1、第四章油品加热与热力管道计算第四章油品加热与热力管道计算n4-1 油品加热与保温的目的及方法油品加热与保温的目的及方法 n4-2 油品加热温度的确定油品加热温度的确定 n4-3 油罐管式加热器的设计油罐管式加热器的设计 n4-4 铁路油罐车的加热计算铁路油罐车的加热计算 n4-5 蒸汽管路的计算蒸汽管路的计算 n4-6油罐及管路的保温油罐及管路的保温4-1 油品加热和保温的目的及方法油品加热和保温的目的及方法n油品加热的目的：降粘。油品加热的目的：降粘。 n油罐及管线保温的目的：油罐及管线保温的目的： n经济目的：减小热损失，降低能耗。经济目的：减小热损失，降低能耗。 n生产目的：方便操作，减
2、少事故发生。生产目的：方便操作，减少事故发生。烧。、燃油加热，使之能燃生；、进行润滑油的净化再、加速油品调和；杂质；、促使油品脱水和沉降、促进原油破乳；、加快装卸速度；流动阻力；、降低油品粘度，减少加热的目的7 6 5 4 3 2 1 价格高。护，作方便、有利于环境保、电能：设备简单、操、热空气：热焓低。大，使用不方便。、热水：热焓低，用量大气压。全，于制备、输送、使用安、水蒸气：热焓高、易主要热源 43283 1加热方法加热方法n油罐（车）加热方法油罐（车）加热方法 蒸汽直接加热法蒸汽直接加热法 蒸汽间接加热法蒸汽间接加热法 热水垫层加热法热水垫层加热法 热油循环加热法热油循环加热法 电加热
3、法电加热法 n油管线加热方法油管线加热方法 蒸汽伴随加热法（内伴随、外伴随）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）电加热法（直接加热、间接加热、感应加热）蒸汽蒸汽直接加热法蒸汽直接加热法和农用柴油偶尔使用。适用范围：只有燃料油品中，影响油品质量。缺点：冷凝水留存于油率高。优点：操作方便，热效入被加热油品。方法：把水蒸气直接通蒸汽直接加热法 蒸汽蒸汽间接加热法蒸汽间接加热法油品加热。接接触，适用于一切优点：蒸汽与油品不直加热套升温加热油品。方法：管式加热或罐车蒸汽间接加热法 蒸汽热水垫层加热法热水垫层加热法于地下水封油库。要适用有方便的热水来源。主通入蒸汽来补
4、充。要求层向油品传热，热量靠依靠油品下面的热水垫 热油循环加热法热油循环加热法质量。器，杜绝漏水影响油品搅拌设备，罐内无加热需用加热，再用泵打回去，抽出部分油品到容器外热油循环法 红外线加热。电阻加热、感应加热、电加热法 ）感应加热（线；）间接加热：有电热导（接加电；）直接加热：对管路直（、电加热内伴热、外伴热、蒸汽管伴随加热管线加热3 2 1 2 1 内伴随：内伴随：外伴随：外伴随：4-2油品加热温度的确定油品加热温度的确定n加热起始温度加热起始温度tys n（即冷却过程的终了温度）（即冷却过程的终了温度） n加热终了温度加热终了温度tyz n（即冷却过程的起始温度）（即冷却过程的起始温度）
5、加热终了温度的确定加热终了温度的确定n根据下列因素确定加热终了温度：根据下列因素确定加热终了温度： n油品性质油品性质 n作业性质作业性质 n地区及气温地区及气温 n节约能源节约能源 n安全因素安全因素假设条件：假设条件：n在冷却过程中，油温处处均匀一致；在冷却过程中，油温处处均匀一致； n在整个冷却过程中，油品中无蜡析出；在整个冷却过程中，油品中无蜡析出；n在整个冷却过程中，油罐的总传热系数为常在整个冷却过程中，油罐的总传热系数为常数；数； n在整个冷却过程中，油品的比热容为常数。在整个冷却过程中，油品的比热容为常数。加热起始温度加热起始温度n根据能量平衡可推导出加热起始温度：根据能量平衡可
6、推导出加热起始温度：n油品冷却放出的热量油品冷却放出的热量 = =油罐向周围介质的油罐向周围介质的散热量散热量 ndQ1 1=-=-GcdtndQ2 2= =KFi i( (t- -tj j) )d。油品的比热容，；油品的总质量，度，散失的热量为：内，油品冷却、在单位时间的壳层。层形成凝结度后油品开始凝固，外第二阶段：到达凝点温一般在第一阶段。原油的冷却至原油的凝点；油罐内第一阶段：从开始冷却油品冷却的两个阶段：kgJckgGGcdtdQdtdyy/ 1 点的情况。适用于终了温度大于凝积分，得介质散失的热量油品通过容器壁向周围、油品散失的热量等于周围介质温度，。油品温度，；容器的总冷却面积，；
