WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Величина J в отличие от коэффициента массоотдачи является плавно меняющейся функцией, что облегчает ее описание с помощью эмпирических формул. В то время как при С Сs даже незначительные ошибки в экспериментальном определении величин массовой скорости испарения углеводородной жидкости, С и Сs могут привести к значительным погрешностям в расчете. Соответственно и будущая формула для расчетного определения в области С Сs будет неточной.

С использованием метода анализа размерностей критериальное уравнение для описания процессов массоотдачи в резервуарах в общем виде представлено нами как Kt = f1(, Sc, Fr Re, Reср), (1) где Kt – безразмерный комплекс (критерий), характеризующий динамику испарения; Fr·Re – комплексный критерий, характеризующий интенсивность перемешивания нефтепродукта в заполняемом резервуаре, ж Fr Re = ; (2) g ж Reср - число Рейнольдса, характеризующее интенсивность омывания поверхности жидкости струей подсасываемого воздуха при опорожнении резервуара, U dэ Reср = 0,788 k ; (3) пвс Sc – число Шмидта:

Sc=пвс/Dм; (4) ж – характерная скорость перемешивания; ж - кинематическая вязкость бензина; U – скорость вертикальной струи при достижении поверхности нефтепродукта; dэ – диаметр круга, эквивалентного площади, омываемой струей подсасываемого воздуха в резервуаре (по Ф.Ф.Абузовой); k – количество монтажных патрубков; пвс - кинематическая вязкость ПВС; Dм – коэффициент диффузии (по В.А. Мартяшовой).

Новый критерий подобия, характеризующий динамику испарения нефтепродукта, описывается выражением J 2 М Т пвс пвс в Kt = 3 ; (5) пвс Dм g My Т ж где пвс, Мпвс – соответственно плотность и молярная масса паровоздушной смеси; g – ускорение свободного падения; Му – молярная масса паров бензина;

Тв, Тж – температуры соответственно окружающего воздуха и бензина.

Для определения плотности потока массы испаряющегося бензина по экспериментальным данным была разработана новая методика. Она базируется на уравнении состояния ПВС в ГП резервуара в дифференциальной форме.

В результате ряда преобразований получены зависимости для определения величины J в следующих случаях:

а) простой резервуара с закрытой дыхательной арматурой Р 1 Т г г Gпвс - Р Т г г Jпр = ; (6) 1- С Fр (1- М)(1- C) С б) заполнение резервуара (открыт клапан давления) Gпвс Т г пвс {Qпвс [1+ С (1- М)]- Qз}- Tг Jз = ; (7) С 1+ (1- М)(1- C) Fр С в) опорожнение резервуара (открыт клапан вакуума) Gпвс Т г пвс Qот - в Qв [1+ С (1- М)]- Tг Jот =, (8) С 1+ (1- М)(1- C) Fp С где Qз, Qот – расходы соответственно закачки и откачки бензина; Qпвс - расход вытесняемой в атмосферу ПВС; в, Qв - соответственно плотность и расход подсасываемого воздуха; М - относительная (по воздуху) молярная масса паров бензина; Pг, Tг - давление и температура в ГП резервуара в рассматриваемый момент времени; Gпвс - масса ПВС в ГП в момент времени.

Из формулы (6) видно, что если известна концентрация паров бензина в ГП в начальный момент времени, то для определения величины Jпр достаточно контролировать изменение во времени давления и температуры в ГП емкости. Для нахождения Jз согласно формуле (7) надо знать расходы закачиваемого бензина и паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуара. Соответственно при определении Jот надо знать расходы откачки бензина и подсасываемого воздуха.

Сравнивая предложенную методику обработки экспериментальных данных с применявшейся исследователями ранее, можно сделать вывод, что она является более точной, так как:

1) в случае неподвижного хранения определение средней концентрации углеводородов в ГП емкости не зависит от количества точек отбора проб ПВС;

2) впервые при определении средней концентрации углеводородов в ГП учитывается изменение температуры ГП и различие расходов бензина, с одной стороны, и газовой фазы через дыхательную арматуру, с другой.

В третьей главе описаны экспериментальные исследования по изучению процессов массоотдачи при операциях неподвижного хранения бензинов, заполнения и опорожнения резервуаров типа РВС. Представлены результаты экспериментов, а также получены критериальные уравнения массоотдачи для перечисленных выше типов операций.

Экспериментальное изучение процессов массоотдачи на реальных резервуарах заведомо осуществляется с определенной погрешностью ввиду влияния ряда факторов (дискретности отбора проб, неравномерности прогрева газового пространства и т.д.). Поэтому наряду с промышленными экспериментами мы провели серию опытов для случая неподвижного хранения на модельной установке, основными элементами которой были: емкость для бензина вместимостью 3810-3 м3, стальная 200 – литровая бочка с резьбовой пробкой и удаленным дном, а также открытая емкость, которая использовалась для создания гидрозатвора. Роль “запирающей” жидкости выполняла подсоленная вода. В обечайке бочки имелся штуцер для подключения дифманометра.

