第四章油品加热与热力管道计算

1、1第四章 油品加热与热力管道计算 第一节 油品加热与保温的目的及方法 第二节 油品加热起始温度和终了温度 第三节 油罐管式加热器的结构和计算 第四节 铁路油罐车的加热计算 第五节 热油管道的外伴随加热 第六节 蒸汽管路的计算 第七节 其他加热方法 第八节 油罐和管路的保温2第四章 油品加热与热力管道计算 本章重点： 1、起始、终了温度计算 2、全面加热器面积计算 3、保温层和伴热及经济保温层厚度计算34.1油品加热的目的和方法一、油品加热的目的 1、降低油品在管道的输送摩阻； 2、加快装卸油罐车和船的速度； 3、促进原油破乳； 4、使油品脱水和沉降杂质； 5、加速油品的调和； 6、进行滑油的净

2、化再生； 7、燃料油的进炉加热。二、油罐及管线保温的目的： 经济目的：减小热损失，降低能耗。 生产目的：方便操作，减少事故发生。第四章 油品加热与热力管道计算4 加热方法加热方法1、热源：水蒸汽、热水、热空气、电。2、常用水蒸汽：具有热焓高，易于制备和输送，安全，相 变热，3-8atm。3.油罐（车）加热方法蒸汽直接加热法：将蒸汽直接通入被加热的油品中。 优点：操作方便，热度高 蒸汽间接加热法：将水蒸汽通过油罐中的管或加热器或罐车的加热套，使加热器或加热套升温来加热油品。 热水垫层加热法：依靠油品下面的热水垫向油品加热，地下水封油库采用固定水位法储油应用这种方法。 4.1油品加热的目的和方法第

3、四章 油品加热与热力管道计算5 热油循环加热法 ：从储油容器中不断抽出一部分，在容器外加热到低于闪点温度1520，再用泵打回容器中与冷油混合。 优点：没有加热器，不影响油品质量。 缺点：增加油泵，换热器4、电加热法 油管线加热方法 蒸汽伴随加热法（内伴随、外伴随） 电加热法（直接加热、间接加、热感应加热）4.1油品加热的目的和方法第四章 油品加热与热力管道计算64.2油品加热起始温度和终了温度加热起始温度 （即冷却过程的终了温度）加热终了温度 （即冷却过程的起始温度）yst第四章 油品加热与热力管道计算yzt7一、加热终了温度的确定根据下列因素确定加热终了温度：油品性质作业性质地区及气温节约能

4、源安全因素4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算81、加热是为了输送油品终了温度。2、高于凝固点510。3、燃料油杂质水份分离，使油品温度达到1c/s的温度。4、燃料油作为锅炉燃料时，加热温度依喷嘴对油品的粘度要求而定。5、润滑油沉降脱水脱杂质时，终了温度80 85，不超过95 ，因为重油含水达到100 时起泡，防突沸现象。4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算9二、油库中的油品一般不会冷却到凝固状态，所以只研究冷却过程。4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算yy2ddtdQ dQG cdtdQ dQ =K F(t -t

5、)dGK g CJ/K g. C Kw /m. C j在 单 位 时 间内 ， 油 品 冷 却 了度 ， 散 失 的 热 量 为=-则 散 失 到 大 气 中 的 热 量 为式 中 ： 油 品 质 量 ， 油 品 的 比 热 容 ， 总 传 热 系 数 ，2yj Fm tC tCs 容 器 的 总 面 积 ， 油 品 的 温 度 ， 周 围 介 质 温 度 ， 时 间 ，10假设条件： 油品温度均匀一致 无蜡析出 K=c（常数） 热容c=常数则有：GcdtyKF tytj dddtykFtytjGc4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算11 两边积分:41t24jtuq

6、ijttt埋地罐：最冷月土壤平均温度地上卧罐：最冷月大气平均温度立式油罐：-最冷月地表平均温度，-最冷月油罐周围大气平均温度， -油罐高H和直径D之比qittutHDty2ty10-dtykFddydjGCys21()tkFGcyjyjtttt e4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算12 环境温度 ijjitFtF222442.4(41)24qitutuqiDHDHttDDDtt4.2油品加热起始温度和终了温度第四章 油品加热与热力管道计算13一、油罐管式加热器的种类一、油罐管式加热器的种类n按布置形式分按布置形式分 全面加热器：全面加热器：均匀布置在罐内距罐底不高的

