炼油厂第四章

44第四章油品的加热与保温【课时安排】8学时【教学目标】了解炼油厂储运系统油品加热的目的和方法，炼油厂储运过程中的油品温度，炼油厂管线的伴热和保温；掌握油罐加热器的计算方法，油罐总传热系数K值分析方法，炼油厂热油管道设计计算。【教学内容】油品的加热目的和方法；炼油厂储运过程中的油品温度；油罐加热器的计算；油罐总传热系数K值分析；炼油厂热油管道设计；炼油厂管线的伴热和保温。【教学重点】油罐加热器的计算方法，炼油厂热油管道设计计算。【教学难点】油罐加热器的计算方法，炼油厂管线的伴热和保温【教学过程】第一节油品的加热目的和方法国内原油凝点普遍较高，粘度大，常温下流动性差，因此炼油厂原油储运系统必须进行加热和保温工作。同时炼油厂的重质石油产品和装置中间产品，如燃料油、重柴油、农用柴油、润滑油、催化原料、减压侧线油等也都需要加热、保温，以利于油品的储运系统高效安全运行。一、油品加热的目的①油品加热降低粘度，加快石油装卸作业，缩短油品的装卸时间，提高油罐车周转效率。②降低输油管道的流动摩擦阻力，节省机泵输出功率，提高输油泵效率，改善机泵运行条件。③加热使原油净化处理工艺效率提高。在炼油厂中原油脱盐、脱水工艺常需要添加高效破乳剂和在高压电场下操作。而原油的加热温度也是处理系统的关键参数。④储油罐的加热保温有利于油品质量的保持和输转工作。⑤加热有利于油品调合工艺，尤其是使用添加剂时更为明显。炼油厂各种牌号润滑油主要通过调合工艺生产。二、油品加热方法目前油品加热常用载热工质，如水蒸气、热水、热油、热风、热载体及电热丝等。各种传热工质都有各自的优缺点。选择加热设备方案时要作细致分析比较。国内炼油厂油品加热以水蒸气为主要热源。它具有焓值高、生产方便、管道输送、45加热效率高等优点，生产中安全可靠，应用很普遍。热水也可以用来加热油品，只是它的热焓值较低加热效果差，常用于住宅取暖或废热回收方面。①水蒸气加热油品分直接加热和间接加热两种。前者加热速度快，但油中含水增大，间接如热是炼油厂普遍采用的方法。图6—1为某油罐区内油罐，输油管加热与保温工艺流程。主蒸汽一方面供油罐加热，另一方面通过阀组供伴热管线维持管网畅通。②热油喷洒加热技术，是油品直接加热形式，它由储油罐、油泵、加热器组成。省去了中间热载体，同时储油罐内也省去了加热器。冷油经泵输入加热炉，热油在储油罐内喷洒与冷油混合，一个储油罐油品通过热油循环逐渐提高油的温度，这种油罐加热方式免除了水蒸气盘管在罐内损坏带来隐患。国内几个原油库，输油首站曾使用这套工艺流程。取得一定效果。该流程不足之处是需要配置加热炉和循环泵，也给管理上增大工作量。③热媒加热油品是采用某种热媒介质作传热工质，在专用热媒炉内加热到一定温度进入换热器与冷油换热，使油温上升。热媒是化学性质稳定的液体，不易冻结，高温时蒸气压较低，不结焦，腐蚀性小，粘温特性理想。国内外管道加热系统中推广使用取得良好效果。④油品的电加热采用电能对油品加热通常有3种形式：a.电阻式加热器；b.电感应式加热；c.红外线加热。电加热代表一种发展趋势，它具有操作简便、热效率高、容易控制等优点，目前用于小容器和油罐车。制约油品电加热方法推广的主要因素是安全防火和电力供应间题。蒸汽盘管加热器的综合热效率很低，约为15％以下，可从燃料热值经过锅炉热转换、辅助机械能耗、水处理耗能及蒸汽管道热损等4项折算。我国有效热能仅只15％。加上系统运行、维修管理工作有一定难度，也促使油品电加热技术的发展。国内已试验成功300m“拱顶原油罐电加热技术，图6—4为油罐电加热棒系统安装图。罐内安装3根电加热棒和测温点，它们都设置在最低液面之下，防止加热棒在气体空间暴露。电控制箱可设罐区外，通过电缆实现远距离自动控制。电加热棒。