储罐蒸汽外盘管伴热的设计和计算

第44卷第2期辽宁化工Vol.44，No.22015年2月LiaoningChemicalIndustryFebruary，2015收稿日期：2014-10-29作者简介：李森林（1980-），男，工程师，硕士，辽宁黑山人，2007年毕业于沈阳工业大学材料学专业，研究方向：工艺管道设计工作。储罐蒸汽外盘管伴热的设计和计算李森林（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁沈阳110000）摘要：从储罐总热量损失计算、传热系数计算和选择，以及伴热管长度的计算，简要阐述储罐采用蒸汽外盘管伴热方式的设计和计算。关键词：储罐；蒸汽；盘管；设计中图分类号：TQ018文献标识码：A文章编号：1004-0935（2015）02-0197-02在化工生产的原料和产品储存中，储罐是不可缺少的重要设备之一。在储存高熔点、常温下易凝固的物料时，储罐常采用内加热盘管和外盘管伴热保温的方式，以降低储存物料的粘度，提高其流动性。当储罐采用内盘管加热时，易发生加热介质的内漏，使储存的物料被加热介质污染，物料变质，影响物料的品质，因此，在这种情况下，储罐采用外盘管伴热保温的方式来避免储罐热量的散失。在石油化工企业中，由于饱和蒸汽易得，因此，常用饱和蒸汽作为加热介质。蒸汽压力的选择与工艺介质需要保持的温度相关联。一般情况下，蒸汽的温度应高于被保温介质的温度。此外，蒸汽伴热温度的选择，还要根据储存介质的特性，如物料是否易结焦、聚合等情况综合考虑。本文主要从储罐总热量损失计算、传热系数计算和选择，以及伴热管长度的计算，简要阐述储罐采用蒸汽外盘管伴热方式的设计和计算。1储罐总热量损失在物料储存过程中，由于环境温度的变化，致使物料的热量不断散失。伴热保温储罐的热量损失主要包括罐壁热量损失、罐顶热量损失和罐底热量损失三个部分。1.1罐壁热量损失QW计算储罐罐壁的热量损失可认为是储罐伴热管在保温后的热量损失，因此储罐罐壁的热量损失可按下式计算：式中：QW——罐壁的热量损失，W；KtW——热损失传热系数，W/•㎡（℃）；AW——㎡罐壁的外表面积，；taw——储罐的外壁温度，℃，在工程设计中可近似的看成储罐外壁温度与罐内储存介质的温度一致；tai——周围环境温度，℃（所在地区历年一月份月平均温度平均值）。1.2罐顶的热量损失Qr计算罐顶的热量损失Qr，可按下式计算：式中：Qr——罐顶的热量损失，W；Ktr——罐顶的传热系数，W/㎡（·℃）；Ar——㎡罐顶的表面积，；Aav——㎡储存介质的温度，。1.3罐底的热量损失Qb计算罐顶的热量损失Qb，可按下式计算：式中：Qb——罐底的热量损失，W；Ktb——罐顶的传热系数，W/㎡（·℃）；tgr——储罐所在地区最冷月份的地表温度，℃。1.4储罐总热量损失Q计算储罐总热量损失为罐壁热量损失、罐顶热量损失和罐底热量损失之和，即式中：Q——储罐总热量损失，W。另外，在实际工程计算中，储罐的总热量损失可考虑20%安全裕量。2传热系数的计算和选择在储罐传热计算过程中，相应的热损失传热系数、罐顶传热系数和罐底传热系数是必不可少的关键参数。2.1热损失传热系数Ktw计算aiawwtww-ttAKQaiavttAKQ-rtrrgravbtbb-ttAKQbrwQQQQ2210tw111KDOI:10.14029/j.cnki.issn1004-0935.2015.02.068198辽宁化工2015年2月式中：0——保温隔热层表面至周围空气的给热系数，W/㎡（·℃）。在工程设计中，原料和产品储罐一般布置在室外，因此,0可按下式进行简便计算：式中：V——冬季平均风速，m/s；1——储罐外壁至保温隔热层内侧空隙间空气的给热系数，W/㎡（·℃），一般在工程设计中取1=11.62～13.95W/㎡（·℃）；——保温隔热层厚度，m；——保温隔热层导热系数，W/㎡（·℃）。2.2罐顶传热系数Ktr和罐底传热系数Ktr计算在工程设计中，对罐顶和罐底的传热系数应采用经验公式进行计算，但是计算比较繁琐，而且对储罐的总传热影响相对较小，因此，为方便起见，对罐顶和罐底的传热系数选用经验值。（1）罐顶传热系数Ktr地上立式金属油罐，根据经验：无保温层时，Ktr=0.3～0.7W/㎡（·℃）；有保温层时，Ktr=0.35W/㎡（·℃）。（2）罐底传热系数Ktb罐底的传热系数一般可采用0.23～0.47W/㎡（·℃）。3伴热管长度L的计算3.1伴热管与伴热保温储罐之间的传热系数K1计算式中：K1——伴热管与热保温储罐之间的传热系数，W/㎡（·℃）；2——伴热管内蒸汽冷凝的给热系数，一般取11622.50W/㎡（·℃）；3——蒸汽伴热管至保温隔热层内空气给热系数，W/㎡（·℃）；4——保温隔热层内空气至被加热储罐的给热系数，W/㎡（·℃）；——伴热管管壁厚度，m；——伴热管导热系数，W/㎡（·℃）。3.2伴热管的传热面积F计算式中：F——㎡伴热管的传热面积，；tv——伴热管内蒸汽的工作温度，℃；tw——保温储罐的外壁温度，℃；tv-tw——伴热管与保温储罐之间的传热温差，℃。在工程设计中，一般可不考虑伴热保温储罐内介质对外壁的传热，因此，储罐外壁的温度tw可近似的看成与储罐内储存介质的温度一致。3.3伴热管的长度L计算式中：L——伴热管长度，m；d——伴热管外径，m。4结束语通过对储罐蒸汽外盘管伴热的设计和计算，可得到相对准确的传热系数和合理的设计参数，以满足实际的工程设计要求。参考文献：［1］郭光臣,董文兰,张志廉.油库设计与管理[M]．东营：中国石油大学出版社，2006．［2］李征西,徐恩文.油品储运设计手册[M]．北京：石油工业出版社，1997．［3］王汉松.石油化工设计手册第4卷-工艺和系统设计[M]．北京：化学工业出版社，2002．DesignandCalculationoftheSteamHeatingCoilOutsideStorageTankLISen-lin（LiaoningProvincePetroleum-chemicalIndustryPlanning&DesigningInstituteCo.,Ltd.,LiaoningShenyang110000，China）Abstract:Thedesignandcalculationofthesteamheatingcoiloutsidestoragetankwereintroduced,includingtotalheatlosscalculationofthestoragetank,calculationandselectionoftheheatingtransfercoefficient,andcalculationoftheheatingcoillength.Keywords:storagetank;steam;coil;designdFL14.343211111KwvttKQF-10=11.626.97V