Magazynowanie i transport
ropy – projekt I
GiG, III rok
Magazynowanie i transport
ropy – projekt I
GiG, III rok
Magazynowanie ropy naftowej
Temat:
Określenie podstawowych parametrów
wytrzymałościowych zbiornika oraz
parametrów technologicznych
procesu ogrzewania ropy naftowej
Problemy eksploatacyjne zbiorników na paliwa płynne i ropę
naftową:
• zagrożenie pożarowe;
• tworzenie się mieszanek wybuchowych;
• elektryzacja;
• działanie toksyczne;
• straty magazynowe: nasycenie powietrza znajdującego się ponad
zwierciadłem cieczy podczas napełniania zbiornika, duży oddech
i mały oddech zbiornika;
• tworzenie się osadów stałych i korozja.
Wybór typu zbiornika determinują
dwa zasadnicze czynniki:
- ekonomika magazynowania-
minimalizacja strat przy określonej
częstotliwości napełniania i
opróżniania zbiornika;
- ekonomika budowy zbiornika –
uzyskanie określonej pojemności
magazynowej przy minimum
nakładów inwestycyjnych.
Konstrukcje
zbiorników
na paliwa ciekła
Specyfika montażu zbiorników:
- powłokę zbiornika należy wykonać z minimalnymi
odchyleniami od geometrycznie dokładnego kształtu –
odchylenia szczególnie niebezpieczne dla zbiorników z
dachami pływającymi;
- montaż wymaga dużej liczby spoin, należy unikać
naprężeń spawalniczych;
- scalanie blach powłoki odbywa się zwykle na dużych
wysokościach, co wymaga rusztowań;
- powłoka zbiornika w czasie montażu jest mało odporna
na obciążenia wiatrem stąd konieczność dodatkowych
zabezpieczeń.
Metody scalania i spawania konstrukcji zbiornika
a)arkuszowa – w całości na miejscu budowy;
b)rulonowa –częściowa lub całkowita prefabrykacja pobocznicy
zbiornika w wytwórni (obj. 10 000m
3
- 2 rulony),
c)podbudowy pierścieni,
d)Śrubowa.
Metoda arkuszowa
Kolejność spawania dna
zbiornika metodą arkuszową
Magazynowanie ropy naftowej
Plan projektu:
1. Określenie objętości zbiornika oraz wymiennika ciepła;
2. Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego;
3. Określenie objętości oraz masy ogrzewanej ropy naftowej;
4. Obliczenie ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do określonej
temperatury;
5. Obliczenie ilości ciepła straconego przez ochładzanie zbiornika;
6. Obliczenie całkowitej ilości ciepła, jaką należy doprowadzić do zbiornika;
7. Określenie wymaganego czasu grzania ropy aby ją podgrzać z
temperatury T
p
do temperatury T
k
.
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie objętości zbiornika oraz wymiennika ciepła
-
Objętość zbiornika:
-
Objętość wymiennika ciepła (wężownica):
]
[
3
m
H
P
V
z
p
z
]
[
3
m
H
P
V
w
p
w
Podczas procedury doboru grubości ścianki zbiornika należy wziąć pod
uwagę ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy znajdującej się w magazynie.
Analizując rozkład naprężeń wywołanych powyższym ciśnieniem można
stwierdzić, że grubość ścianki nie będzie stała, lecz będzie się zmieniać w
zależności od wielkość ciśnienia słupa cieczy w danym segmencie zbiornika .
Określenie grubości ścianki zbiornika
magazynowego
Znana jest dopuszczalna wartość naprężeń wywołanych ciśnieniem hydrostatycznym
magazynowanego medium (ropa naftowa) - ;
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Należy określić wielkość grubości ścianki pierwszego segmentu zbiornika biorąc pod uwagę
podstawowe wymiary zbiornika oraz naprężenia dopuszczalne;
Gdzie:
t
1
- grubość ścianki pierwszego segmentu zbiornika magazynowego [mm];
D - nominalna średnica zbiornika [m];
H - zakładana wysokość ścian zbiornika [m];
σ
h
- dopuszczalne naprężenie wywołane ciśnieniem hydrostatycznym
magazynowanego medium [MPa];
mm
H
D
H
H
D
t
h
h
9
,
4
0696
,
0
06
,
1
1
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Obliczyć wartość ilorazu:
Gdzie:
t
1
- grubość ścianki pierwszego segmentu zbiornika magazynowego [mm];
r - promień zbiornika [mm];
h
1
- wysokość pojedynczego segmentu ściany zbiornika [mm];
1
1
t
r
h
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Jeżeli:
1.
2.
3.
Gdzie:
t
2
- grubość ścianki drugiego segmentu zbiornika magazynowego [mm];
t
n
- grubość ścianki n- tego segmentu zbiornika magazynowego [mm];
1
2
1
1
375
,
1
t
t
t
r
h
n
t
t
t
r
h
2
1
1
625
,
2
1
1
1
2
1
1
25
,
1
1
,
2
625
,
2
375
,
1
t
r
h
t
t
t
t
t
r
h
n
n
Dla segmentu trzeciego i wyżej można przyjmować grubość blachy = t
n
, bez
konieczności sprawdzania powyższego warunku.
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Obliczenia grubości ścianki dla n – segmentów zbiornika magazynowego:
Gdzie:
n –numer kolejnego segmentu ściany zbiornika magazynowego;
x – minimalna wartość parametru wyznaczona na podstawie równań:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
1
2
1000
h
n
H
C
x
1
1
320
61
,
0
h
n
H
C
t
r
x
u
u
t
r
x
22
,
1
3
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Gdzie:
t
L
- grubość ścianki n-1 segmentu zbiornika magazynowego [mm];
mm
h
n
H
D
t
h
u
3
,
0
9
,
4
1
u
L
t
t
K
5
,
1
1
1
K
K
K
C
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Iteracja:
1.
2.
3.
4.
u
L
t
t
K
5
,
1
1
1
K
K
K
C
mm
h
n
H
D
t
h
u
3
,
0
9
,
4
1
1
n
L
t
t
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie grubości ścianki zbiornika magazynowego
Procedura doboru grubości ścianki zbiornika magazynowego:
•
Iteracja:
5.
6.
7.
8.
1
2
1000
h
n
H
C
x
u
t
r
x
22
,
1
3
3
2
1
,
,
min
x
x
x
x
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
?
05
,
0
?
'
mm
t
t
n
n
1
1
320
61
,
0
h
n
H
C
t
r
x
u
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Obliczyć grubość ściany zbiornika magazynowego dla poszczególnych
segmentów mając następujące dane:
D = 85 [m]
- średnica zbiornika;
H = 19.2 [m]
- wysokość zbiornika;
h = 2.4 [m]
- wysokość pojedynczego segmentu;
σ = 208 [MPa] – dopuszczalne naprężenia;
n = 8
- ilość segmentów zbiornika.
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
I Segment:
Grubość ściany pierwszego segmentu:
mm
H
D
H
H
D
t
h
h
9
,
4
0696
,
0
06
,
1
1
mm
t
208
2
,
19
85
9
,
4
208
2
,
19
2
,
19
85
0696
,
0
06
,
1
1
mm
t
15
.
37
1
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment:
Obliczenie wartości ilorazu:
Warunek:
1
t
r
h
91
,
1
15
,
37
42500
2400
1
2
1
2
2
1
25
,
1
1
,
2
625
,
2
375
,
1
t
r
h
t
t
t
t
t
r
h
a
a
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
1.
Obliczenie wstępnej grubości ściany za pomocą „1 – foot Method”:
Uwaga:
Liczba „n” w przypadku drugiego segmentu wynosić będzie 1 !!!
mm
h
n
H
D
t
h
u
3
,
0
9
,
4
mm
t
u
208
3
,
0
4
,
2
1
2
,
19
85
9
,
4
mm
t
u
04
,
33
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
15
,
37
1
u
L
t
t
K
125
,
1
04
,
33
15
,
37
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
06
,
0
125
,
1
1
1
125
,
1
125
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
61
,
0
1
u
t
r
x
22
,
1
3
1008
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
4
,
1045
4
,
2
1
2
,
19
06
,
0
320
04
,
33
42500
61
,
0
1
x
1008
4
,
2
1
2
,
19
06
,
0
1000
2
x
7
,
1445
04
,
33
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
1008
4
,
2
1
2
,
19
85
9
,
4
]
[
62
,
31
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – I krok iteracji :
7. Sprawdzenie warunku:
Zbyt duży błąd – należy powtórzyć procedurę iteracyjną
?
05
,
0
?
'
mm
t
t
n
n
!
05
,
0
425
,
1
04
,
33
62
,
31
mm
mm
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji:
1.
Grubość ścianki przyjąć z poprzedniego kroku (I):
mm
t
u
62
,
31
'
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji :
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
15
,
37
1
u
L
t
t
K
'
175
,
1
62
,
31
15
,
37
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji :
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
0834
,
0
175
,
1
1
1
175
,
1
125
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji :
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
'
61
,
0
1
u
t
r
x
'
22
,
1
3
5
,
1155
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
5
,
1155
4
,
2
1
2
,
19
0834
,
0
320
62
,
31
42500
61
,
0
1
x
1
,
1401
4
,
2
1
2
,
19
0834
,
0
1000
2
x
2
,
1414
62
,
31
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji :
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
5
,
1115
4
,
2
1
2
,
19
85
9
,
4
]
[
33
,
31
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – II krok iteracji:
7. Sprawdzenie warunku:
Zbyt duży błąd – należy powtórzyć procedurę iteracyjną
?
05
,
0
'
?
mm
t
t
u
n
!
05
,
0
29
,
0
33
,
31
62
,
31
mm
mm
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
1.
Grubość ścianki przyjąć z poprzedniego kroku (II):
mm
t
u
33
,
31
'
'
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
15
,
37
1
u
L
t
t
K
"
186
,
1
33
,
31
15
,
37
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
088
,
0
186
,
1
1
1
186
,
1
125
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
"
61
,
0
1
u
t
r
x
"
22
,
1
3
1177
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
1177
4
,
2
1
2
,
19
088
,
0
320
33
,
31
42500
61
,
0
1
x
4
,
1478
4
,
2
1
2
,
19
088
,
0
1000
2
x
8
,
1407
33
,
31
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
1177
4
,
2
1
2
,
19
85
9
,
4
]
[
28
,
31
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
II Segment – III krok iteracji:
7. Sprawdzenie warunku:
Mały błąd – koniec procedury
Ostatecznie:
?
02
,
0
"
?
mm
t
t
u
n
mm
mm
05
,
0
05
,
0
33
,
31
28
,
31
mm
t
a
28
,
31
2
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
8. Obliczenie ostatecznej grubości ściany drugiego segmentu:
mm
t
64
,
34
2
1
2
1
2
2
25
,
1
1
,
2
t
r
h
t
t
t
t
a
a
15
,
37
42500
25
,
1
2400
1
,
2
28
,
31
15
,
37
28
,
31
2
t
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
1.
Obliczenie wstępnej grubości ściany za pomocą „1 – foot Method”:
Uwaga:
Liczba „n” w przypadku trzeciego segmentu wynosić będzie 2 !!!
mm
h
n
H
D
t
h
u
3
,
0
9
,
4
mm
t
u
208
3
,
0
4
,
2
2
2
,
19
85
9
,
4
mm
t
u
23
,
28
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
64
,
34
2
u
L
t
t
K
227
,
1
23
,
28
64
,
34
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
107
,
0
227
,
1
1
1
227
,
1
227
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
61
,
0
1
u
t
r
x
22
,
1
3
1161
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
1161
4
,
2
2
2
,
19
107
,
0
320
23
,
28
42500
61
,
0
1
x
1541
4
,
2
2
2
,
19
107
,
0
1000
2
x
1336
23
,
28
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
1161
4
,
2
2
2
,
19
85
9
,
4
]
[
51
,
26
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – I krok iteracji :
7. Sprawdzenie warunku:
Zbyt duży błąd – należy powtórzyć procedurę iteracyjną
?
05
,
0
?
'
mm
t
t
n
n
!
05
,
0
72
,
1
51
,
26
23
,
28
mm
mm
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji:
1.
Grubość ścianki przyjąć z poprzedniego kroku (I):
mm
t
u
51
,
26
'
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji :
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
64
,
34
1
u
L
t
t
K
'
307
,
1
51
,
26
64
,
34
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji :
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
141
,
0
307
,
1
1
1
307
,
1
307
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji :
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
'
61
,
0
1
u
t
r
x
'
22
,
1
3
1294
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
1297
4
,
2
2
2
,
19
141
,
0
320
51
,
26
42500
61
,
0
1
x
2030
4
,
2
2
2
,
19
141
,
0
1000
2
x
1294
51
,
26
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji :
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
1294
4
,
2
2
2
,
19
85
9
,
4
]
[
24
,
26
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – II krok iteracji:
7. Sprawdzenie warunku:
Zbyt duży błąd – należy powtórzyć procedurę iteracyjną
?
05
,
0
'
?
mm
t
t
u
n
!
05
,
0
27
,
0
24
,
26
51
,
26
mm
mm
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
1.
Grubość ścianki przyjąć z poprzedniego kroku (II):
mm
t
u
24
,
26
'
'
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
2.
Grubość ściany segmentu niższego:
3.
Obliczenie parametru K:
mm
t
t
L
64
,
34
2
u
L
t
t
K
"
320
,
1
24
,
26
64
,
34
K
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
4. Obliczenie parametru C:
5
,
1
1
1
K
K
K
C
146
,
0
320
,
1
1
1
320
,
1
320
,
1
5
,
1
C
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
5. Obliczenie współczynnika x:
1
2
1000
h
n
H
C
x
h
n
H
C
t
r
x
u
320
"
61
,
0
1
u
t
r
x
"
22
,
1
3
1288
,
,
min
3
2
1
x
x
x
x
1317
4
,
2
2
2
,
19
146
,
0
320
24
,
26
42500
61
,
0
1
x
2102
4
,
2
2
2
,
19
146
,
0
1000
2
x
1288
24
,
26
42500
22
,
1
3
x
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
6. Obliczenie grubości ścianki zbiornika:
mm
x
h
n
H
D
t
h
n
1000
9
,
4
1
mm
t
n
208
1000
1288
4
,
2
1
2
,
19
85
9
,
4
]
[
26
,
26
mm
t
n
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
III Segment – III krok iteracji:
7. Sprawdzenie warunku:
Mały błąd – koniec procedury
Ostatecznie:
?
02
,
0
"
?
mm
t
t
u
n
mm
mm
05
,
0
02
,
0
26
,
26
24
,
26
mm
t
26
,
26
3
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
Pozostałe segmenty:
σ = 208 [MPa]
Segment
Wysokość
elementu [m]
Grubość ściany
[mm]
4
12
22,18
5
9,6
17,41
6
7,2
12,77
7
4,8
10,00
8
2,4
10,00
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
Interpretacja graficzna:
Zmiana grubości ścianki zbiornika magazynowego w zależności od wysokości
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Rozwiązanie:
Interpretacja graficzna:
Zmiana grubości ścianki zbiornika magazynowego w zależności od segmentu
Magazynowanie ropy naftowej
Przykłady złego wymiarowania zbiorników magazynowych:
Magazynowanie ropy naftowej
Przykłady złego wymiarowania zbiorników magazynowych:
Magazynowanie ropy naftowej
Określenie objętości oraz masy ogrzewanej ropy naftowej
Gdzie:
V
z
– Objętość zbiornika;
V
w
– Objętość węzownicy;
V
r
– Objętość ropy naftowej;
s – stopień wypełnienia zbiornka [%];
M
r
– masa ropy;
ρ
r
– gęstość ropy.
]
[
3
m
V
s
V
V
w
z
r
]
[kg
V
M
r
r
r
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie całkowitej ilości ciepła, jaką należy doprowadzić
do zbiornika
Ropa naftowa przechowywana w zbiorniku, przed wprowadzeniem do rurociągu musi
zostać ogrzana, między innymi w celu roztopienia parafin. Ciepło, jakie należy doprowadzić
do zbiornika jest sumą ciepła potrzebnego do ogrzania ropy oraz ciepła straconego, pod
wpływem ochładzania się zbiornika. Opisuje to następujące równanie:
Gdzie:
q
c
– całkowita ilość ciepła, jaką należy doprowadzić do zbiornika,
q
1
– ilość ciepła potrzebna do ogrzania ropy do określonej temperatury,
q
2
– ilość ciepła straconego przez ochładzanie zbiornika.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do określonej
temperatury
Ciepło wydatkowane na ogrzewanie ropy w zbiorniku jest zużywane na podniesienie jej
temperatury oraz na roztopienie parafiny. Ilość ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do
określonej temperatury można więc obliczyć z następującego równania:
Gdzie:
M – ilość podgrzewanej ropy w zbiorniku,
c
r
– ciepło właściwe ropy,
T
p
, T
k
– odpowiednio temperatura początkowa i końcowa ropy w zbiorniku,
a – procentowa zawartość parafiny w ropie [%] (dlatego dzielenie przez 100),
χ – utajone ciepło topliwości parafiny, zwykle w granicach 180-230 kJ/kg.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do
określonej temperatury
Przybliżona zawartość parafiny w ropie może być określona na
podstawie temperatury krzepnięcia ropy:
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do
określonej temperatury
Utajone ciepło topnienia parafiny zależy od temperatury krzepnięcia ropy i może być
określone w sposób przybliżony z poniższego wykresu.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ilości ciepła straconego przez ochładzanie
zbiornika
Ilość ciepła straconego na skutek ochładzania się zbiornika może być obliczona z
następującego równania:
Gdzie:
k – współczynnik przenikania ciepła od ropy przez blachę stalową zbiornika do otoczenia ,
A – powierzchnia ochładzającego się zbiornika,
T
śr
– średnia temperatura ropy w zbiorniku w czasie ogrzewania,
T
o
– średnia temperatura powietrza otaczającego zbiornik,
t – czas podgrzewania ropy w zbiorniku.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ilości ciepła straconego przez ochładzanie
zbiornika
Ilość ciepła traconego liczona jest w odniesieniu do średniej temperatury ropy w zbiorniku
i średniej temperatury otoczenia. Średnia temperatura ropy w zbiorniku liczona jest jako
średnia ważona z dwukrotnie wyższą wagą dla temperatury końcowej, niż początkowej.
Pozwala to na oszacowanie strat z naddatkiem.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie ilości ciepła straconego przez ochładzanie
zbiornika
Ciepło w różnym stopniu przenika przez blachę stalową zbiornika, ponieważ grubość
zbiornika jest różna (zazwyczaj maleje z wysokością). Poza tym ciepło zwykle gorzej
będzie przenikać przez dach, niż przez ściankę boczną, ponieważ nad powierzchnią ropy w
zbiorniku znajdować się będzie powietrze, które gorzej przewodzi ciepło od ropy. Z tego
względu przenikanie ciepła przez ścianki zbiornika powinno być zapisane następująco:
Gdzie:
A
s
, A
d
, A
g
–powierzchnia odpowiednio ścian bocznych, dna i górnej części zbiornika z ropą,
k
s
, k
d
, k
g
–współczynnik przenikania ciepła przez odpowiednio ściany boczne, dno i górną
część zbiornika z ropą.
Magazynowanie ropy naftowej
Obliczenie całkowitej ilości ciepła, jaką należy doprowadzić
do zbiornika
Ropa w zbiorniku zwykle podgrzewana jest przy pomocy wężownicy parowej znajdującej
się w zbiorniku. Ilość ciepła przekazanego ropie przez wężownicę można obliczyć z
równania:
Gdzie:
A
w
– powierzchnia grzejna wężownicy parowej,
k
w
– współczynnik przenikania ciepła przez ściankę wężownicy,
T
wp
, T
wk
– początkowa i końcowa temperatura nośnika ciepła (np. pary),
T
p
, T
k
– początkowa i końcowa temperatura ogrzewanej ropy.
Magazynowanie ropy naftowej
Przykład:
Znaleźć wymagany czas grzania ropy, aby ją podgrzać z temperatury T
p
do temperatury
T
k
Ropa przechowywana jest w zbiorniku opisanym w poniższej tabeli:
Ropa podgrzewana jest wężownicą płaską ustawioną pionowo w dolnej części zbiornika
(górna część poniżej poziomu ropy), kontaktująca się z ropą na całej swojej powierzchni.
Parametry wężownicy podano w tabeli:
Kształt zbiornika
Wysokość h
[m]
Promień
r [m]
Wypełnienie
s [%]
Gęstość
ρ [kg/m
3
]
Walec
2
1
80
800
Szerokość
a [cm]
Wysokość
b [cm]
Grubość
c [cm]
T
wp
[° C]
T
wk
[° C]
k
w
20
20
2
450
400
350
K
h
m
kJ
2
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Korzystając z powyższych danych można wyliczyć masę ropy w zbiorniku. W obliczeniach
pomijamy zmiany gęstości ropy w wyniku zmian temperatury:
Objętość zbiornika:
Objętość wężownicy:
]
[
3
m
H
P
V
z
p
z
]
[
2
1
3
2
2
m
h
r
V
z
]
[
283
,
6
3
m
V
z
]
[
3
m
H
P
V
w
p
w
]
[
002
,
0
2
,
0
2
,
0
3
m
c
b
a
V
w
]
[
0008
,
0
3
m
V
w
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Użyta objętość zbiornika:
Objętość ropy naftowej w zbiorniku:
]
[
3
m
s
V
V
z
uż
]
[
80
,
0
283
,
6
3
m
V
uż
]
[
024
,
5
3
m
V
uż
]
[
3
m
V
s
V
V
w
z
r
]
[
0008
,
0
80
,
0
283
,
6
3
m
V
r
]
[
0232
,
5
3
m
V
r
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Masa ogrzewanej ropy naftowej:
]
[kg
V
M
r
r
r
]
[
800
0232
,
5
kg
M
r
]
[
4019kg
M
r
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Przyjmując dane zamieszczone w poniższej tabeli:
Obliczono:
Temperatura średnia:
T
p
T
k
T
krz
T
o
c
r
k
s
k
d
k
g
[° C]
[° C]
[° C]
[°
C]
[kJ/kg*
K]
[kJ/m
2
*h*
K]
[kJ/m
2
*h*
K]
[kJ/m
2
*h*
K]
5
40
10
5
1,91
20,5
4,4
6,5
K
C
T
o
śr
48
,
301
33
,
28
3
5
1
40
2
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Na podstawie wykresu określono utajone ciepło topnienia parafiny w zależności od temperatury
krzepnięcia ropy:
Na podstawie tabeli przyjęto procentową wartość parafiny:
%
4
a
kg
kJ
1868
,
4
2
,
50
K
C
T
o
krz
15
,
283
10
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Ilość ciepła potrzebnego na ogrzanie ropy do określonej temperatury można więc obliczyć z
następującego równania:
100
1
a
T
T
c
M
q
p
k
r
100
1868
,
4
2
,
50
4
15
,
278
15
,
313
91
,
1
4019
1
q
kJ
q 302397
1
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Ilość ciepła straconego na skutek ochładzania się zbiornika
Obliczenie współczynnika przenikania ciepła przez powierzchnię zbiornika:
Zbiornik w kształcie walca:
Powierzchnia ścian, dna oraz
dachu zbiornika:
g
g
d
d
s
s
A
k
A
k
A
k
A
k
]
[
2
2
m
h
r
A
s
]
[
2
2
m
r
A
d
]
[
2
2
m
r
A
g
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Ilość ciepła straconego na skutek ochładzania się zbiornika
Obliczenie współczynnika przenikania ciepła przez powierzchnię zbiornika:
Współczynniki przenikania ciepła przez odpowiednio ściany boczne, dno i górną część zbiornika z
ropą (k
s
, k
d
, k
g
) przyjęto na podstawie danych z tabeli.
142
,
3
5
,
6
142
,
3
4
,
4
566
,
12
5
,
20
A
k
]
[
566
,
12
2
1
2
2
2
m
h
r
A
s
]
[
142
,
3
1
2
2
2
m
r
A
d
]
[
142
,
3
1
2
2
2
m
r
A
g
K
hr
kJ
A
k
851
,
291
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Ilość ciepła straconego na skutek ochładzania się zbiornika
Do obliczenia ilości ciepła traconego w wyniku ochładzania się zbiornika konieczna jest znajomość
czasu grzania ropy, która nie jest znana. Dlatego wstępnie należy określić wartość ilorazu ciepła
traconego oraz czasu podgrzewania ropy:
t
t
T
T
A
k
q
o
śr
/
)
(
2
hr
kJ
T
T
A
k
t
q
o
śr
)
(
2
hr
kJ
t
q
)
15
,
278
48
,
301
(
851
,
291
2
hr
kJ
t
q
6809
2
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Ilość ciepła przekazanego ropie przez wężownicę można obliczyć z równania:
Gdzie:
A
w
– powierzchnia grzejna wężownicy parowej,
k
w
– współczynnik przenikania ciepła przez ściankę wężownicy,
T
wp
, T
wk
– początkowa i końcowa temperatura nośnika ciepła (np. pary),
T
p
, T
k
– początkowa i końcowa temperatura ogrzewanej ropy.
Do obliczenia ilości ciepła dostarczonej do zbiornika za pomocą wężownicy konieczna jest
Znajomość czasu grzania ropy, która nie jest znana. Dlatego wstępnie należy określić wartość
ilorazu ciepła dostarczonego oraz czasu podgrzewania ropy:
t
T
T
T
T
A
k
q
k
p
wk
wp
w
w
c
2
2
hr
kJ
T
T
T
T
A
k
t
q
k
p
wk
wp
w
w
c
2
2
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Pole powierzchni wężownicy:
2
4
2
m
c
a
b
a
A
w
2
02
,
0
2
,
0
4
2
,
0
2
,
0
2
m
A
w
2
096
,
0
m
A
w
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Iloraz ciepła dostarczonego oraz czasu podgrzewania ropy:
hr
kJ
T
T
T
T
A
k
t
q
k
p
wk
wp
w
w
c
2
2
hr
kJ
t
q
c
2
15
,
313
15
,
278
2
15
,
673
15
,
723
096
,
0
350
hr
kJ
t
q
c
13524
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Obliczenie czasu podgrzewania ropy naftowej w zbiorniku:
W celu określenia całkowitego czasu podgrzewania ropy należy poddać modyfikacji uproszczone
równanie wyrażające całkowitą ilość ciepła dostarczanego do zbiornika:
Wartości całkowitego ciepła dostarczonego do zbiornika (q
c
) oraz ciepła traconego w wyniku
ochładzania się zbiornika (q
2
) należy zastąpić ilorazami odpowiednio (q
c
/t)*t oraz (q
2
/t)*t
Zatem:
2
1
q
q
q
c
t
t
q
q
t
t
q
c
2
1
hr
t
q
t
q
q
t
q
t
t
q
t
t
q
c
c
2
1
1
2
Magazynowanie ropy naftowej
Rozwiązanie:
Całkowity czas podgrzewania ropy naftowej w zbiorniku:
hr
hr
kJ
hr
kJ
kJ
t
6809
13524
302397
hr
t
033
,
45
Specyficzne obciążenia zbiorników
Obciążenie śniegiem wg PN-80/B-02010
Definicje:
- obciążenie charakterystyczne śniegiem dachu S
k
- iloczyn charakterystycznego obciążenia
śniegiem gruntu Qk i odpowiedniego współczynnika kształtu dachu C.
- obciążenie charakterystyczne śniegiem gruntu Q
k
- iloczyn charakterystycznej grubości
pokrywy śnieżnej na gruncie g
k
i średniego ciężaru objętościowego śniegu .
- grubość charakterystyczna pokrywy śnieżnej g
k
- grubość warstwy śniegu na gruncie,
która może byćprzekroczona przeciętnie raz w ciągu 5 lat.
- współczynnik kształtu dachu C - współczynnik uwzględniający wpływ kształtu dachu na
gromadzenie się na nim śniegu.
Wartości charakterystycznego obciążenia śniegiem gruntu Q
k
dla poszczególnych
stref obciążenia śniegiem należy przyjmować wg tablicy. Granice stref podano na
rysunku.
Na pograniczu stref, na szerokości około 5 km od
zaznaczonej granicy można przyjmować
wartości Q
k
z jednej lub z drugiej strefy.
Należy przyjmować wartości współczynnika kształtu dachu podane w tablicach
schematów
Obciążenie wiatrem wg PN-77-B-02011
Obciążenie wiatrem – różnice ciśnienia na powierzchniach budowli oraz opory tarcia
wywołane przepływem powietrza.
Charakterystyczne obciążenie wiatrem p
k
– obciążenie wywołane oddziaływaniem na
budowlę wiatru o prędkości charakterystycznej V
k
, uwzględniające ekspozycję tej budowli, jej
kształt i właściwości aeroelastyczne oraz wpływ porywistości wiatru. Obciążenie
charakterystyczne może być przekroczone średnio jeden raz w przewidywanym okresie
użytkowania budowli.
Wartość β do obliczeń budowli niepodatnych na dynamiczne działanie wiatru należy
przyjmować równą 1,8.
Charakterystyczne ci śnienie prędkości
wiatru należy obliczać, w Pa, wg wzoru:
Dla miejscowości w strefie I i II należy
przyjmować ρ = 1,23 kg/m
3
, w strefie
III – w zależności od wysokości nad
poziomem
morza.
Sposób ustalania wartości współczynnika aerodynamicznego C zależy
od rodzaju obciążenia (normalne, styczne, sumaryczne) przyjmowanego do
obliczeń. Dla potrzeb projektu przyjmować C=0,7.
Wartość współczynnik ekspozycji zależy od rodzaju terenu i wysokości budowli nad
poziomem gruntu. Rozróżnia się trzy rodzaje terenu:
A –otwarty z nielicznymi przeszkodami,
B – zabudowany przy wysokości istniejących budynków do 10 m lub zalesiony,
C – zabudowany przy wysokości istniejących budynków powyżej 10 m.
Wartość C
e
oblicza się z tabeli poniżej dla zadanej wysokości zbiornika H.
Typ dachu ma minimalny wpływ na rozkład parcia i ssania na płaszczu ,
natomiast ze wzrostem kąta nachylenia dachu zwiększa się również wartość i
nierównomierność rozkładu ssania na pokryciu dachowym. Najkorzystniejszy
rozkład uzyskuje się przy dachach kopulastych o małej strzałce kopuły.
Znaczenie obciążenia wiatrem wzrasta dla zbiorników z dachem pływającym, po stronie
nawietrznej występuje niekorzystne sumowanie się parcia od strony zewnętrznej płaszcza z
ssaniem występującym po stronie wewnętrznej tego płaszcza.
W rozkładzie wsp. ciśnienia wzdłuż tworzącej płaszcza występuje skokowa zmiana wartości
na poziomie odpowiadającym położeniu dachu pływającego.
Zwiększenie stosunku H/D powoduje bardziej równomierny rozkład parcia i ssania.
Ssanie wiatru działające nierównomiernie na powierzchni dachu przy porywach wiatru
może doprowadzić do drgań membrany.
Obwałowania ziemne istotnie zmieniają rozkład sił obciążenia wiatrem, zwłaszcza w górnej
części zbiornika.
Liniowe usytuowanie zbiorników zmienia rozkład wsp. ciśnienia w zbiornika umieszczonego
po zawietrznej
Elementy wieńczące górną krawędź płaszcza
zbiornika (stężenia wiatrowe) oraz pierścienie
pośrednie
Wyznaczanie liczby pierścieni pośrednich
Liczbę pierścieni pośrednich wyznacza się w zależności od parametrów Hp i He wg
tabeli:
Liczba pierścieni
pośrednich
He < Hp
Pierścienie zbędne
Hp < He ≤2 Hp
1
2Hp < He ≤ 3Hp
2
Hp – max. dopuszczalny odstęp usztywnień przy założeniu minimalnej grubości blach
płaszcza
He – zastępcza wysokość płaszcza, równoważna wysokości płaszcza zbiornika
wykonanego z blach o minimalnej grubości.
t
i
– grubość blach poszczególnych pierścieni [mm],
h
i
– wysokość poszczególnych pierścieni [m],
p
p
– obliczeniowe podciśnienie w zbiorniku, 0,5 kPa,
t
g
– grubość ostatniego, najwyżej położonego, segmentu [mm]
p
k
– charakterystyczne obciążenie wiatrem.
Pierścienie pośrednie rozmieszcza się względem głównego usztywnienia płaszcza
następująco:
- przy jednym pierścieniu pośrednim:
- Przy dwóch pierścieniach pośrednich:
- pierwszy pierścień
- drugi pierścień
Przykład:
Wyznaczyć potrzebną liczbę pierścieni pośrednich dla zapewnienia lokalnej
stateczności płaszcza zbiornika o zadanych parametrach:
H= 20 [m], D=84 [m], płaszcz składa się z 10 pierścieni, każdy o wysokości
h
i
=2[m], których grubości wynoszą 10,11, 14, 14, 16,19, 22, 24, 27, 30 [mm].
Prędkość wiatru występującego w rejonie lokalizacji zbiornika 28 m/s, przyjąć
współczynnik ekspozycji dla terenu B.