【文章內(nèi)容簡介】 油庫作業(yè)能否順利完成。泵房工藝流程應(yīng)根據(jù)油庫業(yè)務(wù)，分別滿足收油、發(fā)油（包括用泵發(fā)油和自流發(fā)油）、輸轉(zhuǎn)、倒罐以及放空等要求。 油庫泵房工藝流程的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則： （ 1）應(yīng)首先滿足油庫主要業(yè)務(wù)要求，能保質(zhì)保量地完成收發(fā)油任務(wù)。 （ 2）能體現(xiàn)操作方便，調(diào)度靈活。 （ 3）經(jīng)濟節(jié)約，能以少量設(shè)備完成多種任務(wù)，并能 適應(yīng)多種業(yè)務(wù)要求。 油庫中輸送粘度較小的輕質(zhì)油品時，廣泛采用離心泵。因為離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、基礎(chǔ)小、可與原動機直接相連、流量均勻、工作時無慣性力、價格低廉、管理方便等優(yōu)點。因此，在油庫中應(yīng)用最為廣泛。除了必須選用容積泵外，大都采用離心泵。 選擇離心泵時，首先要確定輸送油品性質(zhì)和泵的工作參數(shù)。油品的性質(zhì)主要包括輸送溫度下的油品粘度、蒸氣壓、腐蝕性、密度等。當輸送油品確定后，便可從相應(yīng)手冊查得或按有關(guān)公式換算。泵的工作參數(shù)包括流量、揚程、吸入高度等，可根據(jù)工藝要求和位置條件等確定。 本設(shè)計中，泵的流量應(yīng)與 油品的任務(wù)輸量相平衡，即： 泵的揚程應(yīng)與管路的能量損失相平衡，即： 其中可根據(jù)任務(wù)書提供設(shè)計依據(jù)和油罐高度求得，則： 根據(jù)泵的流量和揚程可選 DKS 型輸油泵三臺，其中兩臺并聯(lián)工作，另一臺為備用泵。該泵的主要性能參數(shù)：額定流量為，額定揚程為液柱，吸程為，允許氣蝕余量為，配帶電機功率，轉(zhuǎn)速，效率，輸送介質(zhì)溫度可達 120℃。 在輸油系統(tǒng)中，泵與管路組成一個統(tǒng)一的水力系統(tǒng)。其中，管路及泵任何一方的工作狀況變化都會破壞原有系統(tǒng)的能量平衡，而重新建立新的能量平衡。只有當泵供給的能量剛好滿足管路消耗的能量時，泵和管路系統(tǒng)才 處于平衡狀態(tài)，此時泵的揚程和流量是否處于有效區(qū)域內(nèi)，這就需要對泵和管路系統(tǒng)的工作點進行校核。 泵與管路處于平衡狀態(tài)的工作點可由以下方法求得。由泵和水力學可知，離心泵特性曲線上的每一點，表示在相應(yīng)流量下泵所給出的能量；而管路特性曲線上的每一點，表示在相應(yīng)流量下為克服管路摩阻和管路終點與起點高差所需的能量。因此，對于簡單管路，首先繪出氣管路特性曲線，然后再同一坐標系中，以同一比例繪出泵的特性曲線，這兩條能量供給線與能量消耗線的交點便是泵與管路處于平衡狀態(tài)的工作點。 本設(shè)計中，由圖 32 可知，泵的工作點在有效區(qū)域 內(nèi)，所選油泵符合輸送要求。 此外，可根據(jù)公式和，分別求得泵的允許吸入高度和泵的安裝高度，它們依次為與。 圖 32 泵與管路的工作點 水力計算 經(jīng)濟流速 根據(jù)原油粘度（），并參考文獻 [5]中表 32，可得管路的經(jīng)濟流速：吸入管，排出管。 任務(wù)輸量 31 式中 ――油品任務(wù)輸量，； ――油品年周轉(zhuǎn)量，； ――油品密度，； 360――油庫運行天數(shù)，參考文獻 [5]取得。 