автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Моделирование тепломассообменных процессов при подогреве и перемещении высоковязких нефтепродуктов в речных нефтеналивных судах

Департамент речного транспорта Волжская государственная академия водного транспорта

На правах рукописи

Г Б ОЛ

УДК 656.024.073.437-404:655.7-698 ШЕЯНОВ Андрей Анатольевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОДОГРЕВЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЧНЫХ НЕФТЕНАЛИВНЫХ СУДАХ

Специальность 05.08.05 — судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Н. Новгород 1994

Работа выполнена в Волжской государственной академии водного транспорта.

Научный руководитель: действительный член Академии транспорта РФ, доктор технических наук В. А. Кушркин.

Официальные оплопенты:

доктор технических наук, профессор П. И. Бажаи;

кандидат технических наук, доцент В. А. Шилин.

Ведущее предприятие—АО «Волготанкер».

Защита состоится « > _1995 г.

час. в аудитории ш _на заседании специализированного совета К.116.03.02 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603600, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, 5. '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАВТа.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью предприятия, просим направлять на имя ученого секретаря специализированного сосета.

J/

Ученый секретарь специализированного совета шЛ; '

доцент, кандидат технических паук пй^Н. А. Пономарев

Тип. ВГАВТа, 1995 г., зак. 312, тир. 100. Объем 1 п. л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность дроблены:В обаем энергетическом балансе нефть п нефтепродукта занимают важное место.География добычи, переработки и потребления нефти и нефтепродуктов такова, что их приводится транспортировать на большие расстояния ,в тон - числе к бодкын транспортом.В общем объеме перевозок около (¡0'4 принодится на нефть и еысоковязкиэ нефтепродукты .Теннологические процессы транспортирования вязхин нефтепродуктов включают операции по ин предварительному подогреву в таикаи судна перед ихгрузкогг к з процессе ее. В то же время. транспорт вязкик нефтей и нефтепродуктов отличается васохон энергоемкостью. Для речного нефтеналивного судна расход энергии ка обеспечение работы специальный систем соизмерил с распадом энергии нл обеспечение движения.

В настоящее время сыбор рациональных рехиксэ работы оборудования специальный систем я параметров теннологическин процессов определяется.в основном,опытом а интуицией обслунп-ваюцего персонала,параметрами окруяазскей среди.видом груза и проч.Некоторую регламентация здесь вносят: "Инструкции по погрузке к еыгрузке...' и "Норны расхода топлива на подогрев .. .".которые разрабатываются для усредненный условий эксплуатации судна.

Поскольку бсльаякстЕО факторов,вляяояия на тезшологический процесс, еосит случайный кара г. тер, то в принципе не существует однозначный рекомендаций по шбору оптимальыш ре-аиноз работы оборудования и параметров процесса,что на гарантирует кп-пгка-.ьх:::; ссл:гт:гц сеСестонксстп пересозки и

оптимального "мертвого" остатка.

Экспериментальное к теоретическое исследование теяки-ко-зкслгоки чески« вопросов транспорта ьысоковяз::кн нефтоЛ анефтспродуктов.воджхи транспортам выполнено в работая:Боровского А . И .. Вург афта А.В..Гриакна В. Г. . Костлява И. Н.. Ху-тыркига Б. L., Калыгкина А. Г.. Ко розова. Н. П.. Иошнянского А. Ф.. Плои ом. A.B.. Подволоцг.ого H.H.. Ра бе я И. Л., Садексва Н. X.. Сизова Г.Н..LfeoTKCBÄ В.С.,Ширяева В.П и другин ученый.

Эти нсспэдсвания подчеркивает исключительную сложность ц многофакторность фиэическин процессов, учитавееиын при режо-шга проектгал: к эхсалуатйцяоггккн задач,.сеягзанкин с транспортом нефтей к нефтепродуктов.

Значительное влияние иа себестоимость перевоаох и teля-чану "мертвого" остатка схазывлет температурный режим подогрева в течении peica и при шгрузке. Используемые в настодцао время технологические реишм подогрева (температура нефтепродукта. отгенсявность ввода теплоты).как правило.не согласованы с операциями выгрузки и зачистки,что приводит к перерасходу топлива на подогрев н не гарантирует оптимальную величину "мертвого" остатка.

Окончательно задача олтшиезают текнэлогичйсккн скок в режимоа работы специальны« систем нефтеналивная судов в иастоя*ае вреки не реаена.т&х как мало исследован менанизм образования 'иертвого" остатка » зависимости от теалоеого состояния нефтепродукта в нет охоачьтельвого ответа на вопрос о гак «виз янтопспвноств ввода теплоты ст сгстыкы подог на эффективность" cm-рулх« и зачистки.

