Перекачка высоковязкой и застывающей нефти, страница 14

Высота печи без дымовой трубы достигает 10,5 м. Пропускная способность - 600 м³/ч. Нефть нагревается с 30 до 65 ^оС. Максимальное рабочее давление нефти на входе в змеевик не должно превышать 6,5 МПа. Теплопроизводительность   печи    составляет   10500 кВт,  а  к.п.д.  достигает 0,77 (фактически 0,5), что свидетельствует о её высокой тепловой эффективности.

Рассмотрим теперь методы расчета “горячей” перекачки. Для определения потерь напора в “горячем” трубопроводе надо знать температуру нефти в любом его сечении.

2.3.2. Тепловой режим магистральных трубопроводов при

перекачке высоковязких и высокозастывающих нефтей

Подогретая нефть, двигаясь по трубопроводу, отдает тепло в окружающую среду и постепенно остывает. Выделим на расстоянии х от начала трубопровода участок длиной dx и составим для него уравнение теплового баланса (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Схема к выводу закона изменения температуры нефти

по длине трубопровода

При движении нефти через рассматриваемый участок она охладится на dT и потеряет в единицу времени количество тепла (изменение теплосодержания)

                                     ,

где    M - массовый расход;

         с_р - теплоемкость нефти.

Знак “минус” учитывает, что температура нефти по мере удаления от пункта подогрева уменьшается ( dT < 0 ).

Изменение температуры нефти в трубопроводе происходит по следующим причинам:

- отдача тепла в окружающую среду

                                     ;

- нагрев нефти вследствие выделения тепла трения

                                     ;

- нагрев нефти вследствие выделения из нее кристаллов парафина

                                     ,

где    К - полный коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду;

         D - внутренний диаметр отложений в трубопроводе;

         Т - температура нефти в сечении x;

         Т_о - температура окружающей среды;

         i - средний гидравлический уклон;

         e - массовая доля парафина в нефти;

         c - теплота кристаллизации парафина;

         Т_нп, Т_кп - температуры соответственно начала и конца выпадения парафина.

Соответственно уравнение теплового баланса для нефти, находящейся в участке трубы длиной dx, примет вид

                  .       (2.12)

Разделяя переменные, получим

                    .                           (2.13)

Интегрируя левую часть уравнения (2.13) от 0 до x, а правую от Т_н до Т(х), после ряда преобразований получим

                    ,                         (2.14)

где    g, а - расчетные коэффициенты

                           ;           .        

Из формулы (2.14) как частный случай (g = 0, e = 0 ) получается формула Шухова.

Характер изменения температуры нефти в трубопроводе при различных сочетаниях g и e приведен на рис. 2.14.

Из рис. 2.14 видно, что вследствие выделения тепла трения температура нефти несколько превышает температуру окружающей среды. Чем больше в нефти парафина, тем медленнее она остывает.

Полный коэффициент теплопередачи, входящий в формулу (2.14), определяется из уравнения

                    ,                       (2.15)

где    l_i, D_i, D_i+1  - коэффициент теплопроводности, внутренний и на-                       ружный диаметры i - того слоя  (отложений, трубы, изоляции);

         a₁ - внутренний коэффициент теплоотдачи, характеризующий

         теплоперенос от нефти к внутренней поверхности отложений;

         a₂ - внешний коэффициент теплоотдачи, характеризующий

         теплоперенос от внешней поверхности изоляции в окружающую

         среду;

         D_из - наружный диаметр изоляции.

Внутренний коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

                                     ,

где    l_н - коэффициент теплопроводности нефти.

Величина числа Нуссельта определяется по экспериментальным формулам в зависимости от режима перекачки, например, по Михееву:

- при ламинарном режиме (Re £ 2000)

                    ,