Опыты проводили в следующей последовательности. В емкость с подсоленной водой помещали емкость с исследуемым бензином (Аи-80, А-92, Аи95 и Аи-98), замеряли его уровень и температуру. Далее вся система быстро накрывалась бочкой. Это позволяет утверждать, что начальная концентрация паров бензина в ГП бочки была равна нулю. По дифманометру фиксировался рост давления в ГП бочки во времени.

Для более полного охвата условий испарения промышленные эксперименты по определению фактических потерь бензинов из промышленных резервуаров для случаев заполнения, простоя и опорожнения проводились в различных регионах РФ: на Каменской нефтебазе (г. Каменка Пензенской области) 24 апреля 2001 г. на резервуаре объемом 1000 м3, на Чайковской нефтебазе (г. Чайковский Пермской области) с 1 по 2 сентября 2001 г. на резервуаре объемом 700 м3, на Уфимской нефтебазе (Участок №2) ОАО “Башкирнефтепродукт” с 26 июня по 1 июля 2002 г. на резервуаре объемом 1000 м3 и в ЛПДС “Черкассы” ОАО “Уралтранснефтепродукт” с 12 по 13 июня 2002 г.

на резервуаре объемом 5000 м3.

К сожалению, использовать известные методы планирования экспериментов не представлялось возможным.

В ходе экспериментов за заданные промежутки времени измерялись:

концентрация углеводородов в различных точках по высоте ГП резервуара – газоанализатором ИГМ-034 с погрешностью измерения не более ± 0,5 %; температура подсасываемого атмосферного воздуха (опорожнение) – ртутным термометром; скорости подсасываемого атмосферного воздуха (опорожнение) и вытесняемой ПВС (заполнение) через специальные патрубки – анемометром. Остальные данные получены от диспетчеров объектов, на которых проводились эксперименты.

Наряду с данными собственных экспериментов к обработке привлекались результаты экспериментальных исследований Ф.Ф. Абузовой – Р.А.

Молчановой, В.Б. Галеева. Таким образом, к обработке нами были привлечены данные по испарению бензинов А-66, А-76, Аи-80, А-92, Аи-95 и Аи-98 за период с мая по октябрь в резервуарах РВС 700, РВС 1000, РВС 5000 и модельной емкости на нефтебазах и перекачивающих станциях магистральных нефтепродуктопроводов, расположенных в средней полосе России.

Характер зависимости величины Ktпр от показан на рисунке 1.

0,0,0,0,0,0,0,0,0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0, Рисунок 1 - Зависимость Kt – критерия при простое от модуля движущей силы после отбраковки «выскакивающих» точек Для установления конкретного вида функции (1) экспериментальные данные сначала обработали с использованием методов математической статистики с целью отбраковки «подозрительных» значений. Далее с использованием математического программного пакета на ЭВМ было получено критериальное уравнение массоотдачи для случая неподвижного хранения бензина вида Ktпр = 2,17 10-3 0,403 Sc0,0932. (9) пр Kt Среднеквадратичная погрешность расчета по формуле (9) составляет 26,5%. Она справедлива для резервуаров типа РВС различной вместимости, в диапазоне изменения от 0 до 0,351 и числа Шмидта от 0,469 до 1,941.

Определение вида и численных значений коэффициентов критериального уравнения массоотдачи для случая заполнения резервуара также производилось с использованием математического программного пакета на ЭВМ. В результате уравнение приняло вид Ktз = 1+ 0,524 (Fr Re)0,265 -0,289 Sc0,. (10) Ktпр Формула (10) справедлива в диапазоне изменения FrRe от 623 до 17351, от 0 до 0,0953 и числа Шмидта от 0,547 до 0,769. Среднеквадратичная погрешность расчета по ней составляет 6,5%.

Аналогично после обработки экспериментальных данных, используя трехфакторную модель, получили критериальное уравнение для случая опорожнения резервуаров Ktот = 1+ 7,45 10-3 Sc0,197 Re0,569.

cp (11) Ktпр Формула (11) справедлива для резервуаров типа РВС различной вместимости, в диапазоне изменения от 0 до 0,188, числа Шмидта от 0,635 до 1,359 и числа Reср от 9668 до 55817. Среднеквадратичная погрешность расчета по ней составляет 17,4%.

В целом погрешность расчета динамики массоотдачи по формулам (9)(11) меньше, чем по формулам других авторов. Отличительной особенностью критериальных уравнений (10), (11) по сравнению с ранее существовавшими является то, что при расходах закачки-откачки близких к нулю KtзKtпр и KtотKtпр, то есть они удовлетворяют правилу предельного перехода.

В четвертой главе предложен метод расчета суммарных потерь (сразу от больших и малых «дыханий») бензинов от испарения из резервуаров типа РВС с использованием критериальных уравнений (9)-(11). Проведено исследование влияния момента закачки бензина на величину его совокупных (за сутки) потерь по данной методике. Также предложена упрощенная (инженерная) методика вычислений потерь бензинов от испарения и проведено сравнение результатов расчета по ней с результатами расчета по ранее использующимся.