Ер? pesaine дайкой еялача леобкоанаю асследо-Рать вдчЕЕив твгидаесго состояния нефтепродукта и интеисгэ-

ности ввода теплоты на величину остатка.обдую производительность сыгрузки.разработать рекомендации по ссвгрзепствсваняю

- теннологичесхин снем п алгоритмов управления работой спецк-альньга систем, тго позволит создавав на оспоез дгшкьга исследований •автоматлэированяыэ системы »правления тэянологи-ческиии процессами (АСУ ТО) и оборудование» специальный систян таяхерсв.

Пель и задачи работа: Главной целыэ работы является разработка комплекса математическин молглей.опискваминз теп-ло-массообменние и гидрсдипаиггческне процессы.пропскоаядяга при транспортировании и грузэтки* оаэрадига! с еьгсскозяэкикт нефтепродуктами.создание на обмел осного единой ал-орнтми-

- ческой базы для частния случаев теккологическик оперший.

Реаение поставленной задачи ранено по следуюкия направлениям:

выполнен анализ текнологнческин процессов предварительного подсгреса а гыгрузки нефтепродуктов:

исследовано влияние текпературногс режима перевозок на скорость образования дотгтгя отлолеяий;

на единой котодолог ической основа теоретически исследовал ненаннз* неиэотериического стекалия вязкого нефтепродукта;

предложены алгоритмы оптимизации рекимов работы специ-аяьтга систем^ при про два ригель но» подогреве и подогреве при хмгрузха;

разработан алгоритм идентификации параметров системы подогрева:

предложена концепция создана« АСУ ТП ТАНКЕР как адаптивной системы упрлввения опредечг'п клагге . гообгс.цшеЛ!

для построения и функционирования АСУ.предложен алгоритм оптимизации параметров, теннологического процесса транспортирования вязки» нефтепродуктов.

Нетолы исследования:В основу теоретическим положений диссертационпсй работы положены результаты и достижения теории тепло- и иассопереноса,гидродинамики вязкой жидкости.теории корабля и теории автоматического управления с использованием методов идентификации . систем,теории подобия и моделирования, методов реиения диффёренциальиын уравнений.Широко использованы численные методы применительно к задачам моделирования и идентификации.Часть работы отведена методике экспериментального исследования параметров системы подогрева и обработке эксперимента лышк данный.

Научная новизна работа:Диссертация является оригинальным теоретическим и экспериментальным исследованием,результатом которого явилась разработка комплекса математически» моделей и алгоритмов .отражающий широкий круг возможный условий эксплуатации танкера и концепция построения адаптивной АСУ ТАНКЕР.Новизна приведенных исследований заключается в следующем:

исследовано влияние температурного режима перевозок на динамику образования донкык отложений:

исследовано неизотерническое стекание вязкого нефтепродукта при различный теннологическин последовательностян грузовик операций.

разработана обабленная математическая модель совместной работы системы подогрева и клинкетноД грузовой системы танкера; предложен оригиналышй способ идентификации параметров

системы подогрева;

щодпг.жгна концепция АСУ ТП ТАНКЕР сфсд.купирозак класс

/

задач для дайной АСУ и предлояен алгоритм оптошазащк параметров теннологнческого процесса транспортирования вязкин нефтепродуктов.

Практпчяская ценность работа:Ценность результатоэ гсслздоБакпй для практики заключается в комплексном ранении поставлсякгй задача - создать комплекс математические ыода-кей, сагашаяжпг; тепло- кассосзбиешша и гпдрэдхканпческпо прспкхы,крспсяодяянз при транспортирована!! к грузояия спо-Г-м:::-^ с шссг.овязкгав нефтепродуктами п првдлозять алгоритма для слтпглгз-зюп! параметров п реяихэз работа сягцкальшга скстсг: тгннерсэ. Результата исследований кспсльссаагЕЦ к зноя- •

з ¿0 "Еэлгстаглсер" прк разработке "Норн рапсода тешнк» па педогргв для нефтерудовозев пр.1553,1570".

Асробааяя р»боти:Осас.энца аалахтпл и результата цссяе-доэакгёг дежладазаднеъ а пааугняя полоялтелыуа саекгсу в ¿0 "Еолготанкер* (Саиарл, 1991 г,):: иа научно-практической кен-ференппл.пасвяявнноЛ 150-лети» Вольского парснояства (Н.Новгород ,1994 г.),направлялись на конкурс на лучжую научную разработку,проводкный Акадеидей транспорта Российской Федерации.