7、总传热系数，质的热量、经容器散失到周围介GcKFjyjyjyyjyyjyjyettttdGcKFttdtdttKFGcdtttmFmWKdttKFdQdQ 122)( )( 3 / )( 2GcFKjyzjysitttte式中：式中： tys：油品加热起始温度，：油品加热起始温度， tyz：油品加热终了温度：油品加热终了温度 tj ：油罐周围介质温度：油罐周围介质温度K：从油品到油罐周围介质的总传热系数：从油品到油罐周围介质的总传热系数 Fi：油罐总散热面积：油罐总散热面积 ：冷却时间：冷却时间 G：油罐内油品总质量：油罐内油品总质量 c ：油品比热容：油品比热容加热起始温度的确定加热起始温度
8、的确定：地上固定顶油罐地上固定顶油罐 地上卧罐地上卧罐 埋地油罐埋地油罐 tj=年最冷月土壤平均温度年最冷月土壤平均温度 4214qitujtttqijtt 式中：式中： ttu：最冷月地表平均温度；：最冷月地表平均温度； tqi：最冷月油罐周围大气的平均温度；：最冷月油罐周围大气的平均温度；：油罐的高度和直径的比值：油罐的高度和直径的比值 周围介质温度周围介质温度：DHtttttqjqjtujj的比值，和直径油罐的高度的平均温度，；最冷月油罐周围大气，；最冷月地表平均温度）立式地上罐：（度的土壤平均温度；）地下罐：油罐埋入深（平均温度；）埋地罐：最冷月土壤（大气平均温度；）地上卧式罐：最冷月
9、（的确定DH t42) 14( 4 3 2 1 tu4-3油罐管式加热器的设计油罐管式加热器的设计n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 局部加热器局部加热器 n按结构形式分按结构形式分 分段式加热器分段式加热器 蛇管式加热器蛇管式加热器图41图42油品的工况。适用于短时间要发大量整个水平位置上，置在罐内距罐底不高的）全面加热器：均匀布（，一次发油量不多。不会冷却至凝点的油品适用于粘度小、油罐内收发油管附近，）局部加热器：布置在（、按布置形式分 2 11罐。经常调节加热面积的油于含水要求不严格，需适用条件：易泄漏，对便于排除冷凝水。加
10、热管有一定的坡度，水管。凝。罐外有总蒸汽管和冷蒸汽进口和冷凝水出口，每组有独立的于连接，横向汇管长度小根平行管与两根汇管安装、拆卸。每一段由成，便于直径的无缝钢管焊接而由）分段式加热器（、按结构分500mm4250mm15 12）箱式加热器（）换热器式（）竖井式（、局部加热器的油罐。对含水需要要求严格间连续加热，油品质量适用条件：经常、长时需要较高的蒸汽压力。提高油品加热效果。管在罐内均匀分布，可蛇管有一定的坡度。蛇装在金属支架上。，用导向卡箍将蛇管安而成，中间有少量法兰的无缝钢管焊接而成，用由一根很长的管子弯曲、蛇管式加热器321350mm15 (2)( 1/)2( m 1021212021
11、02yyyttKQFtttttmWKWQtttKQFF过冷，）当冷凝水在加热器不（中的平均温度，。罐内油品在加热过程的温度，；热源在加热器出口处温度，；热源进入加热器时的；品的总传热系数，热源通过加热器对油；所需的总热量，单位时间内加热油品）按下式计算：（加热面积油罐管式全面加热器的加热面积计算二、管式全面加热器的式中：式中： F：加热器加热面积，：加热器加热面积，m2 2； Q：单位时间内加热器向油品提供的热量，：单位时间内加热器向油品提供的热量，W； K0 0：蒸汽通过加热器对油品的总传热系数，；：蒸汽通过加热器对油品的总传热系数，； t1 1：蒸汽在加热器进口处的温度，：蒸汽在加热器进口
12、处的温度，； t2 2：蒸汽在加热器出口处的温度，：蒸汽在加热器出口处的温度，； ty y：加热过程中罐内油品的平均温度，：加热过程中罐内油品的平均温度，。 2 . 11 . 12210ytttKQF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加热器入口是饱和蒸汽，出口是饱和水，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：又忽略加热管中的压降，则有：t2 2= = t1 1 加热器进口为饱和蒸汽，出口为过冷水，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：则加热器的加热面积为： yttKQF10式中：式中：为过冷系数为过冷系数 关于关于t t1
