Определение времени разогрева водомазутной эмульсии в резервуарах при хранении на ТЭС и промышленных предприятиях Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

52 ПЕРЕРАБОТКА

4/Н (04) СЕНТЯБРЬ 2009 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ

Хранение водомазутной эмульсии на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях является важным условием дальнейшего ее использования. Применение удобных формул для определения времени разогрева водомазутной эмульсии в резервуарах актуальны для проектирования хранилищ нефтепродуктов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАЗОГРЕВА ВОДОМАЗУТНОЙ ЭМУЛЬСИИ В РЕЗЕРВУАРАХ ПРИ ХРАНЕНИИ НА ТЭС И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

М.Ф.ШАГЕЕВ В.В.ЛОПУХОВ БУШАРА САЛАХЕЛДИН

Казанский государственный энергетический университет Омдурманский общественный университет

г. Казань Судан

Основной особенностью технологического процесса в топливно-энергетическом комплексе ТЭС и промышленных предприятий является использование и хранение больших объемов нефтепродуктов. Поддержание теплофизических свойств нефтепродуктов, в частности водомазутной эмульсии (ВМЭ), в период хранения у потребителей является важным условием дальнейшего использования [1, 2].

Расчет циркуляционного подогрева нефтепродукта может проводиться для решения двух задач:

Задача 1. Поддержание заданной температуры ВМЭ в резервуаре.

Задача 2. Подогрев ВМЭ в резервуаре с температуры хранения 'х до конечной температуры 'к.

Последняя задача решается для случая, когда подача насоса известна и опре-

Циркуляционный подогрев в настоящее время принят в качестве основного метода подогрева для всех вновь сооружаемых газомазутных электростанций, а также растопочных мазутных хозяйств ТЭС.

Ввиду того что изменения теплофизи-ческих свойств ВМЭ при относительно низких температурах могут привести к выходу из строя всей системы хранения нефтепродукта, необходимо разработать мероприятия для достижения заданной температуры в резервуарах. Следует отметить, что ВМЭ, с которыми приходится иметь дело на практике, представляют собой гораздо более сложные, многокомпонентные, гетерогенные системы, имеющие существенное отличие теплофизических свойств по сравнению с водой и мазутом.

Опыты, проведенные в [3, 4], показали, что при использовании циркуляционного разогрева возможно хранение мазута при более низких температурах (до 30 - 350С для мазута М 100), а в работе [5] проведенные опыты с хранением ВМЭ позволили снизить температуру до 70С.

Циркуляционный подогрев в настоящее время принят в качестве основного метода подогрева для всех вновь сооружаемых газомазутных электростанций, а также растопочных мазутных хозяйств ТЭС.

Исследованиями процесса теплообмена при циркуляционном подогреве установлено [6], что циркуляционный подогрев обеспечивает однородность температурных полей в резервуаре.

В данной работе для отыскания путей подогрева ВМЭ в резервуарах рассматривается система циркуляционного подогрева и производится расчет режимных характеристик этой системы.

деляется время разогрева ВМЭ.

Для решения поставленных задач необходимо задаться следующими условиями:

• температура ВМЭ, поступающей в резервуар после подогрева 'вх1, °С;

• расход ВМЭ, отводимой из резервуара к другому оборудованию, О2, кг/с;

• подача насоса, транспортирующего ВМЭ из резервуара 01, кг/с;

• удельные теплоемкости воды С и

мазута С ;

' маз'

• долевые коэффициенты воды авод и

мазута амаз, содержащихся в ВМЭ.

Для формулировки математической модели теплогидравлических процессов, происходящих в системе циркуляционного подогрева, рассматривается резервуар (рис. 1) [3] с первоначальными значениями массы ВМЭ в нем О и его температурой При рассмотрении системы циркуляционного подогрева ВМЭ в резервуаре принимаются следующие условия, характеризующие процесс. Из резервуара отводится количество ВМЭ с расходом О1 при текущей температуре 1 в линию циркуляционного подогрева. Часть этой ВМЭ с расходом О2 отводится к другому оборудованию. Другая его часть (О1 - О2) нагревается во внешнем циркуляционном теплообменнике. В зависимости от условий работы температура ВМЭ на выходе из подогревателя 'выхл (равная температуре входа 'вх1 в резервуар) может быть постоянной.

Примем следующее:

1) 'вх1 = 'выхп = С0П3';

2) 'вх3 = С°П5'.

Составим уравнение теплового баланса для ВМЭ в резервуаре за промежуток времени Ьт; при этом температура ВМЭ ►

Рис. 1 Схема циркуляционного подогрева водомазутной эмульсии в резервуаре (1-резервуар хранения) и подготовки водомазутной эмульсии; (2-подогреватель)

ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 4/Н (04) СЕНТЯБРЬ 2009 г. ПЕРЕРАБОТКА 53

в резервуаре повышается на величину Ш.

1. Рассматриваемая (рис. 1) система состоит из массы ВМЭ, поступившей в резервуар [О^О^О^Шт; массы ВМЭ, отведенной из резервуара О^т; массы ВМЭ, находившейся в резервуаре в момент т, равной О - т(О2 - О3).

2. При охлаждении массы ВМЭ (О1 - О2)Шт ее температура изменилась от величины 1вх1 до (1 + ШЦ, и таким образом она передала количество теплоты Q1,2, равное:

Ц,2 = Смз(°1 - С«, - I - Л); и

где: Свмэ - удельная теплоемкость во-домазутной эмульсии,

С = а С + а С .