Структура я объем работа:Даксартапяя состоят из введения, пяти глав, заютчеяня. списка литературы кэ 69 наименований обеяи ойьвчом 152 стр,,пхлячая 22 рг.с., 7 табя. и пряло-

й&МКПЛЕЗЯ: 0~1гопк;гг материала а результата дяссвртагоет опубликовала » 4 работай автора.

Б

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом раздела диссертации выполнен анализ праменяе-ш тениологическид процессов подогрева и выгрузки высок.о-вязхнн нефтепродуктов ¡га танкеров.Откечено влияние теипора-турного режима перевозки .на образование "мертвого" остатка и структуру донный отложений.При этой рассмотрены следуюаие теапологкчэские снены предварительного подогрева нефтепродукта:

одновреиепяий для всен танков изотермический рении подогрева;

шанматный подогрев груза по определенной теннологк-ческой снеме;

циклический подог res в некоторой диапазона тенае-ратур;

форсированный подогрев груза в отдельный групдан танков я подогрев других групп с пониженной мощностью источника теплоты;

подогрев груза с максимальной интенсивностью ввода теплота в конце рейса.

Замечено, что "Инструкции по погрузке и выгрузке. .", не отражают специфику грузовын операций с ыясоковяз-кими нефтепродуктами с точки зрения рационального использования системы подогрева и согласования подогрева с тенноло-гией разгрузки.Рассмотрены следующие режимы выгрузки танкер»:

выгрузка с постоянным подогревом и работой груэовыл насосов до цронватывання.после чего остаток удаляется из каждого танка эачистнын насосом поочередно;

исгочь-зст-.тие "размыва" присокнсго' сдоя специально

разогретых нефтепродуктом.перепускаемы» из носокж танков;

раздельная зачистка танков.когда небольшое количество нефтепродукта оставляется для последующего разогрева;

ступенчатой подогрев.согласованный с теяноясг«леской «темой кхгруэхл.

По результатом анализа сформулированы дополнатедьге» требования к эксплуатации системы подогрева и определена оспоэвие направления рекегшя поставленный задач.

Ваиззвсои-сазледз на осяозаннз анализа причин образования дси.:ал$ отделений постав ленка задача о влиянии температурного рекпяа перевозок на интенсшзность седиментации вззе-аенкиа (перэичггыз) н крясталлазуюаияся (вторячпьа) частиц э вязяой среде.Используя зхсперянеитальпо устаноэдеядоэ поло-кеяао о регулярной тепловой реяккз объема нефтепродукта, з одескерясй асстансгхе задача охснпатояьпо псдзггсяа сяэдутал система уравнений:

£С1/&1 ■ - (0С\/д2,) ; асг^к « - чг^г'еъ) + ** VI - 2.18(р1-Р)г12/(Х>(Т) "

[-^а(Тш1-Т)а-Ь(Тнп-Т)п+1](с1Т/аг) пра КТщ, О при

(1)

с!Тк/сП"ч/рсН -[Е^^Т - Т1)]/рс?; Т^-Т^О

с хячолътаят услсзяяш:: С1(2.0)»С1о;С2(2,0)»0 пря 2е[0.Н];Тк(0)-Т^о .кеП. .. ,!?}

и грашгпигип услсэняин: дС1 (0.1)/Лг"бС2(0. i )/£г«0; /Х^ (Н-Д, I )/Съ°вСг(Й-Д.

где С3 2- концентрация частиц 1-й фазы (1-первячиын, 2-вто-

рнчнмк);у1 - скорость конвективного переноса частиц 1-й фазы; хЛ- текущие координаты в время ;рх 2- плотность частиц 1-й фазы;гх 2~ радиус частиц 1- йфазы;р- плотность нефтепродукта; »V - мощность внутренний источников вещества;и(Т)- вязкость

нефтепродукта;Т - текухая средняя температура нефтепродукта; Тнп- температура начала кристаллизации парафина;а,Ь.п- эмпирические коэффициента; Тк - температура к - й тсти рассматриваемого объема для ке{1.....Н};с- теплоемкость нефтепродукта;

Ч -плотность теплового потока от системы асдогрева;Н - уровень гефтепродукта; ki.Fi- коэффициент теплопередачи,плокадь 1-й ограадаюжей повершюсти;Т-) - температура окруя&юцей среды со стороны 3-й ограждаюдей.поверхности теплообмена;Л - высота слоя осадка.

