Подогрев высоковязких нефтепродуктов с помощью электрогрелки

2 Теоретическая часть

 

          Для подогрева применяют различные теплоносители; водяной пар, горячую воду, горячие нефтепродукты и газы, а также электроэнергию. Наибольшее применение имеет водяной пар, обладающий высоким теплосодержанием и теплоотдачей, легко транспортируемый и в большинстве случаев не представляющий пожарной опасности. Обычно используют насыщенный пар давлением от 0,3 до 0,4 МПа (от 3 до 4 кгс/см2), обеспечивающий нагрев нефтепродуктов до 80—100° С. Горячую воду применяют в тех случаях, когда она имеется в большом количестве, так как теплосодержание воды в 5 или 6 раз меньше теплосодержания насыщенного пара. Горячие газы имеют ограниченное применение, так как они отличаются малым теплосодержанием, низким коэффициентом теплоотдачи и малой объемной удельной теплоемкостью и поэтому требуются в больших количествах; используются лишь при  разогреве нефтепродуктов  в  автоцистернах и в

трубчатых подогревателях при наличии отработанных газов. Горячие масла в качестве теплоносителей также применяют редко, когда требуется разогреть тугоплавкие нефтепродукты теплоносителем с высокой температурой вспышки, для которых малоэффективен или невозможен разогрев горячей водой и паром. Электроэнергия — один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электроподогревательных устройств необходимо соблюдать повышенные противопожарные требования. [1]

Существует несколько способов подогрева водяным паром: разогрев острым паром, трубчатыми подогревателями и циркуляционный подогрев. Подогрев острым (открытым) паром - это такой подогрев, когда насыщенный пар подается непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева то- 

почного мазута при сливе из железнодорожных цистерн. Недостаток данного способа - необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного нефтепродукта. Подогрев трубчатыми подогревателями заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому нефтепродукту через стенки подогревателя, вследствие чего исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом. Применяют этот способ во всех случаях, когда не допускается обводнение нефтепродуктов как при хранении в резервуарах, так и при транспорте в железнодорожных цистернах, нефтеналивных судах и так далее. Пар, поступая в трубчатый подогреватель, отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар - конденсат отводится через конденсатоотводчики (конденсационные горшки) наружу, благодаря чему исключается обводнение нефтепродукта. Циркуляционный подогрев основан на разогреве основной массы нефтепродукта тем же нефтепродуктом, но предварительно подогретым в теплообменниках. Горячая струя подаваемого насосом в резервуар предварительно разогретого нефтепродукта, попадая в основную массу застывшего нефтепродукта, перемешивается с ним и отдает ему тепло, нагревая до требуемой температуры, обеспечивающей его текучесть. Циркуляционный подогрев применяют в основном при обслуживании крупных резервуарных парков с устройством централизованной теплообменной установки, а также при разогреве и сливе нефтепродуктов из железнодорожных цистерн.

По конструкции подогреватели в зависимости от назначения делятся на: подогреватели при сливе нефтепродуктов из транспортных емкостей, подогреватели при хранении в резервуарах и подогреватели трубопроводов.   Подогреватели при сливе нефтепродуктов различаются по способу подогрева и типу транспортной емкости. Для подогрева нефтепродуктов в железнодорожных цистернах применяют следующие подогреватели.

Подогреватели острым паром - по конструкции представляют собой перфорированные трубчатые штанги, помещенные в толщу жидкости, при этом пар поступает через отверстия в штангах. Используются только для разогрева мазута, допускающего частичное обводнение.

