CC BY
191
УДК 536.24
Н. В. Селиванов, К. Б. Андрис Астраханский государственный технический университет
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ
АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ
Тяжелые нефтепродукты при транспортировке требуют подогрева до температур, при которых они обладают текучестью, достаточной для перекачивания насосами по трубопроводам или слива их самотеком. Обычно нагрев нефтепродукта производится на нефтебазе. Температура нагрева выбирается такой, при которой нефтепродукт в пункте назначения будет сливаться из автоцистерны самотеком. Тогда исключается необходимость путевого подогрева или нагрева его в пункте выгрузки.
В связи с этим определение минимально возможной температуры налива, обеспечивающей в пункте назначения слив нефтепродукта из цистерны, представляет собой один из резервов экономии топливно-энергетических ресурсов. Таким образом, исключается возможность перерасхода энергии, связанная с перегревом нефтепродукта при наливе.
Повысить эффективность перевозок высоковязких нефтепродуктов автотранспортом можно с помощью путевого подогрева груза в автоцистернах с использованием вторичных тепловых ресурсов (утилизация теплоты выхлопных газов или теплоты системы охлаждения ДВС). Это позволит снизить температуру разогрева нефтепродукта в резервуаре нефтебазы приблизительно на 10-15 °С по сравнению с минимально необходимой [1, 2]. Применение современных теплоизоляционных материалов может резко снизить расход тепловой энергии на перевозку высоковязких жидкостей и, следовательно, повысить эффективность их перевозок. Выбор способа снижения тепловых потерь при перевозке зависит от параметров технологической схемы транспортировки: температуры налива нефтепродукта и слива, времени транспортировки, температуры окружающего воздуха и т. п. Выбор оптимальной схемы перевозки нефтепродуктов автотранспортом связан с параметрами технологической схемы.
Для выбора оптимальной температуры подогрева груза перед наливом необходимо знать, какое количество теплоты будет потеряно при транспортировке. А это, в свою очередь, зависит от таких факторов, как температура груза и окружающей среды, размеры и форма транспортной емкости, физические свойства груза и условия транспортировки.
Для определения тепловых потерь надо знать зависимость коэффициента теплопередачи для автоцистерн от температуры нефтепродукта.
В результате теоретических и экспериментальных натурных исследований процессов теплообмена на цилиндрических резервуарах и автоцистернах коэффициент теплопередачи определяется по формуле [3]:
Коэффициент теплопередачи для автоцистерны на 30 % выше, чем для неподвижного цилиндрического резервуара. Это связано с увеличением теплообмена со стороны наружного воздуха при более высокой скорости его движения, а также с интенсификацией теплообмена со стороны нефтепродукта, вызванной вынужденным движением нефтепродукта при колебаниях емкости.
В целях оптимизации технологической схемы транспортировки нефтепродуктов в автоцистернах необходимо знать минимальную температуру слива. Существует следующий метод расчета минимальной температуры слива, в котором за основу принято паспортное время слива нефтепродукта из автоцистерны [2]. Время слива нефтепродукта самотеком из автоцистерны определяется по формуле [4]:
Кц = (0,2147 + 1,47-10 -3 ґвоз) (0 +10), Вт/(м ■ 2К).
(1)
4 Ь - а -у/ь~
(2)
т
где Ь - длина цистерны, м; а, Ь - большая и малая оси эллипса соответственно, м; ю - площадь сечения сливного патрубка, м2; т - коэффициент расхода.
Для расчета коэффициента расхода при сливе через короткий патрубок из автоцистерны
использовалась зависимость для универсального сливного патрубка (диаметр патрубка
й = 0,2 м, средняя величина разности уровня нефтепродукта и патрубка Н = 2 м) [4]:
т = (238-у + 1,29)-1, (3)
где V - кинематическая вязкость при сливе нефтепродукта из железнодорожной цистерны, м2/с.
Формула (3) справедлива для кинематической вязкости в диапазоне V = 10-4 - 653-10-4 м2/с и при равенстве чисел подобия Рейнольдса для железнодорожной и автомобильной цистерн при истечении. Это позволяет определить предельную вязкость нефтепродукта при сливе из автоцистерны через ее параметры:
V = 3,53 - й0 (0,01395 - 0,00542) , м2/с . (4)
Ь - а^Ь
Зная паспортное время слива, по формуле (4) можно определить предельную вязкость при сливе. Для основных автоцистерн были получены результаты расчета предельной вязкости, а на их основе - значение средней предельной вязкости пср = 8-10-4м2/с.
По значению полученной вязкости определяется минимальная температура слива для конкретного перевозимого нефтепродукта. Последняя должна приниматься на 5 оС выше температуры застывания нефтепродуктов. Проведены расчеты, в результате которых получены значения минимальной температуры слива для основных нефтепродуктов (табл. 1).