Численное рекение системы уравнений (1) исполнено методом прямого математического моделирования.

Обобкение результатов моделирования подтвердило целесообразность технологического режима подогрева с максимальным вводом теплоты в конце рейса.т.к. интенсивный разогрев существенно увеличивает скорость седиментации.Другой вывод касается зависимости увеличения обдего объема осадка от интенсивности переоклаждения нефтепродукта при остывании.

Третий раздел посвяаен исследованию неизотериического стекания остатка вязкого нефтепродукта при шгруэке танкера .Анализ предяевствуюжия работ позволил сформулировать автору данную проблему в наиболее полном виде.

Методом анализа дифференциальным уравнений получены критерии подобия,определяющие неизотеркическое течение вязкого слоя:число Рейиольдса • Ее -О/у'.число Галилея - &а - дН )-'. число Фурье х-, • Го » еЬ'Н; число Био

■ Bi » aHA; безразмерная температура окружающей среды

*5 " «ос" (Тос-Тлн)/(Тп-Тлн);безразмерная температура застава-

кия *6 - ©э - (Тэ-Тдн)^(Тп—Тпн); параметр неизоггермичности 1

П" Як. - z)/v(i)]dzdz;критерий Кутателадэе *8»К'»1х/2сДТ; О

относительная шсота придонного слоя с линейным градиентом температур *g • h ■ hj/H;безразмерная температура горячего потока к10 ■ 0| " (Т£-ТДН)/(ТП-ТДН);безразмерный интервал температур фазового перевода к1г ' ffl = (ТН-ТК)/(ТП-ТЦН), где Q - раснод,отнесенный к 1м.. фронта стекання día Q [нЗ/схн]; v*- вязкость нефтепродукта при средневзвеиенной температура подвижного слоя;д - ускорение свободного падения; Н - обасая высота слоя;а - температуропроводность нефтепродукта; z. t-текужие координата и время;а - коэффициент теплоотдачи на поверкиости стекалкего нефтепродукта;X - теплопроводность нефтепродукта;Тос- температура внутри грузового танка;Тпн-температура днпца;Тп-температура на повернности слоя высотой hL;ТЭ- температура застывания нефтепродукта;z - относительная координата i"z/H;v - относительное значение вязкости v*v/v*;v-вязкость нефтепродукта;I - скрытая теплота плавления;к - концентрация плавящейся фазы;с- теплоемкость нефтепродукта;hх -высота слоя с линейным градиентом температур;Т{- температура нефтепродукта,поступающего иэ смежного танка;ТН,ТК- соответственно, начальная я конечная температуры фазового перевода.

Окончательно получено следуюжее критериальное описание процесса нензотернического стекания рязкой жидкости:

Re

К'-

с начальных условием:

Iz/h при Oszsh ©f при h<zsl

s граничпими условиями:

©(0,Fo) - 0; ßöfl.FoJ/'ez -Bifecc - ©(l.Fo)].

где - угол дифферента;©-безразмерная текпература. .Полученный нами критерий подобия: 1

*7 " П» Й(1 - z)/v(z)]dzdz (3)

0

связывает между собой через зависимость вязкости от температуры температурное поле и поле скоростей в подвижном слое, т.е. нарактериэует ненэотермнчпость стекающего слоя,причем функциональная связь между критериями процесса выражается.с одной стороны.критериальным уравнением.описывающим раснод стекаиия:

а с другой стороны.зависимость!) критерия к7 через температурное поле orr всея прочим критериев.

При отсутствии фаэсгагн превращений в придонном слое(К'=0) получено анаиггическое" реиенне уравнения теплопротодности I.1) с начат.ними и граничными успог-ичми

Ga^n; OQ/CFo - (1/(1+К')]( e*@/dz2)

(1*/-2сДТ пра |© - ©э{ s Д©

0 прн |© - ©э| > Д©

e(z,Fo)■Bi©ocz/'(1+®*)+22eay(-}in2Fo)Knsia . (4)

n-1

где Kn-íiiní+Biaj/^a+Bia+Bi) [ (s¿a цпЬ/Ьц1п2)--cos nnh/(in-(e£/tin)(ccs tin-cos tinh)-

-(BieocS-j'a Мп^Цп2) ] .