13、1和和t t2 2不考虑冷凝水过冷问题一般却放出热量显著减少，由于饱和水热焓低，冷选取。为过冷系数，可根据表和温度）当冷凝水温度低于饱（5-4)( 210yttKQF2jysjyztttt2ysyzyttt2jysjyzttttjysjyzysyzjyttttttttln时，时，1、罐内油品平均温度罐内油品平均温度ty。油罐周围介质温度，；油品加热终了温度，；油品加热起始温度，jyzysttt。，至油品的外部放热系数从加热器管子最外层；加热器管子的外径，；积物导热系数，水垢、管子、油品沉。的沉积物后各层直径，壁水垢和油污等在管内外管子的内外径及计入；内部放热系数，蒸汽向加热器内壁的（传热系数蒸
14、汽经加热器至油品总22211121110)1(12)1(11110/m/m /1ln2111)(ln2)()mWdmWdmWdddddKttdttddttdttdKiininiiiyibnibbiiiibqyq2 2、 K0 0的计算的计算可忽略。范围内，数值大，值在（计算如果有相变，可按下表可查表。是蒸汽导热系数，若冷凝水不过冷，温度取进出口平均温度对流的放热公式计算：状态，按紊流强制粘度小，流动处于紊流由于蒸汽运动速度快，的计算）（dmWlvttd1213121806. 0111/11600350021. 1)1003400163. 1 PrRe0266. 0Nu 131的数值可查表。，、
15、油污对传热的影响，附加热阻，考虑水垢的影响差别不大，忽略与）考虑到（RWmRRKddddniiiin/11 ln212220111。油品的定性温度，油品密度，（油品导热系数的大小，可查表。、系数，取决于、算按无限空间自然对流计的计算）（ttnGrdyyyyny15)00054. 015 .117 PrGrPr)( 3151522ysyzttGcQJQWQQQQQ11321 )1 4 ；，用于油品升温的热量；所需要的总热量，单位时间内加热油品（需要的总热量、单位时间内加热油品外径。热取内径，外部放热取定性尺寸：管线内部放是否正确。设，然后核算平均值。管外温度先假术度和加热器外壁温度算定性温度：油
16、品平均温参数选取：。，被加热油品的总质量；石蜡的融解潜热，的含量；凝结的石蜡在油品中；量，内向周围介质散失的热加热过程中单位时间；的总热量，融化凝固油品所需要kgGkgkJNttKFQWQGNQJQjyi/)( 100 3322)( 2)(1 01)(1001 2321jyijyiysyzjyiysyzttKFQttKFttGcQQttKFGNttGcQQQQ，则）若油品加热只为保温（，则点，）若油品未冷却到凝固（代入上式，得、把didingbidididingdingbibiFFFFKFKFKK罐顶面积DHFDHFDFdingbidi142其中为油罐的装满系数K 的计算的计算是否合适。判断，
17、用和求出，先假设用）罐壁传热系数罐壁面积。取罐顶面积加，取罐壁总面积的，油罐装满系数取、地上不保温立式油罐油罐总传热系数biyqiybibibibibiqiybibiybibibibibibibibidingbididingbidididingdingbibittttKtKtttKttKKFFFFFFKFKFKKK1)()()(111 1595%0.95 1 11bi1321baobaobitudidididididingdingiiccdingdingdingKDKKKK 2811 3111 21321总传热系数、地上保温立式油罐的）罐底的传热系数）罐顶传热系数 例题例题 42 在在 100
18、00m3的地上拱顶油罐中储存的地上拱顶油罐中储存 20 号号农用柴油已知油罐的平均直径农用柴油已知油罐的平均直径 D为为31.2m，罐壁高，罐壁高 14.07m ，拱顶曲率半径为，拱顶曲率半径为 37.27m 拱顶高为拱顶高为 3.434m 。油罐表面涂灰色，它的黑度油罐表面涂灰色，它的黑度为为0.96。罐内装油高度达罐壁。罐内装油高度达罐壁高的高的 85 % （即装油高为（即装油高为 11.94m ）。根据对所储油品的）。根据对所储油品的测定，已知，粘度指数测定，已知，粘度指数u=0266 ，相对密度，相对密度 =0.913 。油罐所在地最冷月大气月平均温度为油罐所在地最冷月大气月平均温度为