棒壳是mm5108无缝钢管，端头封死，棒内采用国内最新MI电缆作发热元件，发热部位深入油品之中，有足够散热面积，原油可以加热到65℃，每根加热棒功率8kw。罐体上预装短节，罐底设支架，实现加热器水平46装配联接。据资料介绍电加热投资费用只有蒸汽盘管投资费用的1/3，年管理费用可节省一半。对独立性油库来说，用电加热取代锅炉、水蒸气系统，既节省了能源消耗，又净化了油库环境卫生，也有利于消防工作。由此可见，油品电加热技术能促使储运工艺向高新方向发展。为实现计算机网络自动化管理打下物质基础。第二节炼油厂储运过程中的油品温度炼油厂运销系统储油罐外壁装有保温层，内部安有加热器盘管，以防原油、重质成品油冻结。向外发油时提前加热到输油温度以保泵的吸入和管道散热。期间油品温度变化过程是自然冷却、保温储存、加热升温等过程。对于无保温层油罐自然冷却过程，油温从1yt降至凝点2t，罐内开始凝结油放出结晶潜热。罐内保持结晶温度，当罐内油完全凝后油温开始继续下降，接近大气温度jt。对炼油厂有保温层储油罐油温变化（如下图所示），从装置输来油（温度1yt）进罐，在罐内逐渐降到2yt，即储油温度。AB曲线表示冷却过程，BC线段表示保温呢过程，CD线段代表油罐加热过程，油温从2yt上升到yzt。油品加热终了温度yzt是根据加热作业目的来确定。如果加热是为了输转油品则yzt可取高于凝点5～10℃。国内含蜡原油常取50~60℃，重柴油30~40℃,对燃料油、渣油及润滑油等加热温度参考相关表格。47油品加热工艺计算油品加热过程的定量计算主要问题是分析油品冷却规律，掌握油罐保温、加热升温时加热器尺寸计算方法。油罐油品冷却规律：设油罐内油品温度从1yt冷却到2yt，周围大气温度jt，散出热量导致油温下降，热平衡方程GcdtdQ（1）G——油罐里油品质量，kg；c——油品比热熔，CkgJ在d时间内向大气散热量dQ，于是dttKFdQjy（2）由于式（1）和（2）相等，移项积分dGcKFttdtyyttjyy021dGcKFttttjyjy021ln（3）换改成GcKFjyjyetttt12（4）式（3）、（4）适用于油品冷却终了温度大于该油凝点的情况，同时不考虑蜡结晶放热影响。式中周围介质温度jt既与当地气温有关，同时还跟油罐安装状况有关。①立式地上油罐取4214qitujttttut——最冷月地表平均温度，℃；qit——最冷月份油罐周围大气的平均温度，℃；——油罐的高度H和直径D的比值。②地上卧式罐取最冷月大气平均温度即qijtt48③埋土罐取最冷月土壤平均温度。④地下罐jt等于油罐埋深处土壤平均温度。油品冷却过程总传热系数K值与后面加热过程总传热系数计算方法相同。K值和冷却时油间有关，可查表（可以供计算油罐冷却温度时选择合适K值）。例题：（见教材）第三节油罐加热器的计算国内炼油厂对重质油品储罐普遍采用蒸汽盘管加热，外加保温层，生产安全可靠。油品在库存期间维持储存温度实现在罐内分离水和杂质。由于保温层的节能作用这时加热器耗汽量较少。发油时需要提高油品温度满足输油工艺要求。油罐加热器必须满足油品升温条件。在规定时间内达到发油温度。因此油罐加热器就是根据在最不利条件下，把全罐油品加热到外输温度而设计。如图所示油罐加热时热量分配状况。水蒸气携带大量热量0Q。通过加热器释放出来，首先提高油品温度由yst到yzt，油品获得热量；同时热油罐向周围介质散热。通过油罐身板向大气散热为BQ，经过攀顶底板散热量为dQ、DQ。根据热平衡关系MDdBQQQQQQ00MQ罐体升温耗热量。一、油罐加热器热平衡分析49设加热器工作时间，它把一罐油品从yst升温到yzt。期间油品和罐体获得热量yQMQ，同时罐体向外界散热量，通过油罐身板、顶、底板散热BQ、dQ及DQ。