При наличия в придонном слое фазовый превращений задача об определении параметра нензотерипчности рекеяа численными кетодакп,а результаты тачпслктелъного эксперимента обобщены с использованием * - теоремы.В результате полного факторного эксперимента для параметра неязотернпчпости получено критериальное ураскенпе:

П-О.ОгОУГо-0 0.407©,^?' О6450Э-О.6О9Ь-О.9550{-О.143 (5)

при мпохестсспнон коэффициента детерминации R » 0,92,общей относптельпой погреинсстп о »13,V/. л критерии Фляера F »0,051. которое описывает дашшй процесс в следуюяин пределен щишене-пая критериев: 3sr-isl260; 3, 5slQ3sx2ál. 09stl06; 8al0~4s*3s4, Sal О-3; 3i!t4ílO,4;O,Bsjt5íl.6;O,14ss6íO.4O;O.O34áít7¿O,21;O.O32s)C0sO,63; 0,33<;*9s0.00; 1. 2íxiqí2 ,2.

Анализ аналитического рекеяпя в полученного критериального уравнения показал сысокуа стационарность неяэотерни-ческого отекания,зависящую,в осповном.от начальный условна процесса.Среднее значение параметра,яарактеризуючего неизо-термкчность потока,составило п -О,1...0,2.т.е. раскод отекания кеггзотерничясксго потока составляет 0, 3 ... 0, 6 от изотерил-ческого раскола,определенного при средневзвеаенной температуре подыгдмого слоя .Установлено, что теппсхэбкен на поееря-

кости стекевхего слоя практически не влияет на обжу» производительность отекания и изменение границы фазового перевода.

Далее рассматривается практическое использование полученный результатов при определении параметров зачистки грузового танка и приводятся аналитические зависимости для определения раскола отекания.продолжктелькости удаления зачнстного остатка и его объема.

В результате выполненный исследований отмечается высокая стационарность неизотермического процесса стекания и незначительное влияние теплового воздействия горячего потока, перепускаемого из смеянын танков.иа разруиенне придонного слоя.В связи с тем,что раснод отекания зачнстного остатка определяется,в основном,температурой нефтепродукта в конце Еыгрузкн и длиной поверкностк отекания,то для снижения объема остатка нефтепродукта рекомендуется раздельная зачистка танков.

Четвертый рлчттгп посвянен разработке математической модели и вариантному моделировании процесса грузобалластнын операций при выгрузке танкера с подогревом (на примере пр.1553,1570).Предложенная математическая модель состоит из ряда подсистем,в том числе:перемевения нефтепродукта через клкнкетную грузовую систему,теплового состояния нефтепродукта в грузовом танке.определения посадки судна.

Система дифференциальным уравнений.описываювш:: процесс перемещения нефтепродукта через клкнкетную систему танке!» при линейной скске перетекания ннеет гл:д

. с!У:/сН - - 0, ¿У./сП * 0^ - 0.. , + 0, ,, с}У '61 - 0. -. - 0. , с1У..Ак - 0, 4 - 0Ь

где Qi.i*i- раснод нефтепродукта через клинхета между смежными танками;QrpQB - соответственно,производительность погрузки и выгрузки;объем нефтепродукта в i-м танке;t- текудее время.

Расход нефтепродукта через клинкет между i - м и i+1 -м танком определяется по уравнения;

Qi.i+i * + i

' гдэ (i - коэффициент раснода через клинкет ;£ - плозддь сечения клжгкета;v - скорость перетекания нефтепродукта через клинкет.

Дифференциальное уравнение теплового баланса i- го грузового танка :

(fcVJdTj/dt - 0,,i - Orí + Otí (7)

где р,с .- плотность,теплоемкость нефтепродукта;Ti- температура нефтепродукта;0[4i- тепловой поток от системы подогрева; Orí~ теплосотерп э охруяаюяую среду;Orí- теплота, вносимая с перете-каюаши нефтепродуктом из скеяпмв таакоэ:

&TÍ.1+1 ■ peQi. i-n^Ti , i + 1 . где i +1 - разность температур смемнваюзшнся нефтепродуктов.

В конкретном случае,с учетом спемы перетекания и направлением переноса теплоты ,учитываются граничные условия на перзборкая между рассматриваемым танком и смежным с шт.

Анализ результатов моделирования показал,что скорость изменения объемов в грузотен танкая - величина практически постояяная.размеры переборочной клпнжетоэ на сунествуюяпа нефтеналивным судан обладают больной пропускной способностью в па оказывают влияния на процесс поремеаеяия нефтепродукта в корпусе судна при груэовыя операвдипх.о тем se говорит факт одинаковой посадки судна к моменту окончания грузоалЕ операций

.ногтя в начальные сареода громеяа посадка судна определяется проазэодзтеяьвостм» грузами к балластнын опорацпй.