В основе предложенного метода расчета совокупных потерь бензинов от испарения лежит уравнение состояния реальных газов (МенделееваКлапейрона) в дифференциальной форме.

При закрытом дыхательном клапане это уравнение решается относительно скорости изменения давления в ГП, что дает Pг 1 Gпвс 1 Tг 1 Rпвс 1 Vг = Pг + + -. (12) Gпвс Tг Rпвс Vг В уравнении (12) величины скоростей изменения параметров находятся по формулам Gпвс my = ;

Му - Мв С Rпвс = -Rпвс ; (13) Мпвс - при простое Vг = Qз - при закачке;

Q - при откачке от my С =, y Vг my где - скорость прироста массы испаряющегося бензина в газовом про странстве при соответствующей операции; M - молярная масса воздуха; у - в плотность паров бензина.

При открытом клапане давления уравнение состояния решается относительно объемного расхода ПВС, вытесняемой в атмосферу:

my 1 1 Vг 1 Rпвс 1 Tг Qпвс = - Gпвс - -. (14) пвс Vг Rпвс Tг Общие же потери бензина за время в, в течение которого был открыт клапан давления, найдутся как в Gпвс = С Qпвс d, (15) у где интеграл вычисляется суммированием подынтегральных выражений в разные моменты времени.

При опорожнении резервуаров или достаточном снижении температуры в их газовом пространстве открывается клапан вакуума и в них подсасывается воздух, что приводит к изменению концентрации углеводородов в ГП и, таким образом, предопределяет последующие потери. В этом случае уравнение состояния решается относительно объемного расхода подсасываемого воздуха 1 1 Vг 1 Rпвс 1 Tг my Qв = - - -. (16) G в пвс Vг Rпвс Tг Предложенная выше система уравнений замыкается критериальными уравнениями (9)-(11). Несмотря на кажущуюся сложность, она легко реализуется на ЭВМ и применима к резервуару любой конфигурации.

В качестве апробации разработанной методики была рассчитана динамика прироста относительной концентрации в ГП резервуара С Сs при неподвижном хранении бензина. Сначала были сделаны расчеты для двух предельных случаев (Тг=const), когда относительная начальная концентрация в ГП С С = 1 и С С = 0,1 (рисунок 2).

0 s 0 s 0,9 0, 0,0, С С s 0,0,0,0,0,ч 0 20 40 60 80 с 1- Т = const, C0 Cs = 1; 2 - Tг = Tmax, C0 Cs = 0,1; 3 - Tг = var, C0 Cs = 0,г Рисунок 2 - Расчетные значения прироста относительной концентрации С С во времени s Как и должно быть, при неизменной температуре и С С = 1 прирост 0 s концентрации в ГП полностью отсутствует. Поэтому функция С С предs ставляет собой горизонтальную прямую, совпадающую с осью абсцисс. Во втором предельном случае (Т = Т = const, С С = 0,1) при неподвижном г г max 0 s хранении бензина концентрация его паров в ГП постепенно растет, достигает полного насыщения и далее не меняется. Поскольку на графике изображено изменение прироста относительной концентрации, то асимптотой для него является величина 1- С С. Обе линии проходят так, как и должно быть из фи0 s зических соображений. Поэтому можно сделать вывод, что разработанная программа адекватно описывает изменение величины С С. Это позволяет s не сомневаться в результатах, полученных при переменной температуре ГП.

Как видно из рисунка 2, изменение температуры накладывает свой отпечаток на поведение функции С Сs : она сначала увеличивается, достигает максимума равного 1- С С, а затем колеблется относительно некоторого 0 s среднего значения. Такое ее изменение объясняется изменением температуры в ГП резервуара в течение суток. Соответственно концентрация насыщенных паров бензина также изменяется по периодическому закону. Если в момент времени = 0 начальная концентрация С0 была меньше, чем концентрация насыщенных паров C при данной температуре, то с течением времени средs няя концентрация паров в ГП сначала монотонно растет. Однако как только она достигает концентрации насыщенных паров, характер изменения величины С изменяется: она полностью повторяет характер изменения Cs. Показанный на рисунке 2 характер изменения величины С Сs сохраняется для резервуаров разной вместимости и разных месяцев года.

Аналогичный характер изменения концентрации паров бензина в ГП был экспериментально установлен для резервуаров с понтоном В.А. Душиным.

Вторая задача, которую автор решал с использованием разработанного метода, это оценка погрешности, вносимой при искусственном разделении потерь бензина на большие и малые «дыхания».

Проведенное моделирование по данной методике показало, что достоверная оценка потерь бензина от «большого дыхания» может быть выполнена только в случае, когда не только задана продолжительность каждой операции, но также когда начало их привязано ко времени суток. Так, было установлено, что наименьшими потери будут, если начало закачки совпадает с моментом минимума температуры газового пространства. Менее предпочтителен вариант, когда начало закачки совпадает с моментом максимума температуры ГП.

Наибольшие совокупные потери бензина от «дыханий» резервуара наблюдаются, когда закачка заканчивается в момент максимума температуры газового пространства.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»