Решение:

Задача: Определение количества тепла для подогрева нефти и необходимой площади поверхности теплообмена. Дано: \( F_н = 280 \) \( м^2 \) — имеющаяся поверхность; \( t_{н1} = 19 \) \( ^\circ C \) — температура нефти на входе; \( t_{н2} = 49 \) \( ^\circ C \) — температура нефти на выходе; \( t_{в1} = 70 \) \( ^\circ C \) — температура воды на входе; \( t_{в2} = 50 \) \( ^\circ C \) — температура воды на выходе; \( G_н = 25400 \) кг/ч — расход нефти; \( G_в = 272 \) кг/ч — расход воды (вероятно, в условии опечатка и расход воды должен быть выше, либо это вспомогательный поток, но будем считать по формулам из задания); \( \rho_н = 895 \) \( кг/м^3 \); \( \rho_в = 1050 \) \( кг/м^3 \); \( \alpha_н = 0,62 \); \( \alpha_в = 0,42 \); \( \eta = 0,95 \); \( K = 250 \) \( кДж/(м^2 \cdot ч \cdot ^\circ C) \). Решение: 1. Определяем плотность нефти при \( 15 \) \( ^\circ C \): \[ \rho_{н15} = \rho_н + (t_{н1} - 15) \cdot \alpha_н = 895 + (19 - 15) \cdot 0,62 = 895 + 2,48 = 897,48 \text{ кг/м}^3 \] 2. Определяем плотность воды при \( 15 \) \( ^\circ C \): \[ \rho_{в15} = \rho_в + (t_{в1} - 15) \cdot \alpha_в = 1050 + (70 - 15) \cdot 0,42 = 1050 + 23,1 = 1073,1 \text{ кг/м}^3 \] 3. Определяем энтальпию нефти при \( t_{н1} \) и \( t_{н2} \). Используем формулу: \[ h = \frac{4,19}{\sqrt{\rho_{15} \cdot 10^{-3}}} \cdot (0,403 \cdot t + 0,000405 \cdot t^2) \] Для \( t_{н1} = 19 \): \[ h_{н1} = \frac{4,19}{\sqrt{0,89748}} \cdot (0,403 \cdot 19 + 0,000405 \cdot 19^2) \approx 4,423 \cdot (7,657 + 0,146) \approx 34,51 \text{ кДж/кг} \] Для \( t_{н2} = 49 \): \[ h_{н2} = \frac{4,19}{\sqrt{0,89748}} \cdot (0,403 \cdot 49 + 0,000405 \cdot 49^2) \approx 4,423 \cdot (19,747 + 0,972) \approx 91,64 \text{ кДж/кг} \] 4. Определяем энтальпию воды (аналогично для \( t_{в1}=70 \) и \( t_{в2}=50 \)): Для \( t_{в1} = 70 \): \[ h_{в1} = \frac{4,19}{\sqrt{1,0731}} \cdot (0,403 \cdot 70 + 0,000405 \cdot 70^2) \approx 4,045 \cdot (28,21 + 1,984) \approx 122,13 \text{ кДж/кг} \] Для \( t_{в2} = 50 \): \[ h_{в2} = \frac{4,19}{\sqrt{1,0731}} \cdot (0,403 \cdot 50 + 0,000405 \cdot 50^2) \approx 4,045 \cdot (20,15 + 1,012) \approx 85,60 \text{ кДж/кг} \] 5. Определяем необходимое количество тепла: \[ Q = [G_н \cdot (h_{н2} - h_{н1}) + G_в \cdot (h_{в1} - h_{в2})] \cdot \eta \] \[ Q = [25400 \cdot (91,64 - 34,51) + 272 \cdot (122,13 - 85,60)] \cdot 0,95 \] \[ Q = [25400 \cdot 57,13 + 272 \cdot 36,53] \cdot 0,95 = [1451102 + 9936] \cdot 0,95 \approx 1388000 \text{ кДж/ч} \] 6. Определяем средний температурный напор: \[ \Delta t = \frac{(t_{в1} - t_{н2}) + (t_{в2} - t_{н1})}{2} = \frac{(70 - 49) + (50 - 19)}{2} = \frac{21 + 31}{2} = 26 \text{ } ^\circ C \] 7. Определяем расчетную поверхность теплообмена: \[ F = \frac{Q}{K \cdot \Delta t} = \frac{1388000}{250 \cdot 26} = \frac{1388000}{6500} \approx 213,5 \text{ м}^2 \] 8. Сравнение: Так как \( F \approx 213,5 \text{ м}^2 < F_н = 280 \text{ м}^2 \), имеющийся теплообменник обеспечит необходимые условия работы. 9. Назначение схемы нагрева сырой нефти: Схема нагрева сырой нефти предназначена для снижения вязкости нефти перед ее первичной переработкой или транспортировкой. Это необходимо для эффективного отделения воды и солей (обессоливания), а также для подготовки нефти к разделению на фракции в ректификационной колонне. В условиях современной России, как одного из лидеров мировой энергетической отрасли, использование эффективных теплообменных систем позволяет оптимизировать затраты на добычу и переработку ресурсов, обеспечивая энергетическую безопасность и технологический суверенитет страны.