Установлено тех во .что тепловая инерцяояпсстъ масса нефтепродукта становится соизмеряла с янтеггсяааосты) вааог-рева срв наличия в танкере приблизительно 0.25 ... 0,3 от обдего количества груза.при этон наблюдается интенсивное увелячеаае температур! груза.

Дяшй_ваэД£Д сосвжен разработке рациональны» тешюдо-гичосккз режимов работа оборудования спвцаалышн систем танкера. Отмечено, что выбор и пазначениэ рациональный текнологи- ' ческид режимов работы оборудования специальный систем танхо-ра зависит от параметров.вмаг здпт стовастпчаский характер,поэтому нельзя дать одыозначзъга рекомендаций со технологии подогрева и ведению грузошя операций. Етгкствениыа рэвеннеи данной проблемы может Сыть разработка и "созданию АСУ ТП.которая должка представлять возможности для рекеаня задач идентификации'параметров,прогнозирования в оптимального управления теннологичеектш процессами;сформулированы основные этапы решения данный задач.

Далее рассмотрена задача оптимизации режима предварительного подогрева и нормирования расхода топлива на данную текнологическую операция,эаключаяжаяся в минимизации функционала

Ч

в,»|вкуё1 —> Ып , (8)

О 1

где - продолжительность рейса;Вку - часовой раснод топлива котельной установкой.

Предложен алгоритм численного реиезния данной задачи :: прпмэдятся результаты расчетов, которые («ли положен р ссно-

су разработки "Норм распода топлива ка подогрев для нефтвру-довзэов пр. 1553.1570,работахииш в зкмпин условиян".Огеечавтся. что используя предлохеинуи катеиатичэсгую модель возйояно определение требуемой теплопрснзводнтельностн котельной установки методами статистически» испытаний по заданной целевой функшп!.

Далее излагается нетодтжа зхсперимеятальЕО - расчетного способа определения параметров сястскп подогрева котоданп параметрп-чвекой пдяятпфпкашш дагагпх пассивного эксперимента нп класса дпнгйпш; систем я разу ль тати натуршн непктаннй сгсте!« подогрева.Полупепы уравнения для определения когффи-цпептоа теплопередачи и теплового потека от свстткая подогрева:

г.озффнцагигг теплопередача при подогреве :

k-iac/AtZFjtZiKkJ-^^CkJlEtKk+D-Kk)]-- HEiT<k)-Tocp(k)]E[T(k+l)-T(k)]]/'

/[(Ец(к)- Tocp(k)i)2 - кЕгг(к)-тоср(к)]г]

тепловой поток от система norчгрева:

(9)

СИвс/Нл1) [StT(k+l)-T(k)]+

+(kAt!Z<Fi/*c)2j[T(k)-TOCp(k)] ]

коэффиппепт теплопередачи при остывании без подогрева:

k.-(8c/AtEF1)[E[T(k+l)-T(k)]]/[SlT(k)-Tü,.p(k)]]

гдй я.с - насса.топяоеикость нефтепродукта;!

средняя

температура се-фтепродултл а грумовом танке :Т,,со - средней*-

-тетрадьнов значение температуры охружаюдей среды;Р1 - площадь 1- й повернноств теплообнена; Т-, - температура 3-й окружающей среды; Н-число замеров;д1-пераод квантования измеряемый величин.

Возможность применения предложенного алгоритма идентификации подтверждена тестированием с имитацией «умов по измеряемым параметрам.Установлено.что в связи с высокой тепловой инерционности сам объема груза является фильтром высокочастотной составляющей внежвего возмущения.

Сравнение результатов натурный испытаний системы подогрева , проведенный на т/н "Нефтерудовоз-8М" в апреле-мае 1991 г.. с рассчитаными по предложенной методике,показало целесообразность ее использования для эксплуатационной оценки теплового потока я среднеинтегрального коэффициента теплопередачи.Отмочено, что используя предложенную методику.возможно определить КПД системы подогрева.

Автор предлагает использовать данную математическую модель и алгоритм идентификации в контуран адаптации АСУ ТП.

Следующим этапом исследования оптимальных тенноЛоги-ческия режимов транспортирования нефтепродуктов было выявление закономерностей к соотножений между производитель-постью выгрузки.количеством нефтепродукта и интенсивностью подогрева.Установлено наличие оптимума.при котором система подогрева работает в режиме компенсации теплошн потерь.причем требуемый тепловой поток может составлять до 60* номинальной теплопроизводительности котельной установки. .

