10.1 Визначення імовірної температури нафтопродукту

при зберіганні в ємностях

З метою визначення площі поверхні підігріву, а також кількості тепла, потрібної для підігріву, у кожному конкретному випадку слід визначати імовірну температуру нафтопродукту перед початком підігріву.

Нафтопродукти у ємності закачують у гарячому стані, в процесі зберігання вони охолоджуються до температури застигання і нижче. Розглянемо процес охолодження нафтопродукту до температури застигання.

Температура застигання визначає умови зберігання і перекачування високов’язких нафтопродуктів. Значення температури застигання деяких нафтопродуктів і нафт наведені в таблиці 10.1.

Таблиця 10.1 – Температура застигання деяких нафтопродуктів і нафт

Нафтопродукт | Температура, ОС

застигання

(не більше) | рекомендована перед перекачуванням

Мазут марки 40

марки 100

флотський

Масла індустріальні

Гудрон

Дизельне паливо літнє

Нафта (без термообробки)

Битківського родовища (Україна)

Долинського родовища (Україна)

Ромашкінського родовища (Татарстан)

Глинсько-Розбишевського родовища (Україна)

Камишлдижинського родовища (Туркменістан) | 15

20-25

мінус 7-мінус 11

мінус 20-плюс 6

-

мінус 10

25

24

0

мінус15

32 |

45

65

25-35

20

50-60

0

згідно розрахунків

згідно розрахунків

-

-

згідно розрахунків

Врахувати всі фактори, від яких залежить температура нафтопродукту в ємності, практично неможливо, тому її визначають з деякою імовірністю (імовірна температура) за формулою

, (10.1)

де - імовірна кінцева температура нафтопродукту;

- температура навколишнього середовища;

- температура, з якою нафтопродукт був прийнятий у ємність (початкова температура);

- коефіцієнт теплопередачі від нафтопродукту в навколишнє середовище;

- поверхня охолодження ємності;

- час охолодження (зберігання);

- маса нафтопродукту;

- питома масова теплоємність нафтопродукту.

Температуру довкілля для наземних і напівпідземних резервуарів визначають таким чином

, (10.2)

де - температури грунту і повітря відповідно;

-площі поверхонь резервуара, що контактують з ґрунтом і повітрям.

Для наземних резервуарів типу РВС може бути застосована практична формула

, (10.3)

де - висота наливу нафтопродукту;

- діаметр резервуара .

Для підземних резервуарів дорівнює температурі грунту на глибині укладання осі резервуара або його середини. Для залізничних цистерн приймається рівною температурі повітря.

Найбільша складність при розрахунках процесів підігріву (охолодження) нафтопродуктів полягає у визначенні коефіцієнта теплопередачі від нафтопродукту в навколишнє середовище. Для наземних резервуарів значення коефіцієнта теплопередачі знаходиться з урахуванням характеру теплопередачі через стінку, днище і покрівлю

, (10.4)

де - коефіцієнти теплопередачі від нафтопродукту в навколишнє середовище через стінку, днище, покрівлю;

- відповідні поверхні теплообміну (при цьому під розуміють сумарну поверхню покрівлі і поверхню циліндричної частини резервуара, що контактує з газовим простором резервуара).

Коефіцієнт теплопередачі через стінку ємності визначається з рівняння

, (10.5)

де - коефіцієнти тепловіддачі відповідно від нафтопродукту до стінки, від зовнішньої поверхні резервуара у повітря, від стінки радіацією;

- товщина стінки, ізоляції і т.д.;

- відповідний коефіцієнт теплопровідності.

Для визначення коефіцієнтів тепловіддачі користуються безрозмірними критеріями Нуссельта, Прандтля, Грасгофа, Рейнольдса.

Критерій Нуссельта, який характеризує інтенсивність конвективного тепло- і масообміну, є безрозмірним коефіцієнтом тепловіддачі

, (10.6)

де - коефіцієнт тепловіддачі;

- коефіцієнт теплопровідності нафтопродукту;

- діаметр резервуара.

