CC BY
124
УДК 536.24
Н. В. Селиванов, К. Б. Андрис Астраханский государственный технический университет
РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ ПОВЕРХНОСТИ АВТО- И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫ1Х ЦИСТЕРН
Для расчета параметров технологической схемы транспортировки нефтепродуктов автоцистернами и железнодорожным транспортом, а также определения мощности систем путевого подогрева и поверхности подогревателя необходимо знать величину тепловых потерь нефтепродукта в окружающую среду. Тепловая нагрузка подогревателя определяется из теплового баланса нефтепродукта в транспортной емкости:
бпг = биот + Ян , (!)
где Япг - мощность подогревателя, кВт; Япот - потери тепловой энергии от нефтепродукта в окружающую среду через ограждающие поверхности емкости, кВт; Ян - расход тепловой энергии на подогрев нефтепродукта, кВт.
Мощность подогревателя определяется по формуле
Япг = к ' ^пг '(/п - /нМоЛ (2)
где к - коэффициент теплопередачи подогревателя, Вт/(м2 • К); ^пг - поверхность подогревателя, м2; и /н - температура конденсации пара и температура нефтепродукта соответственно.
Таким образом, для дальнейших расчетов мощности систем путевого подогрева и поверхности подогревателя необходимо знать коэффициент теплопередачи. Рассмотрим уравнение теплового баланса для плотности теплового потока, которое имеет вид
Чк.н = 4Т = 4к.в + Чл -X • Чрад , (3)
где чк.н - плотность теплового потока конвекцией от нефтепродукта к поверхности емкости; чт -плотность теплового потока через краску и застывший слой нефтепродукта; чкв, чл - плотность теплового потока конвекцией и излучением от поверхности емкости в окружающую среду; % • чрад -
плотность теплового потока от солнечной радиации; X - коэффициент, учитывающий экранирующее влияние облачности.
Уравнение баланса тепловых потоков в развернутом виде принимает вид
ак.н-(/н - ) =(/ сл - /с У Ят = акв '(/с- ?в) + в • С о-10 8-(г!4 - Т4)- Ав ■ Ев X ' Л, (4)
где ак.н - коэффициент теплообмена конвекцией от нефтепродукта; акв - коэффициент теплообмена конвекцией в воздух; /сл - температура слоя, принимается равной температуре застывания /з, если /с < /з; & = 2 5г/^ - сумма термических сопротивлений краски и загрязнения, а также застывшего слоя нефтепродукта при условии /с < /з; Е&. - интенсивность солнечной радиации на данной широте с учетом ориентации поверхности облучения; Ан - поглощающая способность поверхности емкости к солнечным лучам; / - относительная поверхность емкости, освещенная солнцем к общей поверхности.
Коэффициент теплообмена ак н от нефтепродукта к стенке поверхности определяется по следующим формулам [1]:
- для процесса остывания
; (5)
= 0,844 • Яа^35'
^ж
при подогреве или поддержании постоянной температуры
Г.. V’17
Ш й,ж = 0,135 • Яа^ж'
.ж
(6)
V .с у
Если температура внутренней стенки ниже температуры застывания нефтепродукта, то в данных зависимостях при расчете числа Яа перепад температур определяется между жидкостью и температурой застывания, вязкость жидкости находится не по температуре стенки, а по температуре застывания.
Коэффициент теплообмена акв между ограждающей поверхностью и наружным воздухом определяется по зависимости для турбулентного обтекания пластины [2]:
70,2 0,8 i •ив
),
(7)
а
где ив - относительная скорость движения воздуха относительно цистерны, м/с; й - диаметр цистерны, м; ^в, ив - коэффициент теплопроводности и кинематическая вязкость воздуха соответственно.
Скорость ив определяется по скорости движения транспорта и скорости ветра.
Величина А и степень черноты поверхности емкости е выбираются в зависимости от окраски поверхности, величина / принимается равной 0,5. Термическое сопротивление краски и загрязнения из опытных данных принято равным 0,01 м2 • К/Вт [1].
Коэффициент теплопередачи от нефтепродукта к наружному воздуху рассчитывается по формуле
кц = Я /(гн - гв). (8)
Для решения уравнения (3) составлена программа в Mathcad 13 на ЭВМ. В качестве исходных данных были приняты значения Е6. и температур для Астраханской области. Результаты вычислений для мазута Ф12 приведены в табл. 1 (процесс подогрева).
Таблица 1
Значения вычисленных параметров для процесса подогрева
Т емпература воздуха 30 °С
Параметр 40 50 60 70 80
1». °С 22,243 32,236 41,198 49,965 58,855
Ок.в 103,072 264,335 444,943 644,551 853,392
я 35,4 41,8 49,2 57,1 65,5
гст. вн, °С 34,37 39,16 44,75 50,65 56,97
г °С (ст. наБ, С 10,31 13,22 14,83 16,11 17,07
к
Таким же образом получены значения для мазутов М40, М100 и Ф5 для процесса остывания и подогрева.
Для расчета параметров процессов остывания и подогрева в транспортных емкостях удобно знать аналитическое выражение для коэффициента теплопередачи от нефтепродукта через ограждающую поверхность емкости в окружающий воздух. Для этого полученные данные (табл. 1) были обработаны и обобщены следующими формулами.
1. Процесс остывания:
kц = (А • гв + B )• Ьп (/н - гв) + С • tв-14,424 • Ьп (ВУ80) + 6,7858 , (9)
где А, В, С - коэффициенты, зависящие от марки мазута (табл. 2).
Таблица 2
Значения коэффициентов для формулы (9)
Марка мазута А В С ВУ80
М100 -0,2284 9,3851 1,0296 15
М40 -0,1761 7,6723 0,7867 7,5
Ф12 -0,061 4,6378 0,2998 3,5
Ф5 -0,0426 3,9571 0,2136 2,15
2. Процесс подогрева:
k = A-tB • Ln(tK-в)+C• Lnt)+ВУ -(0,3388ВУ80-13,343)+15,397,
80
где А, В, С - коэффициенты, зависящие от марки мазута (табл. 3).
Таблица 3
Значения коэффициентов для формулы (10)
Марка мазута А В С ВУ80
М100 95,338 -0,871 30,498 15
М40 36,592 -0,6163 17,45 7,5
Ф12 11,14 -0,2848 6,5568 3,5
Ф5 7,2816 -0,2061 4,0017 2,15
В результате исследований были получены значения коэффициента теплопередачи для мазутов М40, М100, Ф5, Ф12 при температуре воздуха от 10 до 30 °С, температуре нефтепродукта от 40 до 80 °С. Полученные данные обобщены формулами для процессов остывания и подогрева нефтепродуктов с погрешностью 5-8 % и достоверностью Я = 97 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Селиванов Н. В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях: Моногр. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - 232 с.
2. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справ. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 368 с.
Статья поступила в редакцию 21.11.2006
CALCULATION OF THERMAL LOSSES THROUGH PROTECTING SURFACES AUTO- AND RAILWAY TANKS
N. V. Selivanov, K. B. Andris
In the article the design procedure of thermal losses through protecting surfaces auto-and railway tanks is given and in detail considered. Formulas for calculation and an example of the calculated values for black oil F12 also are given. On the basis of the received data the dependences of factor of a heat transfer for processes to warm up and maintenance of temperature of mineral oil by transportation are given.
