Расчет параметров нефтепродукта при транспортировке его в цистернах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Определение вероятной температуры мазута в конце срока его

               хранения

Исходные  данные: Рассчитать вероятную температуру  мазута в цистерне грузоподъемностью 60 т при движении из Омска в  Уфу. T_н=60 ˚С.

Вероятная температура  мазута определяется по формуле

,

где k_т - полный коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду, Вт/м²К;

F – полная площадь поверхности  резервуара, м²;

c_р – удельная теплоемкость масла, Дж/кг∙К.

Для железнодорожных цистерн при движении поезда:

,

где k_ст – коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду через стенку резервуара, Вт/м²К;

 коэффициент теплопередачи  соответственно от нефтепродукта  к внутренней стенки резервуара; от наружной поверхности стенки  в окружающую среду за счет  конвекции; от наружной поверхности  стенки в окружающую среду  за счет радиации, Вт/м²К;

- толщина стенки цистерны, м;

- коэффициент теплопроводности  стали и изоляции, Вт/мК.

 

1 Определяем среднюю температуру  мазута в процессе его хранения

;

где T_о=T_возд –температура окружающей среды.

Для нахождения температуры окружающей среды рассмотрим средние температуры каждой из областей, через которые проходит маршрут  движения поезда Омск-Уфа в январе.

 

Таблица 2 – Климатологические характеристики областей

Район	Средняя температура января, ˚С	Средняя скорость ветра в январе, м/с
Омская область	-20	3,6
Тюменская область	-22	2,3
Курганская область	-18	3,8
Челябинская область	-16	1,3
Респ. Башкортостан	-18	2,2

Средняя температура воздуха  составляет -19˚С.

T_o=254 К

Среднюю температуру определяем как среднеарифметическую величину от начальной Т_н и конечной Т_о температур нефтепродукта:

 

2 Задаемся температурой внутренней стенки цистерны методом последовательных приближений

.

3 Определяем параметры  мазута при температуре Т_п и Т_ст

 

,

где - температурная поправка, кг/м^3·К.

Значения  приведены в таблице 3.

=960 кг/м³;

_=0,000574

 

 

 

Таблица 3 – Средние температурные поправки плотности и коэффициент объемного расширения [4]

 

;

.

Определяем вязкость по формуле  Вальтера (ASTM), которая имеет вид

 откуда 

где  a и b – эмпирические коэффициенты, которые находятся  по формулам

,

;

=333 К;  =1,2 м²/с;

=353 К;  =0,577 м²/с;

,

,

тогда вязкость мазута при  температуре Т_п и Т_ст

 мм²/с;

 мм²/с.

Определяем удельную теплоемкость

;

;

.

Коэффициент теплопроводности

;

;

.

3.1 Параметры мазута при  температуре Т_п

,

,

,

.

3.2 Параметры мазута при  температуре Т_ст

,

,

,

.

4 Определяем параметры  Прандтля и Грасгофа

4.1 Параметр Прандтля при  температуре Т_п

4.2 Параметр Прандтля при  температуре Т_ст

4.3 Параметр Грасгофа при  температуре Т_п

,

где D_в – внутренний диаметр цистерны;

,

5 Определяем коэффициент  теплоотдачи от мазута к внутренней стенке цистерны

,

 Вт/м²·К.

 

6 Определяем параметр  Рейнольдса при обдувании резервуара  ветром

,

где - вязкость воздуха, м²/с;

δ=12 мм – толщина стенки цистерны.

Значения  приведены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Теплофизические характеристики воздуха [3]

 

,

V_ц =V_поезд + V_воздух

Скорость  воздуха примем 3,8 м/с (таблица 2) –  расчет ведется для наиболее неблагоприятных  условий.

V_воздух = 3,8 м/с

  Средняя участковая скорость движения грузовых поездов составляет 37,1 км/час [3].

V_поезд=10,3 м/с.

V_ц= 3,8+10,3 = 14,1 м/с.

.

7 Определяем коэффициент  теплоотдачи от наружной поверхности  цистерны в окружающую среду за счет конвекции.

Для железнодорожных  цистерн при движении поезда:

,

где - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре окружающей среды, Вт/м·К;

Значения  приведены в таблице 4.

При T_о=T_возд=254 К =0,0229 Вт/м·К.

Вт/м²·К.

8 Определяем коэффициент  теплоотдачи от наружной поверхности  резервуара в окружающую среду  за счет радиации

,

где - степень черноты поверхности резервуара, принимается по таблицам в зависимости от материала и вида поверхности;

- для стали окисленной шероховатой,

- постоянная Планка,

Вт/м²·К.

9 Определяем коэффициент  теплопередачи от нефтепродукта  в окружающую среду

 м²·К/Вт,

Откуда K_t=5,04 Вт/м²∙К

 

10 Проверяем правильность  выбора температуры стенки

;

К;

;

.

Т.к условие выполняется, температура стенки выбрана верно.

 

11 Определяем вероятную  температуру мазута в конце  срока его хранения

Полная площадь поверхности  цистерны

;

.

Масса мазута, залитого в  резервуар

;

.

Вероятная температура мазута определяется по формуле

;

Где =34,5 часов – время движения грузового поезда со средней участковой скоростью 37,1 км (расстояние Омск – Уфа составляет 1279 км)

.

 

Таким образом, при движении грузового состава  по маршруту Омск – Уфа (время в  пути 34,5 часа) вероятная температура  мазута составит 21,7˚С. Температура налива 60 ̊ С.

 

 

 

 

 

6 Экологические проблемы при реализации рассматриваемого метода транспорта нефтепродуктов

 

Большая часть  нефтепродуктов транспортируется по железной дороге. Это объясняется разветвленностью железнодорожных маршрутов. Поэтому  нефть и нефтепродукты (мазут, топливо, смазочные материалы) наиболее распространенные загрязнители территорий предприятий железнодорожной отрасли.. Причиной загрязнения железнодорожных путей нефтепродуктами является утечка их из цистерн, неисправных котлов. Количество загрязнений колеблется от 5до20г на 1кг грунта. Из вагонов-цистерн на пути и междупутье,  во время перевозок, вследствие не герметичности клапанов и сливных приборов цистерн,  неплотностей люков теряются нефтепродукты.  Они просачиваются через почвенные горизонты и загрязняют грунтовые воды.

Наиболее  часто встречающимся видом опасности  является пожарная,

которая приводит к возгораниям, взрывам и выделениям токсичных  веществ,

заражению местности  высокотоксичными продуктами.  Россия занимает второе место в мире по загрязнению окружающей среды в результате пожаров. Ежедневно на планете возникает до 600  пожаров,  в год -  более 5

млн. В их число входят пожары, которые происходят на железных дорогах,

особенно при перевозке  опасных грузов.

По абсолютным значениям  загрязнение от железнодорожного транспорта существенно меньше,  чем от других видов транспорта нефтепродуктов.

При перевозке опасных грузов происходят утечки нефтепродуктов,  ядовитых и других веществ в пути следования. По показателю аварийности с опасными грузами судят об общем уровне экологической безопасности на железнодорожном транспорте.

Кроме того, большое  значение играют выбросы вредных  веществ при зачистке цистерн.

 

 

Таблица 5 – Удельные выбросы загрязняющих веществ при зачистке цистерн

Тип обрабатываемой цистерны	Выделяющиеся вещества, кг/цистерна
	Бензол	Ксинол	Углеводороды
Цистерны вместимостью 60 т из-под  светлых нефтепродуктов	4,55	2,77	8,47
Цистерны вместимостью 60 т из-под  темных нефтепродуктов	-	-	3,97

 

На самих  предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и нефтебазах происходит загрязнение  почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут  мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная  глобальная проблема - загрязнение  почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Одними из наиболее сложных и  трудоемких технологических процессов  на предприятиях по обеспечению нефтепродуктами  являются операции слива-налива вязких нефтепродуктов в транспортные емкости. Эти операции сопряжены со значительными  материальными и энергетическими  затратами, а также продолжительным  простоем цистерн, находящихся под  загрузкой (разгрузкой).

Налив и особенно слив высоковязких нефтепродуктов (масел, мазутов, битумов, тяжелых нефтей и др.) требует  их предварительного разогрева, применения сливно-наливного специального оборудования, а также оснащения цистерн средствами подогрева и в ряде случаев теплоизоляцией.

Нехватка либо техническое несовершенство средств подогрева высоковязких нефтепродуктов приводят к сверхнормативным срокам обработки цистерн и неполному  сливу из них нефтепродуктов (в  отдельных случаях остаток нефтепродукта  в цистерне может достигать одной - полутора тонн). Часть этих остатков безвозвратно теряется из-за невозможности  утилизации или реализуется как  некондиционный продукт. Значительное количество нефтепродуктов остается на стенках транспортных емкостей, уменьшая их грузовместимость и ухудшая качество вновь принимаемого продукта.

Кроме того, во многих случаях применение средств подогрева без предварительной  оценки их влияния на нефтепродукты  приводит к значительному ухудшению  качества нефтепродуктов из-за существенного  перегрева в зоне контакта (температура  достигает 100°С и более).

Выбор типа теплоносителя и способа  его применения для подогрева  вязких нефтепродуктов при условии  сохранения их качества, выполнении нормативных  показателей на разгрузку транспортных емкостей, обеспечивая необходимые  технико-экономические показатели в современных условиях, является важной и актуальной задачей.

 Список использованных источников

 

1 Богомолов О.А. Экономика и экология железнодорожного транспорта в современных реалиях/ О.А. Богомолов. – М. 2009. – 160 с.

2 Бунчук В.А. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа/В.А. Бунчук. – М.: Недра, 1977. – 366 с.

3 Годовой отчет компании РЖД  за 2011 г., М. 2011. – 362 с.

4 Едигаров С.Г., Бобровский С.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ/С.Г. Едигаров, С.А. Бобровский. – М.: Недра, 1973, 180 с.

5 Нефтебазы и АЗС: Учебное пособие / А. А. Коршак, Г. Е. Коробков, Е. М. Муфтахов. — Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. — 416 с.

6 Подогрев нефтепродуктов погружными электронагревателями X-therm [электронный ресурс]. – режим доступа http://www.toplivopromprisadki.ru

7 Правила технической эксплуатации нефтебаз

8 Тугунов П.И. и др. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. - 658 с.

9 Шалай В.В., Макушев Ю.П. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС: учеб. пособие / В. В. Шалай, Ю. П. Макушев. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 296 с.

10 Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по курсу «Проектирование и эксплуатация нефтехранилищ и автозаправочных станций»/ - Уфа: УГНТУ, 2008. – 60с.

11 Patent US4414462 - Tank car heating system

12 Rail Tank Car Mixing [электронный ресур]. – режим доступа http://www.pulsair.com/