Подогреватели глухим паром - подразделяются на переносные и стационарные. Переносные подогреватели помещают внутрь железнодорожной цистерны только на время разогрева, а по окончании их извлекают. На рисунке 1 изображены подогреватели, изготовленные из дюралюминиевых труб размером 38 на 2 мм, состоящие из трех секций - центральной и двух боковых (изогнутых), помещаемых в железнодорожную цистерну поочередно. В зависимости от типа железнодорожных цистерн и сорта подогреваемого нефтепродукта применяют подогреватели поверхностью нагрева от 4,5 до 23,2 м2 при давлении пара до 0,3 МПа (3 кг/см2). Стационарные подогреватели находятся внутри железнодорожной цистерны постоянно. Подогреватель циркуляционного подогрева, изображенный на рисунке 2, представляет собой теплообменную установку (УРС - 2), близко расположенную от сливно-наливных устройств и предназначенную для подогрева нефтепродукта, подаваемого в виде горячей струи в железнодорожную цистерну. Горячая струя размывает и нагревает мазут, который забирается из цистерны. Благодаря перемешиванию происходит интенсивный разогрев основной массы нефтепродукта (мазута). Внутри цистерны устанавливают раскладывающееся гидромониторное устройство, осуществляющее возвратно - поступательное движение сопел вдоль нижней образующей цистерны для лучшего прогрева жидкости. Такую подогревательную установку применяют преимущественно для слива одиночных цистерн, так как при маршрутном сливе требуются теплообменники и насосное оборудование большой мощности.

Разновидностью подогревателей этого типа является совмещенный погружной насос - пароподогреватель, включающий два трубчатых подогревателя со встроенными в них шнековыми насосами, электродвигатель и систему передачи тепловой и электрической энергии.

Раскладка подогревателей по нижней образующей цистерны перед подогревом и поворот их в нерабочее положение перед уборкой из цистерны осуществ-

 

 

 

 

 

 

 

а - установка змеевика в железнодорожной цистерне; б - змеевик в сборе; 1 -центральный змеевик; 2 - боковые змеевики; 3 - трубы для подвода пара и отвода конденсата

Рисунок 1 - Переносные подогреватели для   разогрева   нефтепродуктов

 

 

 

 

1 - гидромониторное устройство  УР-5; 2 - шарнирный трубопровод; 3 - кран-укосина с лебедкой; 4 - гибкий шланг; 5 - установка нижнего слива АСН-8Б; 6 - электродвигатель; 7 - винтовой насос МВН-10; 8 - продуктопровод от теплообменника к насосу; 9, 11 - вентили; 10 - теплообменник

Рисунок 2 - Установка циркуляционного подогрева и герметизированного слива УРС-2

ляются системой тросов. После подачи пара в подогреватель, запускают шнековые насосы, которые, забирая жидкость из внутренней полости теплообменников, подают ее в направлении к сливному прибору и к торцам цистерны, чем обеспечивается интенсивная циркуляция (конвекция), ускоряющая процесс слива.

Подогреватели «паровые рубашки» представляют собой неотъемлемую часть железнодорожных цистерн и являются наиболее эффективными, так как сокращают расход пара, исключают обводнение топлива и уменьшают его остаток в нижней части котла.

Электроподогреватели представляют собой погружные электрогрелки в виде нагревателей сопротивления, смонтированных на изоляторах. Известно несколько типов электрогрелок, в том числе круглая и двойная раскладная.

Двойная раскладная электрогрелка состоит из двух шарнирно - соединенных секций, которые раскрываются по мере разогрева нефтепродукта, увеличивая тем самым зону разогрева. Мощность электрогрелок составляет от 50 до 70 кВт. Обычно применяют их для подогрева вязких нефтепродуктов (масел), имеющих высокую температуру вспышки и коксуемость.

Для безопасного обслуживания аппаратуру и оборудование (распределительные щиты, котел цистерны, железнодорожные пути) надежно заземляют. Электроэнергия включается только после полного погружения электрогрелки в жидкость. Слив производят после окончания подогрева, выключения электроэнергии и удаления грелки из цистерны, так как при включенной электрогрелке может воспламениться нефтепродукт.

Подогреватели для нефтеналивных судов применяют в различных конструктивных схемах в зависимости от типа судна.

Змеевиковые и секционные подогреватели с продольным или поперечным расположением греющих элементов применяют для танкеров, выгрузка которых происходит из каждого танка самостоятельно. Здесь в каждом танке имеется свой индивидуальный подогреватель (секционный или змеевиковый). Для судов, у которых все отсеки соединены, слив производят одновременно из всех танков (речные баржи), наиболее распространена прямоточная схема, позволяющая регулировать ветви подогревателя, которые проходят по ряду танков вдоль судна.