從罐區(qū)到泵房： 從油庫到外輸首站： 從油庫到煉油廠： 管徑 油庫設(shè)計中，管徑是根據(jù)經(jīng)濟流速和任務(wù)輸量共同決定的，計算公式為： 32 式中 ――管路的計算內(nèi)徑，； ――油品任務(wù)輸量，； ――油品經(jīng)濟流速。 則從罐區(qū)到泵房： 參考文獻 [5]，采用的鋼管，其內(nèi)徑為； 從油庫到煉油廠： 參考文獻 [5]，采用的鋼管，其內(nèi)徑為； 從油庫到外輸首站： 參考文獻 [5]，采用的鋼管，其內(nèi)徑為。 實際流速 33 式中 ――油品實際流 速，； ――油品任務(wù)輸量，； ――管子內(nèi)徑。 則從罐區(qū)到泵房： 從油庫到煉油廠： 從油庫到外輸首站： 沿程摩阻 計算管路的沿程摩阻損失所涉及的公式有： 34 式中 ――管路沿程摩阻損失，； ――水力摩阻系數(shù)； ――管路長度，； ――管子內(nèi)徑，； ――實際流速，； ――重力加速度。 35 式中 ――管壁的相對粗糙度； ――管壁的絕對粗糙度?？蓞⒖嘉墨I [5]，取。 ――管子內(nèi) 徑。 36 式中 ――雷諾數(shù)，它標志著流動過程中，慣性力與粘滯力之比； ――油品任務(wù)輸量，； ――管子內(nèi)徑，； ――油品運動粘度。 （ 1）從罐區(qū)到泵房 ，流體處于水力光滑區(qū)，得： （ 2）從油庫到外輸首站 ，流體處于水力光滑區(qū)，得： （ 3）從油庫到外輸首站 ，流體處于水力光滑區(qū)，得： （ 4）總沿程摩阻 局部摩阻 37 式中 ――管路局部摩阻損失，； ――管子內(nèi)徑，； ――實際 流速，； ――重力加速度，； ――局部摩阻的當量長度，可參考表 24 求得。 總水力摩阻 由沿程摩阻和局部摩阻可得，管路的總水力摩阻損失為： ＋ ＝ 泵房工藝計算 泵的流量 泵的流量應(yīng)與油品的任務(wù)輸量相平衡，即。 泵的揚程 泵的揚程應(yīng)與管路的能量損失相平衡，即，其中可根據(jù)任務(wù)書提供設(shè)計依據(jù)和油罐高度求得，則： 校核泵與管路的工作點 （ 1）泵的并聯(lián)工作曲線 表 33 泵的并聯(lián)工作特性曲線 流量（） 揚程（） 1640 495 1660 520 1680 536 1700 550 （ 2）管路的特性曲線 表 34 管路的特性曲線 流量（） 摩阻損失（） 1610 462 1630 486 1642 497 1650 508 （ 3）泵與管路的工作點 由圖 32 可知，泵的工作點 A 在有效區(qū)域內(nèi)，所選油泵符合輸送要求。 泵的允許吸入高度 38 式中 ――泵的允許吸入高度，； ――當?shù)卮髿鈮海?Pa； ――油品的飽和蒸汽壓， Pa，此處取 Pa[5]； ― ―油品的密度，； ――重力加速度，； ――泵的允許氣蝕余量。 泵的允許安裝高度 39 式中 ――泵的允許安裝高度，； ――泵的允許吸入高度，； ――油品在泵吸入管中的流速，； ――重力加速度，； ――吸入管的摩阻損失。 4 熱力系統(tǒng)設(shè)計與計算 加熱系統(tǒng)設(shè)計 許多油品（如高粘和高凝固點的原油、燃料油、重柴油、農(nóng)用柴油、潤滑油等）在低溫時具有很大的粘度，而且某些含蠟油品在低溫時由于蠟結(jié)晶析出，會發(fā)生凝固。為了降低這些油品的粘度，提高其 流動性，必須進行加熱。油庫中對油品加熱的主要目的是：降低油品在管道內(nèi)輸送的水力摩阻，加快油罐車和油船的裝卸速度，促進原油破乳，使油品脫水和沉降雜質(zhì)，加速油品的調(diào)合等。此外，廠礦企業(yè)用燃料油或殘渣油作為加熱爐或鍋爐燃料時，應(yīng)在燃料油使用前預先加熱。 