7、整个水平位置。应用于短时间内要从油罐中发出大量油品。 局部加热器：局部加热器：布置在罐内收发油管附近，应用于粘度不高（50时，粘度小 ），但不含冷至凝固点温度以下的油品，一次收发油量不多的油品。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算527 10/ms14n按结构形式分按结构形式分 分段式加热器分段式加热器：（1）由1550mm无缝钢管焊接而成，每段管长度小于500mm，以并联、串联组成一组，组数偶数，对陈布置，在收发油管的两侧，每组有独立的进出口。（2）安装有一定的坡度 h=iL0+h0 i-坡度，大罐取1/150 1/75，小罐取1/75 1/50。 L0分段管组长度 h

8、0冷水管出口高度，h0=01 0.2m 优点：分段管组长度不大，摩阻较小，因此可在较低的蒸汽压力下工作，可降低入口管的高度，减少加热死角。 蛇管式加热器蛇管式加热器： 用1550mm无缝钢管焊接而成，为了安装和维修方便，设置少量法兰连接，使用导向卡箍，支架具有不同高度，使蛇管沿着蒸汽流动方向保持一定坡度，需压力高。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算15二、全面加热器的加热面积的计算二、全面加热器的加热面积的计算1201.11.22yQFttKt2012y Fm QW K tC tC tC式中：加热器加热面积，；：单位时间内加热器向油品提供的热量，；：蒸汽通过加热器对油品

9、的总传热系数；：蒸汽在加热器进口处的温度， ；：蒸汽在加热器出口处的温度， ；：加热过程中罐内油品的平均温度， ；4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算16n关于t1和t201yQFKttn加热器入口是饱和蒸汽，出口是饱和水，又忽略加热管中的压降，则有：t2= t1 n加热器进口为饱和蒸汽，出口为过冷水，则加热器的加热面积为： 式中： 为过冷系数 4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算17n罐内油品平均温度罐内油品平均温度2,yzjysjtttt时时时时2yzysyttt2,yzjysjttttlnyzysyjyzjysjttttttttyt4.3油罐加

10、热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算18K K0 0的计算的计算2112i22 m C dm m C m C dm式中：蒸汽对加热管内壁的换热系数(内部放热系数)，w/. ；：(i=1、2.,n)管子内径，水垢、油污等各层的直径， ；：加热管、水垢、油污等的导热系数，w/. ；：加热器最外层到油品的换热系数(外部放热系数)，w/. ；：加热器管外径， ；无限大平板无限大平板01111211111ln2niiiinK ddddd4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算19n内部放热系数a1可按紊流状态下强制运动放热公式计算：0.8061/310.0266RePruda

11、N考虑相变在进行粗略计算时，k0=0.6a2311.211.163(3400100)Vla0211 /Rka2(Pr.Pr)nrda1ii 1vmmadd式中： 加热器进口处的蒸汽速度，一般等于10-30/s; l蒸汽从加热器进口至出口所经过的管子长度， ；由以上两式计算 值较大， 与之间差别不大蒸汽从加热器进口至出口所经过的管子长度，4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算20ynGrPrdmw式中： ， 系数，决定于 ， 值，见表4-7; 加热器管子外径， ；油品在定性温度下的导热系数 /m.C;15117.5(10.00054 )yyl153CKg;CyT15时油品的密

12、度，/m油品的定性温度， ；加热器管子外径，4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算21n油品的定性温度取油品平均温度ty和加热器管子外壁温度的算术平均值，管子外壁温度可先假设。3VdRegtGrcpPrdadNu努谢尔特准则。反应对流换热的强度雷诺方程。反应粘滞性流体强制运动的流态格拉晓夫准则。流体自然对流的强度普朗特准则。反应流体的物理性质4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算222223 vm s ggm/s m /s cJ/Kg. C w/m . C Kg/m ;t 式中：流体的流速，/ ；重力加速度， =9.81；定性温度下流体的运动粘度，；定性

13、温度下流体的比热容，；定性温度下流体的导热系数，；定性温度下流体的密度，流体的平均温度与放热壁面温度1C Cdm的差， ；定性温度下流体的膨胀系数，； 决定性尺寸， ；4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算决定性尺寸，23n内部放热时为内径，外部放热时为外径。n定性温度取决于对流换热过程中流体的运动形式，受迫运动的对流换热，定型温度取流体的温度，自然对流换热，定性温度取流体和换热壁面的平均值。n比热容c值可从表4-9查得或按下式计算（kJ/kg. ）式中：d15油品15的相对密度； t油品定性温度，。3154.1868c(0.4030.810t)c2.0180.06322(