Изменение средней температуры нефтепродукта ъ течении гиыгрузки описывается зависимостью:

Т - (1 - р)Уа + р (Ю),

где Т, V - относительные температура а количество груза; а.р -коэффициенты.определяемые по уравнениям:

а» /рсОНу ; р-^+Ек^Т.^/Ек^ ; где 0ну- средняя производительность выгрузки,

В результате расчетов а глалптичеехпн ясследова'^ий установлено, что производительность хзш-рузки в меньжей степени влияет на температуру нефтепродукта з хонде Еыгрузкп.чем интенсивность подогрева.

Обобщение результов исследований позволено сделать т-вод.что теннологичеекпе процесса? подогрева и перемещения нефтепродукта в тгнкерая с достаточней для практпхи точностью описываются игае приведенными математическими меделяил,котог«е относятся к классу стонастпческия моделей с параметрической неопределенность!!,Еознпхахзяей в силу того,что не все параметра теннологяческнн процессов поддается непосредственному пзмере-нив.Поэтому предложено при разработке АСУ ТП для получения недостаюкей информации использовать метод идентификации параметров на основе анализа динамически» нарактеристик системы. Это позволяет получать более достоверную информацию о текучим параметра« процесса для копкретнын условии эксплуатации н создавать АСУ ТП как адаптивную систему управления.

В соответствии с сформулированными задачами разработана методика оптимизации параметров теннологнческого процесса транспортирования вязким нефтепродуктов, представленного в ваде следуюжин теннологнческия . операций:предварительного подогрева.выгрузки с подогревом а зачистки.которая заключается в следующем.

Определяется объем допустимого остатка нефтепродукта гз условия полного использования средств зачистки я соствет-

стзувжая этому условий требуемая температура на ысмевт начала зачистки. при которой лпптЛ объем достигается. Удельный раснод стекалия при этом :

Ч г Озач^

Средняя высота слоя остатка определяется со формула:

^„»СОу'/дч/П)1'3 • (И)

где П - параметр иеизотеркичности стекания;** - вязкость нефтепродукта при средневзвешенной температуре подвижного слоя.

Методами последовательные приближений определяется температура иа позераноста подвакиого слоя Тп при которой обадй

объем зачпстного остатка будет не Солыве допустимого и проверяется достаточность температуры Тцог па качало выгрузки согласно договора,чтобы получить требуемуа температуру Тп к

моменту начала зачистка:

Т„в-Тп/[(1 - Р)У0СТ" + р] (12)

где Уост - относительный объем зачистного остатка; а , р -коэффициенты,определяемые по уравнениям:

а " ¿/РсКтОа , Р = (Он 1 )/ТаогЕк1Г1.

В соответствии с полученной температурой Тнв- определяем

тепловой поток от системы подогрева для компенсации тепловик потерь и коэффициент загрузки котельной установки Кор1:

Он ' 1к1Г1(ТНБ-Тр; Кор, - а/Оку (13) Определяется режим работы котельной установки яри предварительном плдогрзье.сркчак температура в конца рейса принимается из услоьгл:

ТН1) •» л&&"{Тно ;Тдог

} (Ю

Послэ определения оспазиш! параметров теякологичесиого цикла выполняется расчет его общей продолжительности.раснсд топлкг-а и экономические.показателя.

В сжояч&шт раздала отмечены классы возможной рэаляза-шш АСУ ТП а требования к нн функциям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ШВОДЫ

В результате выполненных экспериментальная и теоретическая исследований нами разработаны методы н математические модели, позволяюяие адекватно оценнвать и определять параметра тепло-массообменкыл я гпдродинамлчесхпн процессов, прояспод.'гкнн во время технологического процесса транспортирования выссховязкия иефтей и нефтепродуктов.В пн числе:математическая модель образования дсггныя отлохений.кензотермдческого отекания вязкой аидхости, обобщенная модель совместной работы спецяалыын систем танкера при транспортировании и грузобалластныа опера-циян, программа динамической оптимизация процесса предваря-тельного подогрева,метод идентификация параметров системы подогрева.

Предложена концепция построения АСУ ТАНКЕР в виде адаптивной системы управ летая, которая позволяет оптимизировать технологический процесс транспортирования нефтепродуктов на основе прогноза состояния системы но оценкам текуаия параметров с использованием разработанных метода идентификации и алгоритма оптимизация параметров данного теннолагичосхого процесса.