油品加熱常用的熱源有水蒸氣、熱水、熱空氣和電能等。水蒸氣是目前最常用的熱源，它具有熱焓高、易于制備和輸送、使用比較安全等優(yōu)點，油庫加熱作業(yè)常采用表壓為個大氣壓的水蒸氣。 在油庫中對油品進行加熱所采用的加熱方法有：蒸汽直接加熱法、蒸汽間接加熱法、熱水墊層加熱法、熱油 循環(huán)加熱法和電加熱法等。其中蒸汽間接加熱法是將水蒸氣通過油罐中的管式加熱器和罐車的加熱套，使加熱器或加熱套升溫來加熱油品，蒸汽與油品不直接接觸。這種方法適用于一切油品的加熱，目前應(yīng)用廣泛。 油庫中對輸油管道的加熱方法有蒸汽管伴隨加熱和電加熱。庫內(nèi)管道一般都不長，熱油在管道中輸送不會有很大溫降，油品不至于在管路中凝固，所以一般情況下不需要進行伴隨加熱。只是對間歇作業(yè)的不放空的粘油和凝固點低于最低周圍介質(zhì)溫度的油品，它們的管路才采用伴隨加熱。 管路的電加熱有直接加熱、間接加熱和感應(yīng)加熱三種方法。直接加熱法是對管 路直接通電，使管路自體發(fā)熱而加熱管內(nèi)油品，此法比較簡便，但管路應(yīng)包覆良好的電絕緣材料，以減少電流損失和保證安全；間接加熱法是把有良好電絕緣的電熱導線和油管用保溫材料包扎在一起，電熱導線通電后發(fā)熱，將熱量傳給油管以加熱管內(nèi)油品；感應(yīng)加熱是把線圈和油管用保溫材料包扎在一起，線圈通交流電后產(chǎn)生交變磁場，輸油管在交變磁場中誘發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流而升溫，使管內(nèi)油品被加熱。 綜上所述，本設(shè)計中油罐加熱采用蒸汽間接加熱法，輸油管加熱采用電加熱法。 油罐中常用的管式加熱器按布置形式可分為全面加熱器和局部加熱器；按結(jié)構(gòu)形式分為分段式加熱器和蛇管式加熱器。 局部加熱器僅布置在罐內(nèi)的收發(fā)油管附近，全面加熱器則均勻布置在罐內(nèi)距罐底不高的整個水平位置上。對于粘度不高，且不會冷至凝固點溫度以下的油品，或一次需要發(fā)出數(shù)量不多的油品，適宜采用局部加熱器。若在短時間內(nèi)要從油罐中發(fā)出大量油品時，應(yīng)采用全面加熱器。 分段式加熱器由于分段管組的長度不大，蒸汽通過管組的摩阻較小，因此它可以在較低的蒸汽壓力下工作。此外，由于分段管組長度不大，還可使蒸汽管入口高度降低，這樣就使整個加熱器的安裝位置較低，可以盡量減少加熱器下面“加熱死角”的體積。 分段式加熱器的 加熱管在罐內(nèi)平面上的分布不如蛇管式加熱器均勻，加熱效果也不如蛇管式好，管子的連接接頭多，伸縮不便，容易造成管子接頭處焊口的損壞，發(fā)生蒸汽滲漏。因此對于要求嚴格控制含水量的油品，對于經(jīng)常操作并需要長時間連續(xù)加熱的油罐，最好采用蛇管式加熱器。對于不要求嚴格控制含水量的油品，對于進行間歇加熱作業(yè)并需要經(jīng)常調(diào)節(jié)加熱面積的油罐，適宜采用分段式加熱器。 本設(shè)計中，根據(jù)原油庫的具體情況，選用蛇管式全面加熱器。 加熱器的面積可按公式計算，其中為單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，為蒸汽經(jīng)加熱器至油品的總傳熱系數(shù)，為熱源進入加熱 器時的溫度，為加熱過程中油品的平均溫度。此外，為了求出單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，必須先求油罐的總傳熱系數(shù)值。 