CC BY
116
УДК 536.24
К. Б. Андрис, Н. В. Селиванов
ПУТЕВОЙ ПОДОГРЕВ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ АВТОТРАНСПОРТОМ
При перевозке нефтепродуктов на большие расстояния при низких температурах (зимний период) температура налива должна быть высокой, что влечет за собой перерасход тепловой энергии на подогрев нефтепродукта в резервуарах нефтебаз и повышает себестоимость перевозок. Чтобы уменьшить затраты тепловой энергии в этих условиях, выгодно использовать путевой подогрев.
Источником теплоты для путевого подогрева может быть теплота охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или выхлопных газов. В этом случае в системе подогрева нефтепродукта в цистерне может быть использован трубчатый подогреватель змеевикового или секционного типа. Перспективным выглядит применение горячеструйной системы подогрева. Нефтепродукт забирается из цистерны насосом и прокачивается через теплообменник, где, получая теплоту от выхлопных газов или от жидкости, циркулирующей в системе охлаждения ДВС, подогревается. Подогретый нефтепродукт через горизонтальное сопло, расположенное в придонной области цистерны, подается в объем нефтепродукта. Для этого необходимо знать мощность путевой системы подогрева.
Мощность путевой системы подогрева равна тепловому потоку от нефтепродукта в окружающую среду [1]:
бпг = Кц • ^ • (¿н - ¿в), (1)
где Кц - коэффициент теплопередачи от нефтепродукта к воздуху, Вт/(м2 • К); ^ц - площадь
поверхности цистерны, м2; - температура нефтепродукта, К; ¿в - температура воздуха, К.
В результате теоретических и экспериментальных натурных исследований процессов теплообмена на цилиндрических резервуарах и автоцистернах коэффициент теплопередачи определяется по следующим формулам:
— процесс остывания:
Кц = (А • ¿в + £)• 1п(^ — ¿в)+ С • ¿в —14,424 • 1п(вУ8с)+ 6,7858 ; (2)
— процесс подогрева:
Кц = А • ¿В • 1п(?н — ¿в)+ С • 1п(в) + ВУ80 • (о,3388 • ВУ80 —13,343 )+15,397 , (3)
где А, В, С - коэффициенты, зависящие от свойств нефтепродукта (табл.).
Значения коэффициентов*
Марка мазута А В С ВУ80
М100 -0,2284/95,338 9,3851/-0,871 1,0296/30,498 15/15
М40 -0,1761/36,592 7,6723/-0,6163 0,7867/17,45 7,5/7,5
Ф12 -0,061/11,14 4,6378/-0,2848 0,2998/6,5568 3,5/3,5
Ф5 -0,0426/7,2816 3,9571/-0,2061 0,2136/4,0017 2,15/2,15
* Процесс остывания / процесс подогрева.
Подставляя в формулу (1) зависимость (3) (на примере мазута М100), мы получили результаты расчетов потребной мощности путевой системы подогрева для поддержания температуры нефтепродукта в зависимости от объема цистерны и температуры воздуха (0 и -10 °С) (табл. 3).
Таблица 2
Мощность системы путевого подогрева для поддержания температуры нефтепродукта, кВт
Т емпература нефтепродукта, °С Вместимость цистерны, м3
18,5 20 25 30 33
Температура воздуха 0 °С
40 8,19 8,65 10,12 11,49 12,29
45 9,8 10,34 12,09 13,74 14,69
50 11,47 12,11 14,16 16,09 17,2
55 13,23 13,97 16,33 18,55 19,83
60 15,03 15,87 18,56 21,08 22,54
Температура воздуха -10 °С
40 10,41 10,99 12,85 14,60 15,61
45 12,11 12,79 14,96 16,99 18,17
50 13,89 14,67 17,15 19,48 20,83
55 15,75 16,64 19,45 22,10 23,62
60 17,68 18,68 21,83 24,80 26,52
Как видно из таблицы, максимальная мощность системы подогрева для автоцистерны объемом 33 м3 при температуре нефтепродукта 60 °С и температуре воздуха -10 °С не превышает 27 кВт, что при мощности двигателя тягача более 150 кВт не превышает 18 %.
Программа, составленная в Mathcad 13, позволила подсчитать удельные тепловые потери через ограждающие поверхности автоцистерн, которые были сведены в таблицы для мазутов М100, М40, Ф5 и Ф12. Теперь, в зависимости от температуры воздуха и нефтепродукта, можно определить тепловые потери при транспортировке. Главной особенностью является тот факт, что потери определяются в зависимости от режима транспортировки и условий окружающей среды. На рис. 1, 2 приведена динамика температуры нефти (в частности, мазута М100) при разной мощности подогрева в зависимости от температуры окружающей среды и времени транспортировки, начальная температура нефтепродукта - 60 °С.
о
о
оЗ*
Л
Г
л
и
К
5!
и
Н
30 кВт 25 кВт 20 кВт 15 кВт 10 кВт 5 кВт
Время, ч
Рис. 1. Изменения температуры мазута М100 при температуре воздуха -10 °С
О
о
0^
л
ей
ft
<u
G
S
<u
H
30 т В к
25 т В к
20 кВт
15 кВт
10 т В к
5 кВт
Время, ч
Рис. 2. Изменения температуры мазута М100 при температуре воздуха -20 °С
Из графиков на рис. 1, 2 видно, что с увеличением времени транспортировки растут тепловые потери и температура нефтепродукта уменьшается.
Минимальная температура слива самого вязкого мазута - М100 - равна 50 °С. Когда мазут транспортируется при температуре окружающего воздуха -10 °С, то для поддержания температуры достаточно использовать подогреватель мощностью 5 кВт. Если температура воздуха уменьшается до -20 °С, то при продолжительности транспортировки мазута до 3-х часов достаточно подогревателя мощностью 5 кВт, а до 5-ти часов - 30 кВт. Следовательно, если продолжительность транспортировки мазута до 10-и часов при температуре -20 °С, одного путевого подогрева недостаточно и необходимо использовать совместно с подогревом теплоизоляцию автоцистерн.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Селиванов Н. В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - 231 с.
Статья поступила в редакцию 5.11.2008
TRAVELING HEATING OF MINERAL OIL DURING TRUCKING
K. B. Andris, N. V. Selivanov
For load heating during trucking and maintenance of the necessary temperature of the discharge the heat recovery of cooling of the internal-combustion engines and use of exhaust gases is suggested. The capacity of traveling heater for various volumes of tankers and conditions of trucking is calculated. The dynamics of load temperature during trucking with traveling heating is given.
Key words: mineral oil, trucking, traveling heating.
