Перекачка высоковязкой и застывающей нефти, страница 24

Величина полного коэффициента теплопередачи для теплоизолированного трубопровода без внутренних отложений описывается формулой (2.15). Для подземных магистральных трубопроводов в общем случае a₂ находится с учетом сопротивления теплопереходу на границе “грунт-воздух” по формуле (2.16).

Тогда

           .      (2.38)

Для подземных магистральных трубопроводов с малой погрешностью двумя первыми слагаемыми в правой части (2.15) можно пренебречь. Тогда с учетом (2.38) его можно представить в виде

                            ,                                            (2.39)

где                     ;

                            .

С учетом данного выражения требуемое число пунктов подогрева составит

                    .          (2.40)

Выразим величины капитальных и эксплуатационных расходов на подогрев.

Стоимость пункта подогрева пропорциональна площади поверхности нагрева тепловых установок F_т и равна

                                                                               (2.41)

где    s_т - стоимость 1 м² поверхности нагрева с учетом стоимости

         вспомогательного оборудования и зданий тепловых установок.

Общая поверхность нагрева тепловых установок составляет

,

где    Q_т - затраты тепла на нагрев перекачиваемой нефти на каждом пункте подогрева;

         q₁ - теплоотдача 1 м₂ поверхности тепловой установки;

         h_т - к.п.д. тепловых установок;

         D_р - коэффициент их резерва.

Нетрудно видеть, что величина  не зависит от диаметра тепловой изоляции.

Эксплуатационные расходы по одному пункту подогрева складываются из амортизационных отчислений , а также заработной платы персонала и расходов на топливо, воду, смазку

,                          (2.42)

где x_тс - норматив амортизационных отчислений для пунктов                      подогрева;

         А₁ - эксплуатационные расходы по одному пункту подогрева,

независящие от D_из.

Общие приведенные затраты в пункты подогрева составят

                                     ,                            (2.43)

где     - приведенные годовые затраты в один пункт

         подогрева, .

Составим теперь функцию приведенных затрат для тепловой изоляции. Капиталовложения на ее сооружение пропорциональны весу затраченного материала и равны

,        (2.44)

где    s_из, r_из  - соответственно стоимость единицы массы и плотность

         тепловой изоляции;

         А₂, А₃ - расчетные коэффициенты,  

;   

Эксплуатационные расходы на содержание тепловой изоляции трубопровода складываются из отчислений на ее амортизацию и текущий ремонт , а также затрат, независящих от толщины тепловой изоляции А₄, т.е. равны

                                    .                        (2.45)

Следовательно, приведенные годовые затраты на тепловую изоляцию составляют

                            .                     (2.46)

Таким образом, целевая функция суммарных приведенных годовых затрат в пункты подогрева и тепловую изоляцию может быть записана в виде

                            ,              (2.47)

где    S₁, S₂, S₃ - расчетные коэффициенты

    ;         .

Для определения оптимального диаметра тепловой  изоляции продифференцируем полученное выражение по D_из и приравняем результат нулю

                    .

Откуда

                            .                            (2.48)

Впервые данное уравнение было получено П.И. Тугуновым совместно с М.В. Нечвалем. Оно решается относительно D_из методом последовательных приближений.

Мы рассмотрели только один случай определения толщины тепловой изоляции - при стационарном режиме перекачки по подземному трубопроводу. Однако подобные задачи решены и для нестационарных условий, для различных способов прокладки, с учетом гораздо большего числа факторов (наличия отложений парафина, выделения тепла трения и т.д.). Об этих методах расчета, а также о зарубежном опыте применения теплоизолированных трубопроводов, конструкциях теплоизоляционных покрытий устройствах для нанесения тепловой изоляции можно прочесть, например, в монографии П.И. Тугунова “Тепловая изоляция нефтепродуктопроводов и резервуаров”.-  М: Недра, 1985.-152 с.