14、t100)10d4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算241231Q() QQQ11yzys233iyzys Qw QJ QGctt QJ Qw QFKtts 式中：单位时间内加热油品所需的总热量， ；用于油品升温的热量， ；（- ）融化已凝固的那部分油品所需的热量， ；在加热过程中单位时间内散失周围介质中的热量， ；（- ）加热总时间（可参看4-10） ； GKg 被加热油品的质量，；4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算25idingbidiyzysyjcJ/Kg. C;NKJ KgFFFFtC;tC;tC;tC;油品的比热容，凝结的石蜡在油品中的含

15、量，%；石蜡的溶解潜热，/；油罐的总表面积，；油品加热的终了温度，油品加热的起始温度，加热过程中油品平均温度，油罐周围介质温度，4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算26n单位时间内加热油品所需总热量n如果油品未冷却到凝固点：n如果保温：iyzysyj1NQGc()G100ttttF（）iyzysyj1QGc()ttttF（iyjQk)ttF（4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算27n油罐总传热系数K值的计算bibidingdingdidibidingdiKK FKFK FFFF4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算28bibibi

16、1bibi2bi3bi21bibibi22bi23bi(1)111W /. C;w. C;mm;w. C;w.KKaaaamamam罐壁传热系数式中：油品至油罐内壁的内部放热系数，罐壁的导热系数，罐壁的厚度，罐壁至周围介质的外部放热系数，罐壁至周围介质的辐射放热系数，C;4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算29ny1binqi2bi2qiqiqi2qihcDw421. C ;DmV DR eR e=m /s/sc.n4 13(G r.P r)aaR emvm式 中 ：空 气 的 导 热 系 数 （ 从 表-查 ）油 罐 直 径 ，；雷 诺 数 ，；风 速 ， 按 最 冷

17、月 平 均 风 速 计 算 ，；空 气 粘 度 ，；系 数 ， 见 表-；4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算30443bi0biqi200biqiqibi5.76w/. k4-14;C;C;273273tt()()100100acttccmtt 式中：黑体的辐射系数罐壁黑度，表罐壁平均温度，最冷月空气平均温度，4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算31bibi1biybiyqibibibi1bibi1bibibiybiybi1bi1 Cta ttttktat akkkttttta 罐壁平均温度，它可根据热平衡方程式用试算法求得：（）= （）先假设值进

18、行试算，求出和，再将、 、 值代入上式进行验算，如果两边相等或满足（）-则满足要求。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算320i1dingci2ding3ding21dingcc22111w. Cmw. CaaaammdingdingKK（ ）罐顶的传热系数式中：从油面至气体空间的内部放热系数，；罐内油面上气体空间厚度， ；罐内气体空间中的油气与空气混合物的相当热传导系数（把有限空间的放热过程当作热传导来处理），；4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算33iiii22ding23ding1dingmw/m. C;w. Cw. C4 15amama顶板，

19、污垢等的热阻总和， 表示各层厚度， ；-表示各层的导热系数，从罐顶至周围介质的外部放热系数，；从罐顶至周围介质的辐射放热系数，；从油面至罐内气体空间的内部放热系数难于准确计算，可以从表 - 数值中确定。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算34ckknk2ding3ding2bi3bibidingdingw/m. CC,Gr Praaaatt t式中：油品蒸汽与空气混合气体的导热系数，；对流常数；按计算，改为。 可近似的取罐内气体空间温度和罐外大气温度的平均值。（ . ）4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算35di1diditu21diiiiitu31

20、1D8W. Cmw / m. C;4 18w / m. C;DaamdidiKK（ ）罐底的传热系数式中：从油品至罐底的放热系数，；罐底热阻之和， 表示油泥沉积物、底板等各层厚度， ；表示相应层的导热系数，土壤导热系数（表 -）油罐直径1dim429hD30%a， 。可按式计算， 改为直径 。并把所求的结果降低。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算36计算加热器步骤计算加热器步骤4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算ijtuq ijiy zjy sy zyyy sjy zjy zy syjy zjy sjy sjb ib i( 41)1 .242.22

21、 2ln3.14.t(2tttFtFtttttttttttttttttttttt求求时时假 设 油 罐 壁 温求 定 性 温 度 ：y)t37t15344(t 20)2t2015yy5.1a(t-15)Kg /2/s117.53t0 00054tw / m. C4ddmem 求定性温度下油品参数：密度：粘度：导热系数：热容：3y2rny1bic2.0180.000322(t100)KJ / Kg. C(t)6.Gr=cPrKJJ7.hth(Gr.Pr)a 求注意单位求4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算38qiqinqi2bi240443bi0biqibibibi1bib