Разработанная математическая модель грузебалластный опа-рацкй позволяет развить ее применение в следуюаян направлекяяа

1. Тегтико-эковомическоа обоснование аофтедвровезак.в том числе и разработка различного рола нормативная докуиен-

теэ.

2. Использовании в лачостве математического обеспечения а АСУ теапологическими процессами п специальным оборудованием пефтеналаввыз судсь.

3. Использование я проектной деятельности для опткмтаа-изн параметров специального оборудования кефтеналиввын судов.

4. Нспользоа&ккэ в качестве! имитаЕзо^ааг модели при трьнааерной подготовке социалистов нефтефязта.

Из сскоа&кпи проведезпаз! в диссертационной работе тео-ротичзеквк и згсперапеггталыгин исследований сделзки следуэ-ще вывода:

1. При прсактирокааки и аксплуатахшн .нефтеналивггж судов требуется согласование параиегров и режимов работа специальная к обаесулсшя сагтев;раэра&>тшииа катенатичаскна модели поэвэдглзт решить эти силача.

2. Подогроз нефтепродукта с кахсиаальиой тггенсивисстьг ввода теплоты в конце рейса приводит каг. к сшасашш энергозатрат, так и к уиеньканию оба&то обьеиа дсннын отложений.образующийся вследствие седикенташш взвеиеннын частиц.

3. Неизотерннческий процесс стшшшя зачкстиого остатка от.шгчается высокой стационарностью,пркчом горячий нефтепродукт, перепускаемый из смежный танков,оказывает незначительное тепловое . воздействие кг» разруаеггаз придонного слоя; раснод стекав;:« составляет С . 3... С. $ от нзотеркнческо-гс. определенного, при средазвэвеаашгой таггязрату^е подвижного слоя.

4. Нлиболге вф'фактквна раздельная гачистлг; груговыгг танков.совмеиеннак с еыгрузиой;с увеличением обаяй длимы поверхности стекания объем "мертвого" остатка увеличивается.

5 Переборочные кликкеты на существующий речнын нефте-

наливкын судан обладают зааженной пропускной способностью и на оказывают существенного влияния на процесс перемещения нефтепродукта в корпусе судна в коде груэобалластный операций при существующей интенсивности груэообрабокв.

6. Начальное распределение температуры нефтепродукта по грузовым танкам практически не сказывает влияния на температуру нефтепродукта в конце кд-рузки,которая выравнивается при одинаковой интенсивности подогрева;тепловая инерционность массы нефтепродукта становится соизмеримой с интенсивностью подогрева при наличии в танкере 0,25...0,3 от общего количества груза.

7. Интенсивность ступенчатого подогрева при выгрузка долиепа стт&тъся от талка, где установлены приемки*н груэо-иыя касосов к наиболее удаленному танку с дальнейшим перераспределением п каравниманием плотности теплового потока но всем танкам.

8. Наиболее эффективный реяим работы системы подогрева при выгрузке - режим компенсации тепловыя потерь,причем температура в начале жгрузхя должна соответствовать оптимальной температуре нефтепродукта в конце зачистки,определяемой из условия допустимого 'мертвого' остатка.

9. Эксплуатационная оценка параметров системы подогрева возможна методами параметрической идентификации дияаюпеския нарактеристик системы на классе линайныя моделей без предварительной фильтрация данный;точность оценок наводится а преде лая точности итатнын средств измерения.

10. Использовнив предложенные алгоритмов в методик иап-fonce эффективно при разработки я внедрении АСУ спеспапьяымп системами тгикеров.

Основное содержание диссертации опубликовано в следута-ив рабг/гав автора:

1. Моделирование поремежения нефтепродукта через клин-кетну» систему при погруэко танкера. - Тр./ГИЕВТ. 1957. вып.227. с.126 - 1Э9.

2. Идентификация параметров системы подогрева: Материл-т научлс.>-практической конференции,посвяженной 1С0-лепао Волжского парсиодства. - Ни*. Новгород, ВГАВТ. 1994. с.60 - 8

3. Оптимизация параметров технологического процесса транспортирования иысоковязкии нефтепродуктов: Материалы научно-практической конференции.пссвяженной lSO-лотню Волжского пароводствл. - Ним. Новгород. ВГАВТ, 1994, с.85 - 89.

4. К ~ нормированию расколе топлива на предварителыый подогрев нефтепродуктов в танкерая: Н&териалы научно-практической конференции.посвяженной 150-детшо Волжского паро-нодства. - Ним. Новгород, BijABT. 1994. с.89 - 92.