Критерій Прандтля, що характеризує теплофізичні властивості рідини,

. (10.7)

Критерій Грасгофа, що характеризує співвідношення сил в’язкості і підйомну силу внаслідок різниці густини, дорівнює

, (10.8)

де - лінійний розмір (для РВС );

- коефіцієнт об’ємного розширення нафтопродукту;

- температура стінки ємності;

- середня температура нафтопродукту.

Якщо співвідношення

, (10.9)

то середню температуру нафтопродукту визначають як середньоарифметичну

, (10.10)

в іншому випадку – як середньоінтегральну

. (10.11)

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від нафтопродукту до вертикальної стінки визначають за такими формулами:

при (ламінарний режим)

, (10.12)

при (турбулентний режим)

, (10.13)

для горизонтальних циліндричних ємностей і труб при

, (10.14)

де індекс “П” означає, що всі фізичні константи визначаються при середній температурі нафтопродукту, індекс “ст” - при середній температурі стінки; індекси “” і “” характеризують лінійні розміри ємності.

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки ємності у повітря може бути визначений як функція швидкості повітря за емпіричними формулами

при м/с

Вт/(м2·К), (10.15)

при м/с

Вт/(м2·К). (10.16)

Коефіцієнт тепловіддачі радіацією від стінки ємності визначають за формулою

, (10.17)

де - ступінь чорноти поверхні (таблиця 8.2); –

стала Планка , Вт/(м2 К).

Таблиця 10.2 – Залежність ступеня чорноти поверхні від виду фарбування

Вид покриття поверхні | Ступінь чорноти поверхні

Біла крейдова фарба

Чорна фарба

Нова алюмінієва фарба

Алюмінієва фарба, що тривалий час перебувала під впливом атмосфери

Сталь шорстка нефарбована | 0,16

0,99

0,33

0,65

0,95

Середню температуру стінки визначають методом послідовних наближень і уточнюють за формулою

. (10.18)

Для напівпідземних вертикальних сталевих резервуарів коефіцієнт теплопередачі через стінку дорівнює

, (10.19)

де - коефіцієнти теплопередачі через стінку відповідно у повітря і грунт;

- поверхні резервуара, що контактують відповідно з повітрям і ґрунтом.

У цьому випадку коефіцієнт теплопередачі через стінку у повітря визначається за формулою (11.5), а в грунт як

, (10.20)

де - глибина занурення циліндричної частини резервуара в грунт;

- коефіцієнт теплопровідності ґрунту, значення коефіцієнтів теплопровідності ґрунтів наведені в таблиці 11.3;

- коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ґрунту у повітря, Вт/(м2 К).

Для підземних горизонтальних циліндричних резервуарів коефіцієнт теплопередачі знаходять за формулою (10.5), в якій , а коефіцієнт тепловіддачі визначають як

, (10.21)

де - радіус резервуара;

- глибина укладання резервуара до осі.

Коефіцієнт теплопередачі через днище ємності, встановленої на грунті, знаходять за такою залежністю

, (10.22)

де - коефіцієнт тепловіддачі від нафтопродукту до днища, визначається за формулою (10.14).

Таблиця 10.3 – Коефіцієнт теплопровідності ґрунтів

Ґрунти | Ступінь вологості |

Коефіцієнт

теплопровідності, Вт/(м2 ·К)

Глина

Супісок

Суглинок

Пісок

Грунт насипний | Суха

Помірно волога

Волога

Сухий

Помірно вологий

Вологий

Сухий

Помірно вологий

Вологий

Сухий

Помірно вологий

Вологий

Сухий

Помірно вологий

Вологий |

1

1,9

2,7

0,6

1,7

2,2

0,8

1,8

2,4

0,4

1,6

2

1,6

2

0,2

При визначенні коефіцієнта тепловіддачі задаються температурою внутрішньої поверхні днища, яку потім уточнюють за формулою

. (10.23)

Коефіцієнт теплопередачі через покрівлю резервуара визначається за формулою

, (10.24)

де - коефіцієнт тепловіддачі від дзеркала нафтопродукту у газовий простір резервуара;

- висота газового простору резервуара;

- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності