автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Обоснование оптимальных остатков и температуры подогрева вязких нефтепродуктов в наливных судах

РГ6 од

Министерство транспорта РФ 1 с] ДПР .л" Департамент речного транспорта

Нижегородский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров водного транспорта

На правах рукописи УДК 629.123.56

ВЕСЕЛО В А Ю'лия Геннадьевна

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДОГРЕВА ВЯЗКИХ НЕФТЕГРУЗОВ В НАЛИВНЫХ СУДАХ

Специальность 05.22.19 — эксплуатация водного транспорта

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Н. Новгород 1993

Работа выполнена в институте инженеров водного транспорта г. Нижнего Новгорода.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор В. А. Кутыркин.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. П. Зачесов; кандидат технических наук Ю. И. Платов.

Ведущее предприятие — пароходство «Волготанкер». J

Защита диссертации состоится «. ж » О/ПрМ*? 1993 г.

в 4У часов на заседании специализированного совета Д 116.03.01 в институте инженеров водного транспорта г. Нижнего Новгорода (603600, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, д. 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Ученый се специализирова: доцент, кандидат

Китов

Тип. ГИИВТа, 1993 г., зак. 83, тир. 60. Объем 1 п. л.

ОК;ДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблеми. Почти ВО;* всех речных нсотепере-возск п России выполняет крупнейшее специализированное наливное пароходство "Волготанкер" в Волжско-Камском бассойна и в направлении портов Балтийского, Белого, КаопнПского, Средиземного и Черного морей. В последило годи в пароходства наметилась устойчивая тенденция роста простоев нефтефлота в пунктах обработки, продолжительность которых составляет почти <10-50$ всего эксплуатационного времени, что явилось отчасти следствием значительного развития .морских перевозок вязких нефтегрузов в зимних условиях, объем.которых в 1392 г. достиг 3 млн.т. Транспортировка вязких нефтегрузов в условиях ниекоЯ температуры затрудняет тшгрузку их из налилнпх судов, особенно на заверпавдем этапе - при зачистке, которая требует значительных затрат времени и средств.

Остатки газуто в отдельных судах в условиях зимних морских перевозок достигают 200 т, это значительно пище супэст-вугоэдх норм ГОСТа 1510-04.

Исследования известних ученых в области речного транспорта и выгрузки нефтепродуктов: Г.И.Ваганова, В.II.Зачесора, А.Д.Краснощекова, В.А.Кутиркина, А.Г.Малшкина, В.П.Миронова, Ю.И.Платова, Я.Л.Рабея, Л.М.Рыжова и др. посвяцени, в основном, оптимизации параметров транспортного наливного флота, технических средств вигрузки л оптимального их использования для средних.навигационных условий. Па наш взгляд, некоторое повышение интенсивности и экономичности нефтеперевозок в пароходстве возможно за счет оптимизации процессов подогрева, выгрузки еязких нефтепродуктов и зачистки судов от остатков

{

нефтегруза, удольныИ вес этих операций составляет около 50$ эксплуатационного времени. С этими процессами тесно связаны задачи обоснования оптимальной величины "мертвого" остатка груза поело зачистки и температуры его подогрева. Снкяение "мертвого" остатка ведет, о одной сторош, к увеличению за-•грузки судна, так как возрастает масса перевозимого груза,но, с другой, сопровождается дополнительными затратами на подогрев и потерями времени на уменьшение остатка _ нефтегруза в судне. Существующие нормы остатков еысоковязких нефтегрузов в судах в соответствии с ГОСТ 1510-84 не учитывают типа флота и конкретных, особенно зимних, условий перевозок. Рационализация грузовых работ, связанная с определением оптимальной температуры подогрева и остатка нефтегруза в судах, будет способствовать повышению экономичности нефтеперевозок.

Цель реферируемой работы - повышение экономичности неф-теперепозок, оообенно высоковязких нефтегрузов в условиях пониженной температуры окружающей среди на основе определения оптимальных остатков и температур подогрева нефтепродуктов в наливных судах.

В диссертаций рассмотрены следующие вопросы: проведен анализ состояния нефяеперевозок и использования нефгефлота в пароходстве "Волготанкер";

исследована и установлена зависимость влияния конкретных условий перевозок на величину остатка нефтегруза в наливных судах;

обоснованы оптимальные размеры остатка мазута в наливных судах и оптимальные температуры подогрева;

даны конкретные рекомендации по размерам оптимальных'остатков нефтегруза а зайисимоети от условий эксплуатации на-

ллв1шх 'судов.

Предмет и методы исследования. В соответствии с целью работы и решаемыми задача'.!!: объектом исследования явился нефтеналивной флот, для которого прорабатывались поставленные в диссертации задачи. В процессе исследования использовались матом математического анализа и статистики.

Научная новизна работы состоит в:

обобщении и уточнении имеющихся зависимостей, отражающих (физические процессы подогрева и отекания нефтепродуктов;

построении алгоритш решения згиачи л разработке экономико-математических моделей обоснования величины остатка и температур!) подогрева вязких нефтегрузов для конкретных судов в зависимости от условий эксплуатации;

создании аналитических аппроксимированных зависимостей для инженерных расчетов.

Практическая ценность исследований выразилась з разработке котодним и течете конкретных норм подогрева п величины остатка цефтегруза как функции типа судна, физических свойств нефтепродукта,■температуры окрунающэй среди к длительности рейса. Ожидаемый э^ект'ог внедрения- выполненных исследований составит в соответствии с актом внедрения 1,0 млн.руб. (Цены 1392 г.).

Апробация работы. Результаты исследований по определению оптккальных остатков одобрены в пароходстве "Волготан-кер", принята к использованию инструкция по определению размеров оптимальных остатков в танкерах,и баржах.

Публикации. Основные положения диссертационно/! работы изложены в трех печатных работах автора.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения, списка литератури к приложении, общим объемом 123 с.

\ ' ОСВОШЕС ЮДОШИЯ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, цели и задачи выполненных исследований по рационализации обработки не<.[тефлота V пунктах выгрузи: для иовшонил эффективности иефтеперевозок и пароходстве.

В первой главе проводе!! анализ современного состояния понтонеровозок в Волжско41ш.:скоы ОассеГ.но, основных тенденций ¡«гвптия нефтефдота и перевозок небтегрузов,, интенсивности использования нефтефлота за период с 1270 по 1990 годы а пароходстве "Ъолготанкер", особенностей транспортировки, выгрузки вязких кефтегрузов и зачистки наливных судов. Наиболее трудоемко!! операцией'при выгрузке вязких кефт'Лиюдуктов из наливных судов является зачистка, которая приобретал особое значение при низкой температуре окружая^'* среда. Прояла всего речь идет о таких высоковязкпх яефтегрузах как мазут, температура застывания некоторых мара: которого составляет +2й°0. Сокращение времени разгрузки и зачистки наливных судов за очет увеличения производительности насосов или разогрева груза до высоких температур не даог значительного-сс!&екта. Большие скорости всасывания нефтепродукта грузовыми насосали приводят к тому, что у приемников трубопроводов образуется воронка, через которую, вместе с нефтопрэцуктол попадает воз-/!УХ, что приводит к резня;.;у сипксни» производительности выгрузки. Стремление выгрузить нефтепродукт из судов с мкни-гздышм остатксм Не всегда экономически цеЛгесюЗразко, не

только в условиях низкой температура, но и в летний период навигации из-за резкого падения производительности зачистки в значительного увеличения простоев судна. В наотоящео время плановые нормы остатка нефтегруза в наливных судах согласно ГОСТ 1510-04 дани без учета конкретных условий перевозок в процентах'от грузоподъемности судна (не более 2%).

Вопросу подогрева нефтзгруэов и достпяеняя оптималышх температур при выгрузка с учетом типов судов и температуры окруиагацеП среди наиболее полно наследовались в труда:: В.Л. Кутыркина, В.П.Миронова и А.З.Щербакова. Во всех указанных работах обоснованна температура предварительного подогрева п зыгрузки нефтепродукта велось по минимуму приведенных затрат из условия обеспечения плановых "мертвых" остатков, устанавливаемых ГОСТом 1510-04. •

Во второй главе обоснован критерий определения оптимального размера остатка нефтегруза в наливных судах и температуры его, подогрева.

Экономико-математическая модель для определения велпчипи оптимального остатка нефтегруза я температуры подогрева определяется при рыночных отношениях из условия получения максимальной прибили оудпом за навигации

П*1 ¿14 (% -(р;)-(ЭР1 +ЕрКТн~*Тр1) — шах Ю

где - доходная ставка от паровозах нефтепродуктов,

руб/ткм;

- расстояние перевозок, км;

- количество перевозимого нефтепродукта в судне п I -ом рейсе, т;

- величина остатка груза в судне, т; П - число рейсов за навигацию; 3Р[ - расходы по судну за ¿' -й рейс, руб; /С - балансовая стоимость судна, руб; Тн - продолжительность навигации, сут; ТР{ - продолжительность < -го рейса,, оуг; Ер ш 0,15 - коэффициент, обеспечивающий рентабельность

перевозок не менее 10$. Большая часть величин, входящих в состав (I), являются зависимыми друг от друга, функциональные связи обусловлены экономическими и физическими факторами. Так, расхода по оудну за рейс определяются по выражению

= СЛН * Сст(ТШ1 * Тлш *Тг.а ♦ тшн;) +

1 Д + (2)

где О, Сап - средняя себестоимость содержания судна соответственно в ходу и на стоянке, руб/сут; Тх1 - время хода за I -й рейс, сут; Тщг; ,Ъг; Чщ- соответственно время погрузки, выгрузки и зачистки судна от остатков нефтегру-эа, сут;

Хха^тиг время на технические и технологические операции в пунктах погрузки и выгрузки, суг; йр - стоимость топлива для получения единицы тепла,. подведенного к нефтепродукту, руб/кЕт-сут; /Уг - мощность котлоагрегата, кВт;

Т^щ - время на предварительный подогрев нефтепродукта во время рейса. Время зачиотки наливных оудов от остатков вязких нефтепродуктов определяется временем работы - зачиотных насосов и временем отекания остатков нефтогруза (слоя высотой Ь )

] Уст •Ьн

где V - объем олоя нефтепродукта высотой {) , м3;

Ост- производительность отекания нефтепродукта, м3/с{ ■Ьн - начальная высота слоя отекающего нефтепродукта,м. Для оудов с одинарным днищем производительность отекания

в м3/о определяется по эмпирической формуле

1 " 5 6 ( )

для оудов с двойным днищем

(О

где б - ширина фронта отекания, м;

У - кинематическая вязкость нефтепродукта, м2/с; Ьр - высота установки подогревателей, м; { - уклон плоскости днища, рад; У - скорость отекания нефтепродукта, м/о; ¿/,о( - эмпирические коэффициенты, зависящие от температуры нефтегруза ¿ и температуры окружающей среды 1ок ; р - плотность нефтепродукта, т/м3;

/. - длит танков, ы{ I^ - остаток нефтегруза, т;

ЪАЛЪ независимые безразмерные критерии, характеризующие лроцэоо. Определяются в зависимости от свойотв нефтегруза. Неоднозначно влияет на экономические результаты и температура подогрева нефтепродукта в судне. Чем она выше, том больше производительность грузовых насосов и благоприятнее условия отекания остатков, т.е. тем меньше затрат щ разгрузку судна. Но одновременно возрастают затрат на топливо для подогрева, для несамоходного флота и расхода, связанные о предвариельным подогревом на рейде, т.е. с дополнительными простоями. '

Очевидно, оптимальная.температура подогрева вязких неф-тегрузов в судах также должна обеспечивать получение максимальной прибыли. Время предварительного подогрева и температуру начала подогрева, необходимые для достижения определенной температуры нафтегруэа в тилкерах при окончании рейса можно определить путем совместного решения уравнений,характеризующих процессы остывания и подогрева

Г - Рп

Ш

Тр = Тост-Тп

(6)

где %xni,'tnTp- продолжительность соответственно остывания и подогрева нефтепродукта и всего рейса, ч;

С - теплоемкость нефтепродукта, Дя/кг-град;

F¿ - площадь i -й поверхности охлаждения, м2;

. Ж; - коэффициент? теплопередачи от нефтепродукта чероэ i -ю поверхность охлалдешш d окружающую ореду, Вт/м2; tn,tpt tk~ температура неФтегруза соответственно

при погрузке (начальная), остывания я конечная после подогрева, °С. В работе прэдотавлегш алгоритм и программа решения еноте мы уравнений (б), где неизвестными являются Тп> Тост и одна из температур - tK или tos (два варианта). Расчеты,выполненные на ПЭВМ, позволяют определить все параметры процео-са (рио.1).

В третьей глава разработана экономико-математическая модель расчета оптимальной величины остатка мазута в танкерах и приведен алгоритм ее решения. Он включает три основных этапа: расчет температур предварительного подогрева и выгрузки; расчет производительности и времени отекания остатков мазута в зависимости от типа судна;

• определение оптимальных размеров остатка мазута и температуры выгрузки по выбранному критерии.

Для определения максимума функции цели необходимо все переменные, входящие в выражение (I), выразить аналитически в зависимости от температуры нефтепродукта и его остатка в судне

лшле/7 грузоподъемностью 4в00т Hecpmeptjdoêai грцъоподъшастью 2?00т

Put i. Номограмма для определения бремт препВарит&ьнсго поЗогрвёа мазута пршТС

sV,-

— тах (?)

Время предцаритольного подогрева нефтегруза определялось по рекомендациям действующ РТМ, а время выгрузки находилось по формуле

ъ (8)

где Л - высота слоя остатка нефтегруза ^ тонн, м;

- фактическая сродняя подача, разйтгзегмдя насосами при выгрузке нефтепродукт» данно!» вязкости при работе без "прохвата" и подсоса воздуха, ,м3/с;

Ц - коэффициент расхода, зависясц'-Я от чкс-са Рейнольд-са.

Для определения времени зачистки предлагается следующая

■ I

формула

т

7 Ь.т'1.1 . ^

зьоор /? О злч

. Производительность стзкания Ост определяется по выражениям ( 4 ) и ( 5 ). Ограничения модели:,

1) (ю)

2) (^нп- ¿к) ^^

ЛИ,- ПЬ

^»'Г

3) условие подвижности слоя нефтегруза

4) условие работы грузовых насосов

% >(18+г) 10* «««/с

и 4 60

По разработанному алгоритму проводились исследования влияния различных факторов на величину оптимального оотатка мазута и тешерагуру подогрев? для нефтерудовозов грузоподъемностью 27001 т и танкеров грузоподъемностью 4800 т при эксплуатации их на линиях различной протяженности. Расчеты показали, что величина оптимальной температуры внгрузки мазута из самоходных наливных судов находится в диапазоне 49-52°С. В общем плане рис.2 оптимальный остаток снижаетоя при росте температуры окружающей среды (дешевле греть до высоких температур) и при увеличении дальности перевозок (выгоднее тщательнее зачистить судно). Для танкеров, имевших второе дно и вторые борта, во всех условиях перевозок остаток удовлетворяет ГОСТ 1510-04, Для нефтерудовозов, где условия подогрева менее благоприятны, имеется большая область эксплуатационных условий (низкие температуры окружающей среды), для которых надо либо пересматривать ГОСТ, либо работать на низкоэффективных режимах.

Предлагаемые графические зависимости для простоты их определения в оперативных условиях можно аппроксимировать эк-дпонещиальной зависимостью, имеющей вид

п - ГА/ 1

(72) (13)

•К

Л №

\

оспШюи т ГОСТ /для таикеро!

(х/патокло ГОСГ / "¿ля нврюгруЗадоя^

2.0 [Лшгратурй , ахающей ср^ы'С ■

— танкер грузоподъемностью 4300т

— несртерудоНаз грцгоподытаспж ¿700т

Рас.2.3а$исц(>1ос{т опташьнога остатка мазутц от температуры окружающей среды яри . различных ■ расстоянию перевозок

1Ъ

где Ь0 - коэффициент, зависящий от типа судна;

^ - коэффициент, зависящий от расстояния перевозок; ^ - остаток нефтегруза в судне при 0°С, т.