22、i2bVD8.Re=:412c413c,nD9.5.67w /.qibi110.11aRecm k273273tt()()100100acttKKa 求查表查表，得值已知 黑度值，辐射系数求bibii3bibibiybiy1bi1 C1aaktttta 忽略（）-如果小于 ，假设壁温合适，否则返回到第三步。4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算39ding0i1dingci2ding3dingdidi1didituyj33112.11113.1D814.K15.KF()KaaaKaQQttdingdibibidingdingdidiiKKKK FKFK FF 求求求求4.3

23、油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算4022yzys11123N16.G10017.Gc()c118.Q Q=()2Q QQ QttQ QQ 求求定性温度下热容求ybitt4y119.t()220.c21.GrPr nttd假设加热器的壁温，定性温度求定性温度下的， ， ，求和得出 ， 值4.3油罐加热器的结构和计算第四章 油品加热与热力管道计算41ny2020yzybi20zy22.d123.1R24.120，且热能需要利用者，保温。n3为减少冷冻量损失，在冷冻量利用过程中，保冷。n4在输送易凝介质的管线，为防止介质温度降到凝固点以下而冻结者应予保温，并考虑介质的凝固点高低，

24、考虑是否伴热。n5为了防止管线内输送的含水液化气因压力下降而产生的自冷结冻现象堵塞管线应予保温。n6为减少介质由于日晒和外界温度升高而蒸发予保温。n7 为避免操作人员发生烫伤事故，当设备或管线温度高于90，应予保温。n8 为改善操作条件，降低室温，室内的高温设备和管线应保温。第四章 油品加热与热力管道计算99n二 对保温材料的要求n1导热系数小，绝热性能好，在常温下0.1kal/m.hn2密度小，机械性能（强度）高。n3物理化学性能稳定，不会因长期使用发生化学变化而腐蚀管线和设备。n4应有较好的防湿防水性能，因为保温材料是靠内部空隙中的空气来达到保温的目的。若因为含水，其导热系数猛增。水的导热

25、系数是空气的24倍。n5价格低、施工方便，使用时间长，易于就地取材。 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算100n三管路保温层厚度对减少热损失的作用分析n1地面保温管线 同样条件下保温管路与不保温管路热损失的比值 可按下式计算 bqq 式中： 有保温层，单位管长的热损失， ； 无保温层，单位管长的热损失， 。 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算bqq/w m/w m10112111122jbbbbttqDDmmddDD121112jttqDmddD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算1022jttw/mC;式中： 、 管内流体和管外介质温度，

26、bDDmd、 、管内径、外径。保温层外径， ；21222bbbbqDDDqmDD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算212.;C、管路内部、外部放热系数w/m2b1112Dmdd由于 、 相对于、要大得多，忽略和。103单位管长的保温层体积为:2224bVDD图412 P215 保温层体积与 关系分析可知： （1） 值较小时， 值急剧增加， 在0.20.5范围内适宜；（2）当 较大或D较小时，取较大的值比较经济；（3）保温材料贵或不耐用，则希望 减小、 增大2b 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算VV104n2.地下保温管 对于地下不保温管路224uthD

27、mD对于地下保温管路224ubthDmD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算105111114lnln2211114lnlnln222btubbtubDhqddDDDhqddDD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算1111144ln1lnln222bbtubDDhHLNDddDD 14444lnlnlnln4 1ln 41lnln4bbbbbhDDDhhDhDhhDDDDDDDhD 106n代入上式n整理得：111114ln1ln1lnln222bbbtuDDDhDddDD 1bDZD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算1124tu bbt

28、u btubtubtubdbDDheDdD 107n图413分析得：n（1）当值较大时 =0.7.09，即z值变化很大，Db/D却变化很小，相反，当值较小时，如 =0.10.3时，z的微小变化都将引起Db/D较大变化。因此选取过小的值往往造成保温层显著增厚，一般取 0.5。n（2）从保温管路的工作情况进行分析，土壤的导热系数可随季节变化很大。保温材料的导热系数也随工作条件而变化。当、变化时，若选用较大的值，对Db/D影响不大，反之若选用较小的值，tu、b变化， Db/D变化大，使等式发生破坏。保温管路的工作状态不稳定，可能使油凝结。n若取 =0.5，则 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算108124tu bbtu btubtubtubdbDDheDdD 1bDZZD对于薄壁管：1Dd 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算124btubtubtubdbDheDD10912422bubububttdtbDhDeD 4.8 油罐和管路保温第四章 油品加热与热力管道计算11