся значением коэффициента теплоотдачи от пара к внутренней
стенке теплообменного аппарата
./3480
2
1
КмВт
7 Задаемся температурой стенки теплообменного аппарата
Т
ст
=415К.
8 Определяем параметр Прандтля и Грасгофа при температуре Т
п
8.1
.5,113
146,0
3,86120321047,9
Pr
6
п
прпп
п
с
8.2
.791314
)1047,9(
)7,347415(000722,081,9053,0
)(
2
26
3
2
3
тр
м
ТТgd
Gr
п
пстр
п
9 Определяем коэффициент теплоотдачи от стенок т/о аппарата к маслу (при
свободной конвекции)
,)Pr(53,0
25,0
тр
2 пп
п
Gr
d
./125)5,113791314(
06,0
146,0
53,0
225,0
2
КмВт
10 Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к маслу
;
)
1
d
ln
2
11
(
1
тр2тр.вн
тр
твн.тр1
тр
вн
d
d
d
d
К
c
./134
)
06,0125
1
53
60
ln
402
1
053,03480
1
(053,0
1
2
КмВтК
11 Проверяем правильность выбранной температуры стенки т/о аппарата
%;5%100
'
);(
);('
1
т
1
ст
стст
стп
стали
тр
стc
ппарпарст
Т
TT
ТТТT
TТ
K
ТТ
%;5%100
415
4154,449
;433)4133,347(
40
0035,03480
413
;413)3,347416(
3480
134
416'
т
КT
КТ
c
ст
12 Определяем количество тепла, необходимого для разогрева масла в
единицу времени
,
1
)()2(
4
1
)(
кср
2
вн
к
срср
вpвp
ТTcL
D
ТTcGQ
,223598
36005
1
)7,267295(1900890)004,0248,8(
4
862,214,3
2
ВтQ
где τ – требуемое время разогрева, с;
13 Находим среднелогарифмический температурный напор
,
ln
2
1
21
Т
Т
ТТ
Т
ср
где ΔТ
1
=Т
т
’-Т
в
– наибольшая разность температур между теплоносителем и
нагреваемой средой.
Т
т
’ – температура теплоносителя на входе в теплообменный аппарат, Т
т
’=Т
пар
.
ΔТ
1
=416-267,7=148,3К.
ΔТ
2
=Т
т
’’-Т
к
– наименьшая разность температур между теплоносителем и
нагреваемой средой.
Т
т
’’ – температура теплоносителя на выходе из т/о аппарата.
Считая, что конденсация пара в т/о аппарате происходит при постоянной
температуре, принимаем Т
т
’= Т
т
’’=Т
пар
.
ΔТ
2
=416-295=131К.
.5,139
131
3,148
ln
1313,148
КТ
ср
14 Находим расчетную поверхность нагрева
;9,11
1345,139
223598
ср
КT
Q
F
С учетом образования накипи на стенках т/о аппарата за время его
эксплуатации и, как следствие, изменения коэффициента теплоотдачи,
необходимо увеличить полученную площадь на 20-30%.
F=15 м
3
15 Исходя из требуемой поверхности нагрева выбираем тип нагревательного
элемента и определяем их количество. ПЭ-5 4 штуки.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: «Транспорт и хранение нефти и газа»
Расчет местного подогревателя
по курсу «Проектирование и эксплуатации НХ и АЗС»
Домашнее задание №3
Вариант №1
Выполнил студент гр. МТ-03-02 Ананин А.В.
Проверил канд. техн. наук, доцент Дмитриева М.В.
Уфа 2006