Нефть - главное богатство
России

Расчет подогревателей


Задачей расчета подогревателей является определение поверхности нагрева для неэлектрических подогревателей и основных параметров — для электрических подогревателей.

Змеевиковые подогреватели и теплообменники

При известном часовом расходе тепла Q, слагающемся из полезно расходуемого тепла и тепла на покрытие потерь в окружающую среду, поверхность нагрева подогревателей определяется по формуле:

F = Q / (k ((t1+t2/2) - tcp))

где F - поверхность нагрева подогревателя, м2;

k - коэффициент теплопередачи от теплоносителя через стенки подогревателя в нагреваемую жидкость, ккал/м2*ч*°С;

t1 - начальная температура теплоносителя при входе в подогреватель, °С;

t2 - конечная температура теплоносителя при выходе из подогревателя, °С;

tср — средняя температура нефтепродукта, °С.

При использовании в качестве теплоносителя водяного пара в предыдущей формуле вместо (t1 + t2)/2 подставляется температура водяного пара tп, а в числитель вводится коэффициент φ, учитывающий переохлаждение конденсата.

Уравнение будет тогда иметь вид

F = Qϕ/k(tп - tср)

Коэффициент ϕ принимается в зависимости от температуры нефтепродукта по таблице.

Значение коэффициента переохлаждения конденсата

Температура нефти или нефтепродукта в конце подогрева, °С

Давление пара, ати

1

2

3

4

5

6

10

20

30

40

50

60

1,01

1,01

1,01

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,03

1,03

1,03

1,04

1,04

1,04

1,05

1,05

1,06

1,06

1,06

1,06

1,06

1,07

1,08

1,07

1,07

1,08

1,08

1,09

1,1

1,08

1,08

1,08

1,09

1,1

1,11

 

Коэффициент теплопередачи k от теплоносителя к нефтепродукту определяется из формулы

k = 1/(1/a1d1)+(1/2λ)ln(d2/d1)+(1/a2d3) ккал/м2*ч*°С

В случае загрязнения труб накипью или осадками к определяется по формуле

k = 1/(1/a1d1)+(1/2λ)ln(d2/d1)+(1/2λн)+(d2/d3)+(1/a2d3) ккал/м2*ч*°С

где d1 - внутренний диаметр трубы, м;

λи λн - коэффициент теплопроводности стенки трубы и отложений, ккал/м2*ч*°С

d2 - внешний диаметр подогревателя, м;

d3 - внешний диаметр трубы с учетом отложений от накипи и осадков, содержащихся в нефтепродуктах, м.

При определении k обычно принимают коэффициент теплопроводности накипи λн=1,1 ккал/м2*ч*°С и нефтяной грязи, осаждающейся на внешней поверхности труб, λг=0,4 ккал/м2*ч*°С.

Коэффициент теплоотдачи от насыщенного пара к стенке трубы равен a1 = 3000 — 10 000 ккал/м2 ч °С.

Коэффициент теплоотдачи a1 больше в несколько раз при турбулентном режиме, чем при ламинарном. Для достижения турбулентности в движении теплоносителя стремятся увеличивать скорости последнего в трубках подогревателя.

Для приближенных расчетов коэффициент теплопередачи от пара к нефти или нефтепродукту в подогревателях или теплообменниках можно определять с достаточной точностью по следующей упрощенной формуле

k = 1/((1/a2) + R)

где R — дополнительное термическое сопротивление, влияющее на теплопередачу, в зависимости от внешнего и внутреннего загрязнения труб подогревателя, а также от условий передачи тепла от пара к стенкам труб с учетом влияния на теплопередачу стекающего по трубам конденсата, м2 * ч * °С/ккал; значения R выбираются в пределах 0,001 — 0,003 м2*ч*°С/ккал.

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб теплообменника к нефтепродукту, протекающим внутри трубок, определяется в зависимости от характера движения жидкости в трубах по следующим формулам: