МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАН* РСФСР

^тгменский индустриальный шотятут им.Ланкяокого комсомола

Руководяаий документ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОХЛАИЕН» НЕФТИ В АППАРАТАХ

303ДУШН0Г0 ОХЛАЛЦЕНМ

РД-Э9-ЭО-992-84

I9&4

/о

п.2.5.1. Динамика температуры потока нефти в течение года определяется по форду лам РД 39-3C-577-8I [4] при п_л »ектирова-нии нефтепровода или принимается по фактическим данным за про-шедояе годы для эксплуатируемого трубопровода.

п.2.5,2. Рассчитывается по методике |4]или задается технологическими требованиями к УО.

п.2.5.3. Задается технологическими требованиями к УО. п. 2.6,1. Находится по каталогам насосов, п. 2.6.2. Определяются по формуле:

Др= («£ +    ⁽²*⁵⁾

I- •    ^

п. 2.6.3. Коэффициент загрязнения для нефутерованных труб

принимается по таблице 2 ( Приложение 2), а для футерован!шх -

принимается разным термическому сопротивлению материала внутрен-7) О

него похитил - Ск

п.2,6.4 -2.6.7. Берутся из соответствующих прейскурантов. п.2.6.8. Находится по графикам пункта 2.4.4 (рис.П.2), п.2.6.9 и 2.6.10. Определяются по данным эксплуатации ADO. При отсутствии данных принимается = 0,98.

п. 2.6.II - 2.6.14. Определяются по рекомендациям РД 39-3C-I07-78 и РД 39-30-494-80 [ 1,2 ] .

3. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПА ВЫХОДЕ ИЗ

АППАРАТА ВОЗДШЮГО ОХЛАЖДЕНИЯ

3.1. Основой расчета компоновки У0 является расчет температуры теплоносителя на выходе из АВС, которая является начальной температурой для последу кие го, последовательно установленного аппарата.

3.3. Задается значение t, в интервале

■3.4. Из уравнения (3.2) определяется значение t:

ы.-^а-ц

3.5. Определяются средние значения:

i»-* I»

3.6.    По (горалам (2.1 ♦ 2.4) находится    ,    j*

3.7.    Определяется температурный напор:

e'%-&•£.«

где    0i4    ti - h, Gi- t - ■{ в» ;

f

^и-ж + я-гетрЛ "

[4^-P(l + R> VT^TT) j

£ ---Ш_.

^ot (|-Р)йгГ^7Р(*-^>1

[i-pa*rrj J

D _ i i ю p - ti - t

^K" 1,-1    ti-t.    ¹

ft*    *    R>    1

t»- i»o    ,    _    ,    ,

3.S. Задается температура стенки    из    интервал»    Гер

Н определяется полный коэффициент теплопередачи по формуле:

I

3.9. Коэффициенты теплоотдачи находятся в следующем порядке:

3.9.1. При ламинаг 'м режиме течения теплоносите. я(К«<23^0) коэф?яциент теплоотдачи определяется по формуле:

I    1 л ^oii л®-** г ^0,1 / ft.. \^#l*

Pr_f Gr_f (Jp-L)

1>100Со) коэффициент теплоотдачи определяется по формуле;

<ktn - o.ofcl

О. IS

( 3.8)

3.9.3.    Для режигла движения в интервале числе Рейнольдса ^300^i 10000п-сэсффпциент теплоотдачи определяется по формуле:

<*4и =, At* *    ,    (    _Зв9)

где 4*с определяется по граф nicy рис.2    .

Для расчетов на ЭВМ эта зависимость аппроксимирована с по-моцьо комплекса программ    (    с    погрешостью    не    более    3£)

выражением:

f»e -O.VteiO.QOOOIOSl be-    _{(    зло)}

Ае    ^ *

3.9.4.    Коэффициент теплоотдачи к воздуху'определяется по

*(a,-an*X(«s+«W»)Vj    _t {    з.п)

где CL\fii...CLt - постоянные коэффициенты, принимаемые по табл. 3 приложения 2.

3.10. Вычисляется температура стенки из соотношения:

( 3.12)

4,w ^s iep •

•яижхеС ojowiraxoder BVtf лнолш^фвоя ВЯаЛосГзоя ’Ъ'ощ

*У 0006    ООО?    OOOL    0009    0009    ООО*    0ОО9    ООО?

3.11.    Сравниваются I*, * |_w . Если они не совпадают, то

оледует изменить значенп l_w и повторять расчет дс тех пор, пока не будет выполняться неравенство |    Ц    £=    Q.0i*С

3.12.    С полученным значением К проверяется равенство

(3.1). Если оно не выполняется, то изменяется    и    повторяется

р чет с пункта 3.3 до тех пор, пока не будет выполнено равенотво 3.1).

3.13.    Приведенный алгоритм расчета t реализован в программе методом половинного деления интервала изменения (Приложение 3).

4. НАДЕЖНОСТЬ УСТАНОВКИ И ЕЕ РЕЗЕШРСВЛКЕ.

4.1.    УО должна быть оонадена определенным резервом АВО с целью исключения влияния ее отказов на работу взаимосвязанных с ней объектов, в системе которых рассматривается охлаждение.

4.2.    Расчет резервирования УО производится на основе теории надежности объектов, состоящих из структурных элементов.

4.3.    Показатель надежности одного структурного элемента определяется по формуле [ i] :

К-тЬг    ^<4-^1>

4.4.    Показатель надежности УО, состоящий из N = Ni Ni элементов (см. рис Л) определяется по <Jормуле:

N    _м

R - П Ru = ft-_t    (4.2)

Ul

4.5.    Показатель надежности цепочки охлаждения длиной Ы> определяют по формуле;

^R4^Z ftl    ( 4.3)

4.6. При резервировании УО последовательно установленными резерашаш линиями показатель надежности определяется по Формуле:    ^

1-(!-Я^ n(l-Rii) =    ^ _4#4j

4.?.-Оптимальным уровнем резервирования будем считать 1

уровень,обеспечиваший минимум приведенных затрат от капитальных вложений на резервирование и ущерба от отказов УО.

4.8. Расчет приведенных затрат о учетом надежности УО следует производить по формуле:

П=П.*ЩК_Г)*П(Я)    (4.5)

4.8.1. Независящее от показателя надегностл и уровня резерва слагаемое определяется по формуле;

n.= E.№f.tlN,N.(af    t

-&)!** <*•«

4.6.2. Приведенные затраты, определяемые только уровнем

резервирования, находятся по формуле [i] J

4.*о. Задача определения оптимального соотношения между Nt и Nx при заданных условиях охлаждения, которое обеспечивает минимум функции приведенных затрат (4.5) _# решается о помощью про-грамш, описанной в приложении 3.

4.II, Пратер определения ущерба от отказов УО и оптимального уровня резервирования в системе магистрального нефтепровода, расположенной на головной насосной станции, праведен в приложении 5.

5. ВЫБОР Ш АВО И КОЭФФИЦИЕНТА ОРЕБРШИЯ

5.1.    Для охлаждения нефтей следует попользовать типы АВО о

минимальным коэффициентом ореЗрения, равным 9 [ 3*]    .

5.2.    В прилагаемой програше (ом.Приложение 3) по минимуму функция (4.5) расчитываются установки охлаждения для всех типов АВО с коэффициентом оребрения, равным 9 и для различных углов установки лопастей вентиляторов. Максимальные размеры УО определяются по расчетной температуре воздуха. По результатам расчета определяется оптимальный угод уотановкн лопастей вентиляторов для каждого типа АВО (см.пример расчета).

5.3.    Выбор типа АВО производится о учетом динамики температуры нефти и воздуха следующим образом:

5.3.1.    По данным зависимости температуры нефти и воздуха от времени года (п.2,5.1 и 2.4.1) отроятся графики (см.рио.П.1 Приложения 4).

5.3.2.    Проводится прямая, определяющая требущуя температуру охлаждения Га. .

5.3.3.    По точкам пересечения графиков находится расчетный

период работы УО:

аХ *

5.3.4. Полученный расчетный период разбивается на интервалы данной 10 ♦ 15 дней, так, что & -    По гра<|икам (ом. рис. П Л)

определяются tii -

5.3.5..В соответствии с принятой схемой регулирова ия температуры охлаждения теплоносителя для каждой температуры во8духа и ооот-ветотвущей ей температуре нефти ( lomi, и* ) при неизменном значения Ni определяется длина К|_г;, , при которой достигается требуема охлаждение ( ti J и находятся эксплуатационные затраты по формуле:

5.3.7. Подобный расчет повторяется для всех типов рассматриваешь АВО. Находятся приведенше затраты_: и по наименьшему из полученных значений приведенных затрат выбирается наилучший тип аппарата для данной местности расположения УО и условий охлаждения.

5.4. Пример расчета проведен в Приложении 4.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ, ПРИШЛЫХ В МЕТОДИКЕ

дарил установки охлаждения, шт.

длина установки охлаждения, шт.

те;(пература охлаздаемого потока на входе в УО, °С

тешература на выходе из УО, °С

температура охлаждапцего воздуха на входе в АЕО, °С

угол установки лопастей вентиляторов, град

коэГезшиент увеличения поверхности

чпсло секций в АВО, шт.

число рядов труб в секции, иг.

площадь сечения одного хода секции о четырьмя радами труб, м2,

диаметр теплообменшх труб, и цдощадь поверхности теплообмена, м2 чпсло вентиляторов в АВО, шт. производительность вентиляторов, кг/о КОД вентиляторов

потери напора воздуха в секции ц/м2 коэффициент местных сопротивление удельная теплоемкость охлаждаемой жидкости дж/жг*°С удельная теплоемкооть воздуха, дж/кг.°С плотность воэдуха при температуре ^ кг/кЗ КПД насосной станции

плотнооть жидкости при 15°0 и 20°0, соответственно, кг/иЗ коэффициент объемного раошрения, 1/°0 толщина футероьочного олоя, м

-    кинематическая вязкость охлаждаемой жндкоотн иля газа при температуре {•, \х _t t, м2/о

tt - коэффициент крут ни шскограммы, 1/°С t - температура охлаждаемого потока в интервале охлаждения ОТ ti до tjL , °0

стоимость одного АВО без вентиляторов, руб.

-    стоимость электроэнергии, руб./квт.час. ySi - стоимость вентилятора, руб.

5* - стоимость задатки, руб.

Go - производительность охлаждаемого потока, кг/о Е* г- нормативный коэффициент, I/год для нефтепроводного транспорта

плотность, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, кинематическая вязкость в зависимости от температуры, кг/мЗ, Вт/м°С, дк/кг°С, м2/с Ро,Ре “ мощность, затрачивает,ая на прокачку теплонооителя и воя-духа через УО, соответственно, квт *T#AofU"“ срок службы АВО и вентилятора, соответственно, чао.

L - длина теплообменных труб, м.

*1 - среднее время восстановления структурного элемента, чао. R - показатель надежности УО. ft Р - показатель надежностн зарезервирвванной УО.

N - число структурных элементов УО.

показатель надежности цепочки охлаждения, ооотоящей из последовательно соединенных АВО.

С. - стоимость структурного элемента, руб.

R*.- показатель надежности одного элемента.

Ср - капитальные затраты на резерв УО, руб,

Кр- количество резервных линий.

коэффициент теплопроводности футеровочного материала, ВгА°С

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУИШТ

Методика расчета охлаждения нефти в аппаратах воздушного охлаждения РД-39-ЗС- 992-64

Вводится впервые

При.чйзои . днистерства нефтяной прог.шкленыости от 12.01,64т, J* 39 Срок ы.зодеыня с I июля 1984г.

Срок действия до I ихля 19£^ч

•'.етодпка предназначена для использования в отрасли нефтепроводного транспорта при проектировании способа охлаждения нефти с иомоцью аппаратов воздушного охлаждения.

I. ОБЩИЕ ПОЛОШШЯ

I.I. Настоящая методика предназначена для расчета установки охллгдснля (УО), состоящей из аппаратов воз^шного охлаждения (А30)_# служащей для охлаждения потоков нефти, температура которых повивается в результате выделения тепла тре^шя и превышает критическое значение, определяемое по методике [ф"}. По методике рассчнгытаются оптимальная компоновка АВО и их общее количество,

i.S. Критерий оптимальности задачи-минимум приведенных затрат.

1.3. Методика может быть использована для расчета охлаждения других теплоносителей..

1.4 • Под компановкой понимается любое из возможных соединений ( параллельное, последовательное в сметанное) между собой АЮ в технологическую установку,

1.4.1.    При охлаждении жидкостей технологически оптимальной является схема УО в виде прямоугольника, характеризующаяся шириной и длиной.

1.4.2.    Шириной УО на_ч вается число АВО, соединены* параллельно (рио.1).

1.4.3.    Длиной УО называется число ЛВО в установке, соединенных последовательно (ом.рпо.1).

1.5.    Произвольно заданного значению ширины УО ( Nt ) соответствует определенная длина ( Мг ) установки, которая определяется из условия достижения требуемой температуры охлаждения потока.

1.6.    При заданных условиях охлаждения существует такая шнри-

. ,9ПТ    м?

на Ni и соответствующая ал длина /0-М*. , при которых приведенные затрата .минимальны.

1.7.    Результата расчета УО зависят от технологической обвязки АВО в установке, которая позволяет отклотать вышедший пз отроя аппа рат и переключаться на резервный (си.рло.1).

1.8.    Установка охлагдешгя состоят пз эквивалентных структурных элементов. Структурный элемент включает в себя: AiX) без вентиляторов, вентиляторы, задались.

Выделение вентиляторов и секций АВО необходимо для составления (Тункцип приведенных затрат из-за различного срока их службы.

1.9.    Методика позволяет решать следующие задачи:

-    определять оптимальное соотношение между длиной и шириной УО

-    выбирать тип и коэфТчщионт оребрения АВО, отвочапцие г.мни-uywy приведенных затрат;

-    определять оптимальный угол установки лопастей вентиляторов}

-    находить оптимальное количество резервных АВО при выбранной технологической обвязке;

- определять длину УО при изменяющихся температурах охлаж-

1.10.    При эксплуатации 70 в условиях изменящихоя температур воздуха х теплоносителя ; -улнровать температуру охлак .емого потока можно двумя способами:

-    изменением угла установки лопастей вентиляторов в АВО при неизменной структуре УО;

-    изменением длины УО при неизменном положении лопастей вентиляторов.

1.11.    Эксплуатация УО требует наиболее простого и надежного способа регулировки температуры, следовательно это требование следует рассматривать как ограничение возможной динамики установки. По этой причине в методике принят второй из указанных способов регулирования температуры.

1.12.    Список используемых обозначений приведен в приложении I.

2, ИСХОДОВ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Исходные данные должны включать:

2.1,    Конструктивные данные АВО:

2.1, Х. Теш АВО;

2.1.2, Количество секций - Ыс ;

2Л,3. Количество рядов труб в секции - Nт ;

2.1.4.    Площадь оечения одного хода секции о чистом труб, равным четырем - £ч ;

2.1.5.    Длину тегиообменных труб - L ;

2*1,6. Коэффициент увеличения площади поверхности - У ;

2.1.7.    Количество вентиляторов - N* ;

2.1.8.    Диаметр теплообменных труб - ф ;

2.1.9.    Площадь поверхности теплообмена- f ;

2.I.10. Срок службы вентилятора и АВО -*Е*,Та§0    ;

: .2. Аэродинамические характеристики вентиляторов:

2.2.1.    Производительность вентилятора - Gt i

2.2.2.    К.П.Д. вентилятора -    ;

2.2.3. Потери напора воздуха в секции *-    ;

2.3.    Характеристику охлаждаемого теплоносителя:

2.3.1.    :Зависимость плотности - р , теплопроводности - Я удельной теплоемкости - Ct . кинематической вязкости - от температура;

2.3.2.    Значение коэффициента объемного расширения - J&_e ;

2.3.3.    Температуру начала массовой кристаллизации парафина-Ти*

2.4. Характеристику воздуха:

2.4.1.    Температуру на входе в АВО -    •

2.4.2.    Удельную теплоемкость - С* ;

2.4.3.    Плотность -    ;

2.4.4.    Расчетную температуру воздуха - 1_р ;

2.5.    Характеристику потока:

2.5.1.    Начальную температуру теплоносителя - f* ;

2.5.2.    Температуру конечного охлаждения - ‘t _х ;

2.5.3.    Производительность охлаждаемого потока - G« ;

2.6.    Прочие исходные данные:

2.6.1.    КОД насосных перекачивапциу. агрегатов -

2.6.2.    Потери давления в АВО - др ;

2.6.3.    Коэффициент загрязнения внутренней поветинсоти труб - г* ;

2.6.4.    Стоимооть одного АВО без вентилятора    I

2.6.5.    Стоимооть вентилятора - 2ь ;

2.6.6.    Стоимость задвижки - 5*.    ;

2.6.7.    Стоимооть электроэнергии - Sэ ;

2.G.8. Расчетный период работы УО -    ;

2.6.9.    Параметр потока отглзов - (О ;

2.6.10.    Среднее врем восстановления структурного 1емента ;

2.о.II. Затраты на ликвидацию одного отказа -3* ;

2.6.12.    Удельны:: ущерб от простоя (например, нефтепровода) вследствие отказа УО - у._о ;

2.6.13.    Удельны!: ущерб от простоя в системе переработки и добычи соответственно - В* . Д* ;

2.6.14.    Коэффициенты снижения времени простоя в системе добычи л переработки - Д , В ;

2.7. Исходные данные по всем пунктам 2.1 * 2.6 определяются следующим образом;

п.2.1 и 2.2. Пршшмаются по номенклатуре заводов-изготовите-лей, каталогам БШШнефтемада и справочной литературе.

п.2.3. Определе:ше характеристик жидкости охлаждаемого потока необходимо провести в лабо-аторни на жидкости, предназначенной непосредственно для перекачки:

п. 2.3.1. Определение плотности жидкости производится при температуре 20°С. При друшх температурах плотность вычисляется по формуле:

( 2.1)

( 2.2)

..в нематическая вязкость определяется по формуле Филонова-

Рейксльдса:

S(0^a    ,    (2.4)

где V с - кинематическая вязкость при температуре , выбранной в данл&зоно изменения температуры жидкости в процессе

охлаждения;

и - -L-- коэффициент крутизны вискограмкы; ii-*.    Ч>1

- кинематическая вязкость при температуре ti ; и* 2*3.2. Коэффициент объемного расширения (    )_#    выбирает

ся по табл. I приложения 2.

п. 2.3.3. Температура начала массовой кристаллизации парафина из нефти определяется согласно РД 39-30-577-81 [4] .

п. 2.4.1 + 2.4.3. Принимается по СЩШ и климатическим справочникам*

п. 2.4.4. Расчетная температура воздуха находится по методике [ 3 ] :

а)    Исходные данные для построения графиков в различных районах страны приведены в климатических справочниках и частично , в работе ^3 ] .

б)    Годовой интервал изменения температуры воздуха разбивается на участки шириной 1°С, Определяется число часов в году, в течение которых температура была в пределах I-го участка, 2-го, 3-го и т.д. Строится график (см* рнс.П.2 Приложения 4) зависимости процента общвгодового времени, соответствующего любому интервалу тэмператур от максимальной температуры;

с) Расчетная температура воздуха принимается равной температуре, охватываодей 8400 часов (95?) (см.рис.П.2} годового периода по построенному гтфяку.