以上這些參數(shù)都可由相關(guān)的公式及規(guī)定求出，其結(jié)果為：油罐的總傳熱系數(shù)為℃、單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量為、蒸汽經(jīng)加熱器至油品的總傳熱系數(shù)為℃、加熱器的實際加熱面積為、加熱器所用的蒸汽耗量為。根據(jù)蒸汽耗量，參考文獻 [5]，可選型內(nèi)燃回火鍋爐 3 臺，長，寬。 為了減少熱損失，可將油罐和管路進行保溫。對于是否保溫及其厚度的確定，要根據(jù)經(jīng)濟比較來完成。一般情況下山洞油罐和覆土隱蔽油罐不保溫，在北方寒冷地 區(qū)的地上油罐常保溫。油庫中的埋地油管和能迅速放空的地面油管往往不保溫，不能在輸油后迅速排空的粘油管路和采用伴隨加熱或電加熱的輸油管路常需保溫。本設(shè)計中，根據(jù)油庫的具體情況，應(yīng)對油罐和輸油管進行保溫。根據(jù)經(jīng)驗并參考文獻 [3, 4]，選擇玻璃棉氈為保溫層材料，油罐和輸油管的保溫層厚度分別和。 熱力計算 油罐周圍介質(zhì)溫度 （ 41） 式中 ――油罐周圍介質(zhì)溫度，℃； ――最冷月地表平均溫度，℃。根據(jù)任務(wù)書提供設(shè)計依據(jù)，取℃； ――最冷月大氣平均溫度， ℃。根據(jù)任務(wù)書提供設(shè)計依據(jù)，取℃； ――油罐的高度和直徑的比值。 ℃ 油罐總傳熱系數(shù) （ 42） 式中表示傳熱系數(shù)，表示面積，角碼符號、分別指罐壁、罐頂和罐底。按油罐裝滿系數(shù)為計算，應(yīng)取為罐壁總面積的，應(yīng)取罐頂面積和罐壁面積之和。 地上保溫立式油罐的罐壁傳熱系數(shù)可近似地由下式求得： （ 43） 式中 ――保溫材料的導熱系數(shù)，℃；根據(jù)經(jīng)驗，選擇玻璃棉氈為保溫層材料 [5]，取℃。 ――保溫層的厚度，；在此取 m[5]。 ℃ 對于有保溫層的地上立式金屬油罐 [5]，罐頂傳熱系數(shù)℃；時，罐底傳熱系數(shù)℃；時，℃；時，℃。由總傳熱系數(shù)公式可知，對總傳熱影響最大的是罐壁部分，其次是罐頂，而罐底的影響最小。本設(shè)計中油庫選用的油罐為 30000m3，所以取℃，℃。 ℃ 加熱油品所需的總熱量 本設(shè)計中，原油的加熱是為了保溫，其所需的熱量可按下式計算： （ 44） 式中 ――單位時間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，； ――油罐的總面積（，、分別為罐頂、罐壁、罐底的表面積），； ――油罐總傳 熱系數(shù)，℃； ――加熱過程中油品的平均溫度，℃；根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，取℃； ――油罐周圍介質(zhì)溫度，℃。 蒸汽經(jīng)加熱器至油品總傳熱系數(shù) 值用圓筒壁傳熱公式計算 [5]： （ 45） 式中 ――蒸汽向加熱器內(nèi)壁的內(nèi)部放熱系數(shù)，℃； ――管子的內(nèi)外徑及計入水垢和油污等在管子內(nèi)外壁上的沉積物后各層的直徑，； ――水垢、管子、油品沉積物等的導熱系數(shù)，℃； ――加熱器管子的外徑，； ――從加熱器管子最外層至油品的外部放熱系數(shù)，℃。 蒸汽在加熱器管子內(nèi)的運動速度較快，蒸汽本身粘度一般 很小，因此常處于紊流狀態(tài)（）。內(nèi)部放熱系數(shù)可按紊流狀態(tài)下強制運動的放熱公式計算： （ 46） 式（ 46）為不考慮相變情況下的計算公式。實際上，蒸汽在加熱器管子中不斷冷凝，加熱器中同時存在蒸汽和冷凝水，因此計算放熱系數(shù)時應(yīng)考慮相變的影響。此時，蒸汽對加熱器內(nèi)壁的內(nèi)部放熱系