. В четвертой главе рассмотрены особенности алгоритма и экономико-математической модели обоснования оптимальной температуры подогрева и величины оотатка мазута в налишшх баржах. Технология их выгрузки и зачистки существенно отличается от технологии выгрузки и зачистки танкеров вследствие конструктивных особенностей, отсутствия специального оборудования и т.д. В отличие от танкеров баржи разгружаются с креном, в основном на левый борт, и с небольшим дифферентом на корму.

.Выгрузка и зачиотка нефтеналивных барж, не имеодих собственных технических средств выгрузки и зачиотки, производится нефтеперекачивающими станциями, что требует учитывать дополнительные затраты по содержанию в пунктах выгрузки НПО при определении раоходов но выгрузке и зачистке барж. При определении времени движения соотавов необходимо учитывать, что остаток нефтегруза в баржах ^ тонн увеличивает осадку порожней баржи на величину лТ и, следовательно, в отличие от танкеров, следующих в балласте, возрастает сопротивление движению баржи дК и онижается скорость движения состава, возрастают затраты по транспортировке.

№

где 2 - приведенное сопротивление на I см осадки; с( - количество тонн на I см осадки, т/см.

Вследствие отсутствия па барках собственных источников теплота, время остывания нефтегруза Тост и температура неф-

и

тегруза ¿к в конца рейса определяются продолжительностью ходового времени.

Результаты выполненных расчетов по. определению оптимальных размеров остатков мазута в несамоходных наливных баржах грузоподъемность» 9200 т показывают (рис.3), что с повышением температуры окружающей среды от 0 до 15°С размер оптимального остатка мазута в барках существенно снижается, дальнейший же рост температуры практически не оказывает влияние на величину остатка мазута. Полученные графические зависимости такие аппроксимировалась на ПЭВМ аналогично (14).

В заключении по результатам выполненных исследований сформулированы ооновные вывода:

1. Проанализированы основные тенденции развития нефте-перевозок в крупнейшем специализированном пароходотве "Вол-готанкер", проведен анализ использования флота.

2. Проанализированы основные особенности перевозок высоковязких нефтегрузов в наливных судах различной конструкции, особенности их зачистки от остатков нефтегруза.

3. Обоонован и принят экономический критерий для оценки влияния величины остатка иефтегруза на конечный результат эксплуатации наливных судов, учитывающий характеристики высоковязких нефтегрузов, особенности их перевозки, выгрузки и зачистки.

4. Разработаны алгоритм и экономико-математическая модель расчета величины оптимального размера остатка иефтегруза в танке'рах и наливных баржах и выбора оптимальных температур подогрева вязких нефтепродуктов в различных условиях

Рис.5. Зависимость оптимального размера

остатка мазута fan бара грузоподъ*-Ностью Ç2Q0m фи различных расстояниях перевозок

перевозок.

5. Рекомендованы нормы остатка мазута для нефтеналивных судов пароходства "Волготашсер" в зависимости от условий их эксплуатации.

Результаты исследования опубликованы в работах автора:

1. Беселова Ю.Г. К вопросу оценки выполнения судового плана при оперативном диспетчерском регулировании режима движения судов. Труды Г/'.ЗТа. - 1592.- Вып.263. - С.32-3-1.

2. Зеселова В.Г. О совершенствовании производственного показателя судового плана танкеров в пароходство "Волготан-•кер". Труды Гг'./БТа. - 1592.- Вып. 2(33.- С.ЗиЗо.

3: Взселоза Ю.Г. ..!етод;!ческ:н; рекомендация по .обссноза-шш остатка нефтепродукта гз танкерах. Труды Г,Г.ЗЗТа.- 1992. -Вып.255. - С.ЗС-12.

Подготовлена к издач'ю статья:

Беселсза В.Г. Экономико-математическая кодель определения размера оптимального остатка мазута в наливных судах.