На большинстве судов в качестве источника энергии (тепла) для подогрева нефтяных грузов используется водяной пар.

Типичная схема змеевикового подогревателя показана на рисунке 3. Для подвода к змеевикам пара и отвода его имеются две магистрали — паровая 2 и конденсатная 9. От обеих магистралей к каждой группе танков отходят отростки с клапанными коробками (распределительной 3 и сборной 6), к которым присоединены змеевики подогревателя 5.

Свежий пар поступает в подогревательную систему из котла через редукционный клапан 1, а отработанный пар и конденсат через контрольный бак 11 поступают в питательную систему котла. Назначение контрольного бака — предотвращение попадания нефти или нефтепродукта в конденсат. Это тем более важно, что при повреждении труб подогревателя выпуск конденсата за борт может при  вести к загрязнению водоема нефтью или нефтепродуктами. Для той же цели предназначен и контрольный кран, который открывается при впуске пара в змеевик.

Греющие элементы подогревателя обычно изготовляют из алюминиево-

медных сплавов, обладающих хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью.

В некоторых случаях при разогреве нефтепродуктов в нефтеналивных судах применяют электрогрелки мощностью 90 кВт.

Подогреватели в резервуарах выполняются различных конструктивных форм -змеевиковые и секционные из трубчатых элементов. Для лучшего подогрева их размещают по всему поперечному сечению резервуара с равными промежутками между витками или секциями. Наибольшее применение имеют подогреватели, собираемые из отдельных унифицированных элементов секционного типа.

Наряду с общим подогревом всего нефтепродукта (или нефти), который используется для предварительного подогрева и отстоя, применяют так 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - редукционный клапан; 2 - паровая магистраль; 3 — распределительная коробка; 4 и 8 - клапаны; 5 - подогреватель; 6 - сборная коробка; 7 - контрольный кран; 9 - конденсатная магистраль; 10 - разобщительные клапаны; 11 - контрольный бак

Рисунок 3 - Схема  паровых подогревателей в танкере:

 

называемый местный подогрев. Местные подогреватели располагают поблизости от приемо-раздаточных устройств; монтируют их также из типовых секций подогревательных элементов, которые заключаются обычно в экранированные коробки, внутрь которых вводится заборное устройство раздаточного трубопровода.

При циркуляционном методе подогрева нефтепродукт отбирается из нижней части резервуара и насосом прокачивается через внешний подогреватель-теплообменник. В этом случае внутри резервуара устанавливают кольцевой подающий трубопровод с насадками и местный подогреватель у заборной трубы. Теплообменники устанавливают индивидуально у каждого резервуара или в виде групп для обслуживания нескольких резервуаров. [2]

Подогреватели трубопроводов применяют при транспорте вязких нефтепродуктов во избежание их застывания в трубах вследствие больших тепловых потерь. Известно несколько видов подогревателей, однако основными являются паровые подогреватели и электрические. Паровые подогреватели выполняются в виде паровых спутников - паропроводов, прокладываемых вместе и параллельно с нагреваемым трубопроводом. Применяют два способа прокладки паровых спут-

ников - внутренний и наружный. При внутреннем обогреве спутник прокладыва-

ется внутри нефтепровода. Этот способ отличается сложностью монтажа и поэтому находит ограниченное применение. При наружном обогреве спутники прокладываются параллельно с нагреваемым трубопроводом, и заключаются в общую с ним тепловую изоляцию или прокладываются в канале.

Многие нефтепродукты при охлаждении теряют текучесть, а некоторые переходят в твердое состояние. Значительное возрастание вязкости нефтепродуктов при охлаждении объясняется содержанием высокомолекулярных тяжелых углеводородов.

Для увеличения текучести нефтепродукты, в первую очередь масла и    вязкие нефтепродукты, требуют подогрева.

 В данной работе рассматривается подогрев Мазут - 100 в железнодорожнойцистерне при сливе его в «нулевой» резервуар на нефтебазе пункта назначения               

при помощи электроподогревательного устройства.