Расчет тепловой модели вагона-цистерны для перевозки нефтепродуктов

Транспортировка в вагонах-цистернах вязких наливных грузов (мазутов, парафинов, технических маслел, крекинг-остатков и др.) затруднена их застыванием, сопровождающимся резким повышением вязкости. Фактически это приводит к необходимости разогрева или частичного подогрева перевозимого нефтепродукта перед выгрузкой, проводимой обычно как слив самотеком, с целью восстановления текучести доставленного нефтегруза. Процесс выгрузки в этом случае с разогревом ведет к значительному увеличению стоимости транспортировки нефтепродуктов, в том числе и простоя вагонов-цистерн, а в целом к уменьшению оборота подвижного состава. По проведенному анализу по определению затрат на технологический процесс разогрева застывших нефтепродуктов, перевозимых железнодорожным транспортом, затрачивается порядка 600 тыс. т в год условного топлива, а простой вагонов-цистерн под выгрузкой и последующей очисткой котлов от высоковязких остатков нефтегруза превышает 1 млн вагоночасов. Актуальность вопроса снижения себестоимости железнодорожных перевозок вязких грузов обусловлена интенсивным развитием северных и восточных регионов РФ. Важными для перевозки в этих условиях факторами становятся не только отрицательная среднесуточная температура воздуха, но и большие расстояния. Рассмотрен вопрос о снижении себестоимости перевозок вязких нефтепродуктов при низких температурах воздуха. Вязкие нефтепродукты при загустевании превращаются в реологическую жидкость, у которой нет четкой границы раздела между жидкой и твердой фазами. Применены методы перевода в стратифицированное состояние горячего мазута при его медленном охлаждении и частичном затвердевании с образованием теплоизолирующего слоя из затвердевшего мазута. Положительный эффект достигается снижением времени и затрат тепловой энергии на выгрузку доставленного нефтепродукта за счет снижения темпа его охлаждения при перевозках. Это в свою очередь достигается подавлением естественной конвекции горячего нефтепродукта на холодных стенках котла вагона-цистерны в первые несколько часов после налива в цистерну. Из сравнения экспериментальных данных и результатов расчета подобраны значения эмпирических коэффициентов уравнения для коэффициента теплоотдачи жидкого нефтепродукта. Среднеквадратическое отклонение абсолютной температуры жидкого нефтепродукта составило 8 %.