Правильный подогрев мазута в вертикальных наземных резервуарах является одной из задач топливных хозяйств промышленных предприятий и теплоэлектростанций. Мазут – вязкое и склонное к застыванию топливо, требующее поддержания определённой температуры во время хранения и транспортировки. Это необходимо для предотвращения застывания продукта, его равномерной выкачки, а также для минимизации потерь тепла и эксплуатационных затрат.
Основные способы подогрева мазута
Системы подогрева мазута в резервуарах включают несколько методов, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки
Статические подогреватели
Наиболее широко распространены парозмеевиковые и секционные подогреватели. Парозмеевиковые конструкции размещают в нижней части резервуара; они обеспечивают равномерный прогрев за счёт циркуляции пара по трубам. Для увеличения эффективности могут применяться дополнительные ширмовые секции. Секционные подогреватели состоят из параллельных трубок, вваренных в коллекторы, и монтируются внутри резервуара.
Преимуществом статических методов является возможность подключения отдельных секций в зависимости от потребности, однако такие системы отличаются большой металлоёмкостью и сложностью монтажа.
Местные подогреватели
Местные подогреватели (змеевиковые или секционные) применяются в зоне забора мазута для дополнительного подогрева, особенно при откачке продукта. Они обычно размещаются в специальных кожухах, что позволяет снизить объём подогреваемого мазута и, соответственно, затраты на энергию.
Циркуляционный подогрев
Циркуляционный способ подогрева предусматривает забор мазута из нижней части резервуара насосом, его нагрев во внешнем теплообменнике и возврат подогретого топлива обратно в резервуар. Этот способ позволяет существенно сократить время разогрева, повысить однородность мазута и снизить его обводнение. Помимо повышения эффективности, циркуляционный подогрев способствует более равномерному распределению температуры по всему объёму резервуара и предотвращает осаждение твёрдых фракций.
При невозможности размещения внутренних нагревателей (например, в подземных или труднодоступных резервуарах) применяют циркуляционный подогрев. Продукт отбирается из резервуара насосом, нагревается во внешнем теплообменнике и возвращается обратно через распределительные насадки. Это обеспечивает перемешивание и равномерность температуры, а также существенно сокращает время разогрева по сравнению со статическими методами
Вибрационные и шнековые подогреватели
Для форсированного местного подогрева используются вибрационные (качающиеся) и горизонтальные вращающиеся шнековые подогреватели. Они обеспечивают интенсивное перемешивание и локальный прогрев мазута в зоне забора, что особенно важно при больших объёмах и высокой вязкости продукта.
Для локального форсированного подогрева применяются стационарные качающиеся или вращающиеся шнековые подогреватели, которые обеспечивают интенсивный теплообмен благодаря механическому перемешиванию продукта в зоне нагрева.
Электроподогрев
В последнее время всё более широкое применение получают электроподогреватели, в том числе системы обогрева стенок резервуара с помощью электрических кабелей, приваренных под металлические уголки. Такой способ отличается простотой эксплуатации и высокой безопасностью.
Электронагревательные элементы (ТЭНы) могут устанавливаться как внутри резервуара (на фланцах или специальных опорах), так и снаружи — на стенках резервуара (например, в виде нагревательных лент под теплоизоляцией). Электроподогрев отличается простотой монтажа, точностью регулирования температуры, но требует повышенного внимания к вопросам пожарной и электрической безопасности.
Значение тепловой изоляции
Особое внимание при проектировании резервуаров уделяется тепловой изоляции. Металлические резервуары должны быть защищены слоем минеральной ваты и штукатурки, что позволяет снизить теплопотери в 11–12 раз по сравнению с неизолированными ёмкостями и быстрее окупить затраты на устройство изоляции.
Для уменьшения тепловых потерь резервуары обязательно снабжаются теплоизоляцией из минеральной ваты, пеностекла, пенополиуретана и других негорючих материалов. Теплоизоляция покрывает не только стенки, но и днище, а для резервуаров типа РВС — также крышу.
Технологические параметры и расчёты
Температура подогрева мазута зависит от его марки и способа перекачки, а также от климатических условий. Например, для мазута М100 оптимальная температура поддержания составляет 60–80 °C при центробежной перекачке или 70–90 °C при использовании шестеренчатых насосов.
