ТРАНСФЕР НА НЕФТ И ПЕТРОЛНИ ПРОДУКТИ
7. ТРАНСФЕР НА НЕФТ И ПЕТРОЛНИ ПРОДУКТИ
7.1. Хидравлично изчисляване на тръбопроводи
Основната задача на хидравличното изчислениее да се определи диаметърътdна тръбопровода и загубата на наляганеhза дадена производителностQ(обемен или масов поток).
Изчисляването на новопроектиран тръбопровод започва с предварителен избор на диаметър и приблизително избрана скорост на флуида [51, 60]. Препоръчителната скорост в напорния тръбопровод зависи от вискозитета на нефтения продукт и се избира в рамките на 1 - 2,5 m / s. Колкото по-нисък е вискозитетът на нефтения продукт, толкова по-голяма е неговата скорост.
Основното свойство на течността, което влияе върху налягането и изпомпването, е вискозитетът, който характеризира вътрешното триене на течността. Хидравличните формули за тръбопроводи обикновено използват кинематичен вискозитет, измерен в квадратни метри за секунда (m2/s), стокове (cm2/s) или сантистокси (mm2/s).
Динамичният вискозитет се измерва в (N/m 2 )∙s или Pa∙s (паскал - секунда). За да се преведе кинематичният вискозитет в динамичен, неговата стойност в m 2 / s трябва да се умножи по плътността в kg / m 3.
Скоростта, диаметърътdи кинематичният вискозитет се използват за задаване на безразмерния параметър на Рейнолдс Re и характера на движението на течността. След това определете коефициента на хидравлично съпротивление, загубата на наляганеhпоради триене в тръбопровода и хидравличния наклонi.
В хидравликата се разграничават два основни режима на движение на флуида -ламинарен (спокоен) и турбулентен (вихров).При ламинарно (ламина - лат.слой) движение частиците на флуида се движат без смесване. Пример за ламинарно движение би било движението на масло в тръба. С турбулентно (turbulentus- лат.вихър) частиците на течността се движат с вихри, имащи сложни траектории. Част от енергията на флуидния поток се изразходва за образуване на вихри, което води до големи загуби.
Режимът на движение на течността се определя от числото на Рейнолдс:
, (7.1)
където е скоростта на флуида в тръбопровода, m/s;d– диаметър на тръбопровода, m;– кинематичен вискозитет, m2/s.
Установено е, че при Re>gt; 2320 в тръбопровод с кръгло напречно сечение винаги има турбулентен режим, а при Re 2 /4. Хидравлично, радиусът Rg ще бъде равен на d /4.
Движението на течността е свързано със загуба на глава. Загубата на напор зависи от скоростта на течността и е пропорционална на квадрата на скоростта.
Headе енергията на единица тегло. Налягането се измерва в единици за дължина (m, cm, mm). Разграничаване на налягане геометрично, пиезометрично и високоскоростно. Геометричната глава зависи от височината на позицията, например на резервоара. Когато резервоар с плътност на течността от 1000 kg / m 3 се повдигне на височина 10 m, в маркуча (тръбопровода) на сравнителната равнина (в основата) ще действа свръхналягане от 0,98 ∙ 10 5 N / m 2 (1 atm.). Пиезометрично (пиезо - гръцки.натиснете) налягане зависи от размера на налягането, действащо върху стените на тръбата от страната на течността (газа). Пиезометричната глава се определя от израза . Скоростният напор зависи от стойността на средната скорост и се определя от израза.
Когато се движи течност през тръбопроводи, помпата трябва да развие налягането, необходимо за преодоляване на хидравличното съпротивление на триене по дължината на тръбопровода; местни съпротивления (вентили, завои, завои); геометрична височина, равна на разликата между маркировките за ниво на течността в крайните и началните точки на изпомпване, както и присъздаване на скоростна глава на течността (свободно налягане на изхода).
Стойността на загубата на налягане поради триене по дължината за тръбис кръгло напречно сечение се изразява чрез следното хидравлично уравнение, предложено от учените Дарси и Вайсбах през 1755 г. [37, 61]:
, (7.2)
където е коефициентът на хидравлично съпротивление; е средната скорост на течността, m/s;l –дължина на тръбата, m;d– вътрешен диаметър на тръбата, m;g= 9,81 m/s 2 – ускорение на свободното падане.