Таблица 1
Предельная температура слива нефтепродуктов из автоцистерн
Марка нефтепродукта Т емпература застывания. °С Предельная температура слива. °С
Топливо
Флотский мазут Ф 5 -5 2
Флотский мазут Ф 12 -8 18
Топочный мазут М 40 В 10(25) 32(32)
Топочный мазут М 40 10(25) 32(38)
Топочный мазут М 100 В 25(42) 43(47)
Топочный мазут М 100 25(42) 50(50)
Мангышлакская нефть 30 35
Масла
Турбинное Т22, И-20, И-20Ак, И-12А,
А, ХА, ХФ-22/24, ВМ-3, АМГ-10 -15 -8
Турбинное Т-30, И-30А, ХА-30 -10 0
Турбинное Т-46, И-50А, ВМ-4 -10 8
Турбинное Т-57, И-70А, М10В2, М10Г2, М10Г2К,
М63/ЮГ1, ДП11,ВМ-1, К-12 -10 12
Моторное М8В2, М8Г2, М8Г2К, И-40А,
И-40Ак, М8Б1, М8В1 -15 4
Индустриальное И-100А, МГ-16п, ТАД17-И -10 21
Индустриальное И-25А -15 -5
Масло МТ-14п, ТАП15-В -20 3
Авиационное МС-14, М20В2, КС-19 -15 17
Данный метод расчета минимально необходимой температуры слива и полученные зависимости (2)-(4) позволяют определить оптимальные технологические параметры схемы транспортировки нефтепродукта: температуру налива, слива, продолжительность рейса, тепловую нагрузку путевой системы подогрева в зависимости от марки нефтепродукта, грузовместимость и тип автоцистерны, массу груза и условия окружающей среды.
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. Для уменьшения затрат тепловой энергии в этих условиях перевозки нефтепродуктов выгодно использовать путевой подогрев.
Источником теплоты для путевого подогрева может быть теплота охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС. В этом случае в системе подогрева нефтепродукта в цистерне может быть использован трубчатый подогреватель змеевикового или секционного типа. Охлаждающая жидкость ДВС подается в подогреватель, минуя радиатор автомобиля. Перспективным выглядит применение горячеструйной системы подогрева. Нефтепродукт забирается из цистерны насосом и прокачивается через теплообменник, где, получая теплоту от выхлопных газов или жидкости, циркулирующей в системе охлаждения ДВС, подогревается. Подогретый нефтепродукт через горизонтальное сопло, расположенное в придонной области цистерны, подается в объем нефтепродукта.
На основе экспериментальных данных выведена формула зависимости мощности системы путевого подогрева от различных факторов [3]:
бПг = (1,256 + 0,0086- ^оз) V07(0 2тш + 10 - 0тт ), Вт. (5)
Ниже приведены результаты расчетов потребной мощности путевой системы подогрева для поддержания температуры нефтепродукта в зависимости от объема цистерны и температуры воздуха (0 и -10 °С) (табл. 2). Как видно из таблицы, максимальная мощность системы подогрева для автоцистерны объемом 9 м3 при температуре нефтепродукта 50 °С и температуре воздуха -10 °С не превышает 23 кВт, что при мощности двигателя автомобиля более 100 кВт не превышает 23 %.
Таблица 2
Мощность системы путевого подогрева для поддержания температуры нефтепродукта, кВт
Т емпература нефтепродукта, °С Вместимость цистерны, м3
2,4 4,0 5,0 6,0 8,0 9,0
Т емпература воздуха 0 °С
10 0,463 0,630 0,775 0,880 1,08 1,17
20 1,85 1,99 2,33 2,64 3,23 3,51
30 2,78 3,98 4,65 5,28 6,46 7,03
40 4,60 6,58 7,69 8,74 10,70 11,60
50 6,90 9,87 11,54 13,10 16,02 17,40
Т емпература воздуха — 10 °С
10 1,29 1,85 2,17 2,46 3,01 3,27
20 2,59 3,71 4,33 3,51 6,02 6,54
30 4,32 6,18 7,22 8,20 10,03 10,90
40 6,48 9,26 10,83 12,30 15,05 16,34
50 9,07 12,97 15,16 17,22 21,07 22,88
При другой мощности системы путевого подогрева температуру налива нефтепродукта можно рассчитать в зависимости от марки нефтепродукта, времени транспортировки, вместимости цистерны и температуры воздуха. На рисунке приведена зависимость минимально необходимой температуры налива, обеспечивающей слив нефтепродукта без подогрева, от времени транспортировки и мощности системы подогрева при температуре воздуха - 0 °С (а) и - 20 °С (б). Расчеты выполнены для автоцистерны вместимостью 8 м3 для мазута топочного М100 с минимальной температурой слива ^сл = 43 °С.
а
Влияние мощности путевого подогрева на температуру налива в зависимости от времени транспортировки в автоцистерне (V = 8 м3): а - 4 = 0 °С; б - 4 = -20 °С
Из рисунка видно, что с ростом времени транспортировки влияние путевого подогрева на снижение температуры налива возрастает. Понижение температуры воздуха от 0 до -20 °С немного уменьшает этот эффект. Для повышения эффективности системы путевого подогрева при низких температурах окружающего воздуха необходимо повышать ее мощность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Герасименко Л. Н., Свиридов В. П. Затраты тепла при путевом подогреве нефтепродуктов в цистерне // Тр. ВНИИСПТнефть. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - Уфа, 1973. - Вып. 10. -С. 195-198.
2. Рыбаков К. В., Савин В. Д., Митягин В. А. Автомобильные цистерны для транспортировки нефтепродуктов. - М.: Транспорт, 1979. - 160 с.
3. Селиванов Н. В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях. - Астрахань: АГТУ, 2001. - 231 с.
4. Едигаров С. Г., Ахметзянов И. И. Слив высоковязких нефтей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн / Обзор. информ. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - М.: ВНИИОЭНГ, 1971. - 83 с.
Получено 20.12.2006
DECREASE OF POWER INPUTS IN TRANSPORTATION OF HIGH-VISCOSITY LIQUIDS BY MEANS OF MOTOR TRANSPORT
N. V. Celivanov, K. B. Andris
The ways of decrease of power inputs in oil and mineral oil transportation by means of motor transport are analyzed, the formulas of calculation of heat-transfer coefficient, time of mineral oil discharge from a tank truck by drifting, limiting mineral oil viscosity in the process of discharging and dependence of track heating power on different factors.