Для расчёта количества теплоты, необходимой для подогрева мазута, и выбора соответствующего теплообменного оборудования учитываются такие параметры, как:
· геометрические характеристики резервуара (диаметр, высота, объём),
· тепловые потери через стенки, дно и кровлю,
· температурные условия окружающей среды,
· свойства мазута (плотность, теплоёмкость, вязкость),
· продолжительность хранения.
Расчёты включают определение площади поверхности подогревателей, расхода теплоносителя (пара или подогретого мазута), а также времени разогрева или необходимой мощности электроподогревателей
Сравнительный анализ способов подогрева
Практика эксплуатации показала, что циркуляционный подогрев обеспечивает наибольшую экономичность: эксплуатационные расходы при нём в 2,9 раза ниже, чем при использовании секционных паровых подогревателей. Кроме того, циркуляционный способ позволяет обеспечить равномерный нагрев, что положительно сказывается на работе котлов и снижает риск осаждения механических примесей.
Особенности подогрева вертикальных стальных наземных резервуаров
Обеспечение необходимой температуры хранения и транспортировки темных нефтепродуктов в вертикальных стальных наземных резервуарах является одной из ключевых задач эксплуатации нефтехранилищ и магистральных трубопроводных систем. Подогрев резервуаров обеспечивает поддержание текучести и предотвращает кристаллизацию парафинов и загустение топлива при низких температурах, что особенно критично для мазута, дизельного топлива, тяжелых масел и других высоковязких нефтепродуктов.
Причины необходимости подогрева
В отличие от светлых нефтепродуктов, вязкость которых мало зависит от температуры, темные нефтепродукты при охлаждении быстро теряют текучесть. При температуре окружающего воздуха ниже 0 °C вязкость мазута или тяжелых масел существенно возрастает, что затрудняет их перекачку, приводит к засорению трубопроводов и снижению эффективности работы насосов. Отсутствие подогрева может привести к кристаллизации парафинов, что ухудшает товарные свойства продукта и может привести к аварийным ситуациям.
Особенности эксплуатации и требования безопасности
· Температура подогрева мазута и прочих нефтепродуктов должна быть не выше 90 °C и минимум на 15 °C ниже температуры вспышки.
· Запрещается эксплуатация электроподогрева для продуктов с температурой вспышки ниже 61 °C.
· Все нагревательные устройства должны быть полностью погружены в продукт, чтобы избежать перегрева и выхода из строя.
· Не допускается подогрев при уровне нефтепродукта ниже 500 мм над нагревателями.
· Необходимо постоянное автоматическое или ручное измерение и регистрация температуры подогреваемого продукта.
· Для предотвращения аварий резервуары оборудуют предохранительными и аварийными клапанами, а также системами заземления и молниезащиты.
Методика теплового расчета подогревателей
Расчет мощности и площади теплообменников производится с учетом:
· объема резервуара,
· температуры окружающей среды,
· требуемой температуры хранения,
· расчетных тепловых потерь (через стенки, крышу, днище, фитинги и т.д.),
· времени разогрева,
· теплофизических свойств продукта.
Для паровых подогревателей обычно используют пар с давлением 0,3–0,9 МПа и температурой 130–140 °C. Необходимая площадь поверхности теплообмена определяется по формуле баланса тепла:
Q = k·F·Δt,
где Q — требуемая тепловая мощность, k — коэффициент теплопередачи, F — площадь теплообмена, Δt — разность температур между теплоносителем и продуктом.
Практические рекомендации от автора
· Для резервуаров объемом до 10 000 м³ целесообразно использование внутренних секционных или змеевиковых подогревателей.
· Для резервуаров больших объемов и в условиях интенсивных морозов рекомендуется комбинировать внутренний и циркуляционный подогрев.
· Электроподогрев оправдан при отсутствии централизованного пароснабжения либо при необходимости локального и быстрого разогрева, особенно при небольших объемах.
· Все элементы системы подогрева должны быть доступны для ревизии, очистки и ремонта.
Заключение
Выбор оптимального способа подогрева вертикальных стальных наземных резервуаров зависит от свойств хранимого продукта, климатических условий, объема резервуара, требований к скорости разогрева и технологических особенностей объекта. Соблюдение регламентов и стандартов, а также проведение регулярного технического обслуживания и контроля состояния нагревательных элементов гарантирует безопасную и эффективную эксплуатацию резервуарных парков.