采用热流量平衡方程时就有：DdBMyQQQQQQ10给油品的热量21QQQy散出热流量DdBQQQQ3于是32101)(QQQQQM1Q油品升温的热量；)(1ysyzttGcQ2Q凝固油品的熔化热量；GNQ1002MQ油罐体升温所需热量；)(ysyzTTMttcGQ3Q单位时间内油罐散出热流量；)(3jyittKFQ得加热器热流量：)(]100)()([10jyiysyzTTysyzttKFGNttcGttGcQ（a）如果没有析蜡凝结油0,02QN（a）式少一项。油罐处于保温储存阶段，则加热器提供热量仅与罐体散热相平衡，（a）简化为：)(0jyittKFQ二、油品热力参数的求取油品加热过程中的定量计算常遇到热力参数如油温yt，密度、粘度，以及油品导热系数y等选择问题。热力参数选取的可靠性直接影响到加热器计算结果。(1）油品平均温度yt求取方法油罐里的油品从yst上升到yzt，这时外界气温jt加热前后有两个温度差。设jyzttt1jysttt250则平均温度差jymtttjmyttt当221tt时取2ysyzyttt当221tt时油品温差取对数平均值2121lntttttmmjyttt（2）油品德相对密度yt已知油品20℃时密度y20值，推求某定性油温t时密度yt按下式计算：2020ttyytt——油品密度的平均温度修正系数（可查表）。（3）的油品的体积膨胀系数T在加热计算常遇到油品的体积膨胀系数，它和油品的热力准数有关，可以查表。(4）油品比热容c原油、成品油的比热容c是密度y15和油温t的函数。常温范围内用克列格公式计算：tcy33151039.3687.1101图示为c值图算法，根据油品的y15和定性温度T（273tT）两点连线即与c线相交点直接读出c值。51(5)油品的运动粘度油品加热时粘度立即下降，粘温公式甚多，比较公认的是ASTME推荐的瓦尔特公式：Tbalg8.010lglg6使用上式时要现用两个粘度值找出a、b常数然后可以确定任何油温下的运动粘度值。有专门可供上式查阅的诺莫图：（6）油品德导热系数y原油和成品油的导热系数y值是随油温变化，范围0.1~0.16KmW热力计算中取0.14KmW52若要精确计算，采用克列.施密特公式：15.2731054.0110137.033288Ty三、油罐加热器的传热系数和加热面积油罐加热器提供全部热量是通过加热面积传出，所以加热面积0F就决定了加热器的尺寸。同时0F还和加热器的传热系数0K成反比例。其传热关系为：yttKFQ1000)(1000yttKQF油库中常采用饱和蒸汽作热源。放出汽化潜热是等温放热过程。油罐加热器的传热面积0F和0Q与0K有关。（1）管式加热器传热系数0K分析按圆筒壁传热公式计算0K值niniiiddddK11211101ln2111（b）1蒸汽向内壁的放热系数；id管子内外沉积物的直径；i管子、沉积物等的导热系数；d管子外径；2加热器管子外部放热系数；水蒸气在管内粘度小，流速大处于紊流状态，1可按紊流强制运动放热公式计算。油罐加热器1大约在3500~11600CmW2。（b）式简化为：RK2011R为附加热阻，它综合考虑水垢、油污的影响，根据加热器条件查表选择R值。206.0K说明加热器传热系数0K主要取决于外部放热系数2。2是管外53壁自然对流放热系数，按无限空间自然对流放热公式计算。第四节油罐总传热系数K值分析以立式地上无保温层油罐作分析典型。圆柱形拱顶油罐总传热系数K值由顶扳、底板及身板等传热系数dK、DK及bK组成根据各自面积dF、DF及bF综合成油罐总传热系数K。DbdDDbbddFFFFKFKFKKdF、DF及bF分别代表油罐顶、底板及身板的传热面积，若油罐装满系数为0.95，则bF应取罐壁总面积的95%，余下5%应划入罐顶面积dF中。一、油雄顶板传热系数dKdK反映油罐气体空间传出热流量强度。计算式：ddiiccddK3211