Загубата на напор може да се изрази като обемен поток, който се дава от:
, (7.3)
къдетоF –площ на тръбата.
Като дефинираме стойносттаи я заместим в израз 7.2, получаваме:
. (7,4)
(7,5)
където зависи от начина на движение на течността и от степента на грапавост на стените на тръбопровода.
Под грапавостта разбирайте неравностите (издатините) на вътрешните повърхности на стените. Има естествена и еквивалентна грапавост. Еквивалентната (осреднена) грапавост е 0,5 - 0,7 от максималната стойност на естествената грапавост.
Еквивалентните стойности на грапавост за стоманени и чугунени тръби са както следва:
1. Стомана нова - 0,02 - 0,1 мм.
2. Стомана в експлоатация до 1,0 мм.
3. Чугун нов - 0,25 - 1,0 мм.
4. Чугун, в експлоатация, до 1,5 мм.
При изчисляване на загубите на налягане в стоманени тръби на нефто- и газопроводи стойността на еквивалентната грапавост се приема равна на 0,1 - 0,2 mm.
Тръбопроводите се делят на хидравлично гладки и хидравлично грапави. Хидравлично гладките тръбопроводи се наричат тръбопроводи, в които отделни струи поток, движещи се успоредно една на друга, плавно обикалят всички неравности на вътрешнияповърхност на тръбата, при което грапавостта не влияе на съпротивлението на потока. Това явление се наблюдава при ламинарен режим. Коефициентът на хидравлично съпротивление за хидравлично гладки тръби зависи от числото Re и не зависи от степента на грапавост на стените на тръбата.
С нарастването на турбулентността дебелината на граничния слой намалява и става по-малко естествена. Движещият се флуиден поток влиза в контакт с грапавостта на тръбата и загубата на напор по дължината на тръбата се увеличава.
Получават се допълнителни турболенции, създадени от издатините, поради което стойността на коефициента на хидравлично съпротивление нараства. В този случай коефициентът на съпротивление зависи от грапавостта на стените на тръбопровода и числото на Рейнолдс (зона на смесено триене). С по-нататъшно увеличаване на числото на Рейнолдс турбулентността на потока се увеличава и, започвайки от определена стойност на Рейнолдс, коефициентът ще зависи само от грапавостта на тръбите (квадратична зона). При изпомпване на масло не се наблюдава режимът на квадратично съпротивление. Възниква при транспортиране на газ. В нефтопроводите режимът на хидравлично гладко триене е по-често срещан.
Стойността на коефициента на хидравлично съпротивление в ламинарен режим, когато Re , (7.10)
където ∑hе сумата от загубите на налягане от триене по дължината в тръбата, която има участъци с различни сечения;
∑h m- сумата от загубите на налягане в местните съпротивления.
Трябва да се отбележи, че загубата на налягане по дължината на тръба с постоянно напречно сечение се променя пропорционално на дължината (линейно), а при локални съпротивления загубата на налягане се променя рязко (в определен участък). При намиране на общите загуби се сумират загубите в отделните участъци.
Технологичните схеми на тръбопроводите са простии разклонени (сложни). При изчисляване на разклонени (паралелни) системи трябва да се помни, че дебитът на нефтения продукт преди разклоняването ще бъде равен на дебита, например, движещ се по два клона. След като се определят вътрешните диаметри на тръбите (според допустимата скорост и дебит), загубата на глава се определя по формулите, дадени по-горе.
Хидравличното изчисляване на тръбопроводите завършва с определяне на стойността на загубеното налягане по дължината и в местните съпротивления. Загубите на напор трябва да са минимални, осигурявайки висока ефективност при работа на технологичните схеми.
След като определят диаметъра на технологичния тръбопровод, те извършват изчисление на якостта, оценяват дебелината на стената и избират неговата марка (обхват). След това изберете типа, размера на помпата според необходимия дебит и необходимото налягане.