вмэ вод вод маз маз

Масса ВМЭ О3Шт может отдавать теплоту, если 1вх3 > 1 + и получать теплоту, если 1вх3 < 1 + Положим для определенности, что 1вх3 < 1 + Ш (при этом другой случай также может быть учтен за счет изменения знака рассматриваемого количества теплоты Q3).

Таким образом, масса ВМЭ О^ нагрелась, и ее температура повысилась от 1вх3 до 1 + при этом она получила количество теплоты Q3, равное :

Q3 = С О3 Шт (1 + Ш - 1 3).

3 вмэ 3 вх3

2).

Qпот = КТШт ((1 + 1Ш)/2 - 1о.с)

Q = Q + Q ,

перед получ пот

(5),

где: Черед = 4,2 = Свмэ (С1 -Шт(1вх1 - 1 - ШЦ;

Qполуч = Q3 + Q = Свмэ О3 ^ (I + Ш - и + Св„эч° - Т(°2 - С^

Q = К'ТШт (1 + - 1 ).

пот 4 о.с'

Таким образом (5) примет вид:

Свмэ (С1 - - I - =

Свмэ°3Шт(! + Ш - и +

Свмэ (С - Т(С2 - С3»Ш +

КТШт^ + - 1ос).

Разделим уравнение (6) на Шт:

Свмэ (С1 - С2)('вх1 - 1 - = СвмэС3(' + Ш - 'вх3) +

Свмэ (С - т(О2 - С3»

ШМт + КТ^ + - 1ос).

(7)

при этом С (О1 -

вмэ 1

>0:

С2)(1в, 1

1) =

С

, С3(1 - и+ , (О - т(О2 - О3))

dt/dт+К"F(t - 1ос).

где: К" - коэффициент теплопередачи от ВМЭ в резервуаре в окружающую среду; F - площадь поверхности резервуара; 1ос - температура окружающей среды.

3. Составим уравнение теплового баланса за период времени Шт:

л=свмэ(сз+(с1-с2))+^; Я=Свмэ (С3'вх3 +(С1 "С2)'вх1 С=СвМЭ(е2-ез)-

(10).

Масса ВМЭ, находившаяся в резервуаре в момент времени т, равная О - т (О2 - О3) нагрелась от температуры 1 до температуры 1 + при этом она получила количество теплоты Q, равное:

Q = Свмэ (О - т(О2 - О3))(1 + Ш - 1). 3).

За период времени Шт из резервуара в окружающую среду было передано количество тепла Qпот, равное:

(4),

А.=С {в.-вЛ + КГ-, I вмэ 1 V

В =С

ВМЭ

вмэ 1 2' вх1 о.с

-С б., вмэ 2

(6)

Рассмотрим случай, когда О3 = 0, а величина О2 мала так, что в первом приближении можно считать, что масса ВМЭ в резервуаре меняется ничтожно мало.

После соответствующих преобразований получим:

Перейдем в (7) к пределу при Шт—0,

Рассмотрим случай, когда О3 = 0 и О2 = 0, в этом случае времени тк примет вид:

(8)

Уравнение (8) является обыкновенным дифференциальным линейным уравнением. После добавления начальных условий и последующих преобразований получим:

С С1

ЬЧ I |

XУ

|

СМ . ^Р I КУ^Л -г I

1> I Ш1| I К 11.с

(15),

где для сокращения записи введены следующие обозначения:

Полученное уравнение (9) можно использовать для определения времени тк, необходимого для подогрева ВМЭ в резервуаре до заданного значения конечной температуры 1к.

Для этого необходимо подставить 1к в (9) вместо 1:

Рассмотрим случай, когда О3 = 0. В этом случае времени тк, необходимого для подогрева ВМЭ в резервуаре до заданного значения конечной температуры 1к примет вид:

(12),

Полученные уравнения можно использовать при проектировании хранилищ нефтепродуктов на ТЭС и промышленных предприятиях для определения времени тк, необходимого для подогрева ВМЭ в резервуаре до заданного значения конечной температуры 1к, а также для уточнения тепловых и гидравлических расчетов.^

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Шагеев М.Ф., Юсупова Т.Н., Романов Г.В., Шагеев А.Ф., Маргулис Б.Я. Сжигание в промышленных печах водомазутной эмульсии

с добавлением присадки// Журнал «Экспозиция Нефть Газ», №3/Н июнь, 2008.

2. Шагеев М.Ф., Лившиц С.А., Лопухов В.В., Хайриева Э.М., Гассельбах А.Ю., Якимов А.В. Моделирование подогрева водомазутной эмульсии в технологических схемах топливных хозяйств ТЭС// «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» 4-я Международная научно-техническая конференция: Вологда, 24 - 26 ноября 2008 г.

3. Геллер З.И. Холодное хранение мазута в резервуарах при циркуляционном способе подогрева. //Энергетик, 1968, №5.

4. Карпов В.В., Вязовой С.К., Емелин Ж.А. Опыт холодного хранения мазута. // Энергетик, 1975, №4.

5. Охотникова Е.С., Ганеева Ю.М., Юсупова Т.Н., Романов Г. В., Шагеев М.Ф., Шагеев А.Ф., Маргулис Б.Я. Разработка составов устойчивых водо-топливных эмульсий на основе природных битумов/ Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов: Материалы Международной научно-практической конференции. - Казань:

Изд-во «Фэн», 2008.

6. Геллер З.И. Мазут как топливо. -М.: Недра. 1965.

7. Назмеев Ю.Г., Будилкин В.В., Лопухов В.В. Математическая модель теплогидравлических процессов в системах циркуляционного подогрева мазута в резервуарах. //Известия ВУЗов. Проблемы энергетики,

2002, № 3 - 4.

С