19、-2，平均风速为，平均风速为 2 .5m /s 。农柴冬季在罐中长期储存后沿罐壁和油面成很。农柴冬季在罐中长期储存后沿罐壁和油面成很厚的凝油层，但内部并未凝结，已知罐内平均油温为厚的凝油层，但内部并未凝结，已知罐内平均油温为 4，并已知凝结的石蜡占油品总重的并已知凝结的石蜡占油品总重的 6 。要求在。要求在 72h 内将全内将全罐油品升温至罐油品升温至 2，以便向外发放。若进入加热器的蒸汽，以便向外发放。若进入加热器的蒸汽为表压为表压0.408MPa 的干饱和蒸汽，试计算油罐应装设的加的干饱和蒸汽，试计算油罐应装设的加热器面积。热器面积。 154d（2）求罐壁传热系数）求罐壁传热系数 Kbi先
20、假设罐壁平均温度先假设罐壁平均温度tbi为为 10 则，准则方程的定性温度为则，准则方程的定性温度为（1）求油品的平均温度）求油品的平均温度 11.5计算在定性温度下的油品参数：计算在定性温度下的油品参数：（式中油品相对密度的平均温度修正系数（式中油品相对密度的平均温度修正系数a=0.00062）（油罐装油高度）（油罐装油高度） 根据上述参数计算准则根据上述参数计算准则 Gr 和和 Pr 从表从表4-7查得查得根据式（根据式（ 4 -29 ）计算）计算1bi 已知最冷月平均温度为已知最冷月平均温度为-2从表从表 4-12 可查得（插值）可查得（插值）相应的空气的导热系数相应的空气的导热系数qi
21、=2 . 41910 2W / m ，粘度，粘度qi=13. 11 10 -6m2 / s 。又已知风速。又已知风速 v = 2 .5m / s ，油罐，油罐直径直径 D = 31.2m ，可求得，可求得从表从表 413 可查得可查得 C= 0 . 023 , n= 0.8 根据式（根据式（ 4-30 ）计算）计算2bi已知黑度：已知黑度：=96 ，黑体辐射系数，黑体辐射系数 C =5 . 67w / m2K 4tbi=10, tqi=12,可根据式可根据式（ 4 -31 4 -31 ）求求3bi 由于钢罐壁厚由于钢罐壁厚bi很小，而它的导热系数很小，而它的导热系数bi又较大，因又较大，因此此
22、bi /bi在实际计算中可忽略。按式（在实际计算中可忽略。按式（ 4 -28 ）计算罐壁）计算罐壁传热系数传热系数Kbi 。用式（用式（ 433 ）检验原假设的罐壁平均温度）检验原假设的罐壁平均温度tbi是否正确。是否正确。显然原假设的罐壁温度显然原假设的罐壁温度tbi=10 是合适的。是合适的。 （3）确定罐顶和罐底的传热系数）确定罐顶和罐底的传热系数罐顶和罐底的传热系数比较小，相对于罐壁它们对油罐的罐顶和罐底的传热系数比较小，相对于罐壁它们对油罐的总传热系数的影响较小，可不进行详细的计算而选用经验总传热系数的影响较小，可不进行详细的计算而选用经验数值。取罐顶传热系数数值。取罐顶传热系数 K
23、ding=0.7w / m2，取罐底传热系，取罐底传热系数数Kdi0.21 w / m2。 罐壁面积罐壁面积:（4）计算油罐的总传热系数）计算油罐的总传热系数 K罐顶面积罐顶面积:此处此处 H 指罐壁总高，指罐壁总高， h 指罐壁装油高度，指罐壁装油高度， R 指拱顶的曲率半径，指拱顶的曲率半径， f 指拱顶矢高。将不装油的罐壁面积计入罐顶面积。指拱顶矢高。将不装油的罐壁面积计入罐顶面积。 罐底面积罐底面积:油罐总传热系数油罐总传热系数 K 按式（按式（ 427 ）计算）计算:（5）计算单位时间内加热油品所需的总传热量）计算单位时间内加热油品所需的总传热量 Q油品升温所需的热量油品升温所需的热
24、量 Q1 ，按式（，按式（ 421 ）计算）计算上式中上式中,在平均油温在平均油温 t y= 13 时，时，=9l4kg / m3，c 1 . 733kJ / kg ，计算方法同前。，计算方法同前。融化蜡所需的热量融化蜡所需的热量 Q2 ，按式（，按式（ 4 422 ）计算）计算上式中上式中 N =6 ，认为，认为 6 的蜡含量在长期冷却过程中已全部的蜡含量在长期冷却过程中已全部凝结。凝结。 20 号农柴的凝固点不高于号农柴的凝固点不高于20，从表，从表 411，查得，查得，蜡的融解潜热应不高于蜡的融解潜热应不高于217.7kJ / kg,油品总质量油品总质量加热过程中散失于大气中的热量加热过
25、程中散失于大气中的热量 Q3，按式（，按式（ 423 ）计算）计算此处此处 是指油罐总散热面积。是指油罐总散热面积。单位时间内加热油品所需的总热量按式（单位时间内加热油品所需的总热量按式（ 4 20 ）计算）计算:（6）计算加热器面积）计算加热器面积 F 加热器采用加热器采用603.5无缝钢管制作，无缝钢管制作， d=0.06m 。加热。加热器管组的传热系数器管组的传热系数 Kn按式（按式（ 4 15 ) 计算，附加热阻计算，附加热阻 R 取取为为0.00172m2 / W ，外部放热系数，外部放热系数2按式（按式（ 4 17 ）计）计算。表压力为算。表压力为0.408MPa 的蒸汽温度为的蒸
26、汽温度为 151.11 ，已知罐，已知罐内油品平均温度为内油品平均温度为13 ，先假设加热器管壁温度为，先假设加热器管壁温度为110。对于各准则的计算，定性温度取为对于各准则的计算，定性温度取为（110+13）/2=61.5此处温度为此处温度为 61时时 = 0 . 00054 ,由式（由式（ 752 ）算得）算得:查表查表 47=0.135, n= 1 / 3:校核原假设的加热器管壁温度校核原假设的加热器管壁温度显然原假设的加热器管壁温度显然原假设的加热器管壁温度 110 是合适的是合适的 加热器的面积加热器的面积 F 按式（按式（ 48 ）计算）计算 :考虑到结垢、结污对传热效果的影响，增
27、加考虑到结垢、结污对传热效果的影响，增加 10 左右的加左右的加热面积作为富裕量。取加热面积热面积作为富裕量。取加热面积 F = 88m2 。所需加热管的总长度所需加热管的总长度:即要用即要用468m长的长的603.5无缝钢管来制成加热器，才能满无缝钢管来制成加热器，才能满足本题的加热作业要求。足本题的加热作业要求。tuiibituiiccdingdingtututuHiibibiKmWKKK212121111 5/3 . 97 4111 11 3热系数、地下卧式油罐的总传热系数、地上卧式油罐的总传的总传热系数、直接埋土非金属油罐NZZiiQG式中：式中： GZ：加热器蒸汽耗量，：加热器蒸汽耗
28、量，kg/s； Q：加热所需总热量，：加热所需总热量，W； iZ：加热器进口处干饱和蒸汽的热焓值，：加热器进口处干饱和蒸汽的热焓值，J/kg； iN：加热器出口处饱和冷凝水的热焓值，：加热器出口处饱和冷凝水的热焓值，J/kg； 三、蒸汽耗量的计算三、蒸汽耗量的计算加热器总长加热器总长 蛇管式加热器分段长度蛇管式加热器分段长度nlDFL32022212yZNZHttKiigPPCDl式中：式中： D：加热器管外径，：加热器管外径，m； C=0.00005 m-1； P1：加热器进口蒸汽压力，：加热器进口蒸汽压力，Pa； P2：加热器出口蒸汽和冷凝水压力，：加热器出口蒸汽和冷凝水压力，Pa； tZ
29、：饱和蒸汽温度，：饱和蒸汽温度，； H：汽水混合物的摩阻系数。：汽水混合物的摩阻系数。 四、蛇管式加热器分段长度的计算四、蛇管式加热器分段长度的计算。需要确定加热管的长度汽量减少，冷现象。为防止出现蒸的供热不足或冷凝水过成对油品少，蒸汽流量降低，造流经加热管的蒸汽量减过长，确定的情况下，若、在蛇管进出口压力。加热器管外径，；加热器面积，的分段计算四、油罐蛇管式加热器LdPPmdmFdFL212 。常数，加热管内径；汽、水混合物的密度流量；汽、水混合物的体积的公式计算区小，压力降用阻力平方由于蒸汽流速大，粘度gdQgdxdQdPHHHHHHHH2528 处蒸汽的湿度。距加热器分段起点为蒸汽的密度；冷凝水的密度；冷凝水的体积流量；所以远大于若xQQQQQQQznnznnHznznznnznnnH)1 ( 11)1 ( /m0.000051 / )1 ( 1)1 ( 525ClxgCPdxdgGgdxdGdPQQQQGGzzHHHHzznnHnnHnnHH为蒸汽的质量流量；饱和冷凝水热焓，；饱和蒸汽热焓，kgJikgJilLNttKiigPPCDliittDlKGgdlGCldgGCPPdxlxCdgGPdPdxCPdglxGdPyznzHnzyzHHPPHH/2811 nz302221052252222211052252221
