Практикум. Лабораторная работа 1. Расчет гидравлического режима совместной работы участка нефтепровода и нефтеперекачивающей станции 2

• Название: Лабораторная работа 1. Расчет гидравлического режима совместной работы участка нефтепровода и нефтеперекачивающей станции 2
• Анкор: Практикум
• Дата: 01.03.2022
• Размер: 2.33 Mb.
• Имя файла: Практикум.doc
• Тип: Лабораторная работа; #378072
• страница: 19 из 21

Порядок выполнения работы

Основное задание.

1) Начать работу с программой «Смесь» с щелчка мыши по кнопке «новый вариант», расположенной крайней слева в ряду пиктографических кнопок окна исходных данных программы (рис.27), или с выбора команды «создать новый» подменю «Вариант». В качестве имени варианта набрать свою фамилию и щелкнуть по кнопке «ОК».

2) Ввести в ячейки окна исходных данных информацию о параметрах процесса перекачки, соответствующую заданному варианту. При этом в таблице «Раскладка труб» необходимо заполнить только первую строчку, в которую занести данные об участке длиной, равной протяженности L всего нефтепровода.

3) Запустить программу на расчет. Для чего щелкнуть мышью по пиктографической кнопке с изображением калькулятора или выбрать команду «выполнение расчета» подменю «Расчет» главного меню программы.

4) Определить объем V_с смеси в каждом контакте партий нефтепродуктов, который отражается на панели результата расчета в нижней части окна исходных данных (рис.27).

5) Вывести результат расчета на печать щелчком мыши по кнопке с изображением принтера или выбором команды «печать» подменю «Вариант» главного меню программы.
Дополнительные задания.

1. 
   Определить новый расход Q₁ перекачки как
   

Q₁= 0,5·Q.

2) Изменить в окне исходных данных величину расхода перекачки на Q₁ и произвести расчет.

3) Определить новый объем V_с1 смеси нефтепродуктов. Сделать вывод об изменении объема смеси при уменьшении расхода перекачки.

4) Восстановить в окне исходных данных программы расход перекачки Q основного задания.

5) В таблицу «Раскладка труб» ввести параметры двух участков, первый из которых длиной (L-L₁) построен из труб прежнего диаметра D×δ с абсолютной шероховатостью Δ, а второй длиной L₁ – из труб диаметром D₁×δ₁ с шероховатостью Δ₁.

6) Определить новый объем V_с2 смеси нефтепродуктов. Сделать вывод об изменении объема смеси при уменьшении диаметра трубопровода.

7) Оформить результаты работы в виде краткого отчета.
Протокол работы №5

Vс, м3	Vс1, м3	Vс2, м3

Лабораторная работа №6. «Термогидравлический расчет участка трубопровода при перекачке нефтей и нефтепродуктов с подогревом»

Теоретическое введение

Для снижения гидравлических потерь при перекачке высоковязких нефтей и нефтепродуктов в ряде случаев используют подогрев. Трубопроводы, по которым транспортируют подогретые жидкости, называют горячими.

Хотя плотность вязких нефтей и нефтепродуктов зависит от температуры, см. формулы (6.1) - (6.3), ее изменениями во многих случаях можно пренебречь, считая В то же время зависимостью вязкости от температуры пренебрегать нельзя, поскольку от вязкости существенно зависит гидравлическое сопротивление транспортируемой жидкости.

Изменения кинематической вязкости (м²/с) нефтей и нефтепродуктов в зависимости от температуры (⁰С) можно рассчитать по формуле Рейнольдса-Филонова:
, (6.1)
в которой вязкость жидкости при температуре , а коэффициент (1/⁰С) зависит от индивидуальных свойств жидкости. Для определения достаточно знать вязкость жидкости хотя бы еще при одном значении температуры:
. (6.2)
В системе единиц СИ кинематическая вязкость измеряется в Стоксах (Ст): 1 Ст = 10^-4 м²/с. СантиСтокс (сСт) – это Ст: 1 сСт = 10^-6 м²/с.

Удельная теплоемкость (Дж/(кг ∙⁰С)) и коэффициент (Вт/(м∙⁰С)) теплопроводности нефти или нефтепродук­та хотя и зависят от температуры, но могут приближенно приниматься постоянными:

Дж/(кг∙⁰С); Вт/(м∙⁰С).

Теплоемкость трубы, в которой течет нефть или нефтепродукт, определяется теплоемкостью материала, из которого она изготовлена. Теплоемкость трубной стали сравнительно невелика: Дж/(кг ), но коэффициент ее теплопроводности во много раз больше коэффициента теплопроводности нефти: Вт/(м∙⁰С).

Окружающий трубопровод грунт (при подземной прокладке) по своим теплофизическим свойствам может быть весьма разнообразным. Коэффициент теплопроводности грунта равен в среднем Вт/(м∙⁰С), но может лежать и вне этого диапазона. Для сухих грунтов он значительно меньше, чем для влажных и тем более для сильно обводненных.

Коэффициенты теплопроводности изоляционных материалов также сильно зависят от конкретных свойств изоляции и могут изменяться от 0,02 до 0,2 Вт/(м∙⁰С).

Распределение температуры нефти или нефтепродукта, имеющих плотность , в стационарном режиме перекачки с расходом определяется формулой В.Г. Шухова:
, (6.3)
где – температура жидкости в начале участка трубопровода; – наружная температура (то есть температура окружающей среды); – плотность жидкости; – внутренний диаметр трубопровода; коэффициент теплопередачи от жидкости, текущей в трубопроводе, к окружающей среде. Если в качестве окружающей среды рассматривается грунт ( – температура окружающего грунта), то есть коэффициент теплопередачи от жидкости в грунт; если же в качестве окружающей среды рассматривается воздух на поверхности земли ( – температура воздуха), то есть коэффициент теплопередачи от жидкости, текущей в трубопроводе, в атмосферу. В системе СИ коэффициент измеряется в Вт/(м²∙⁰С).

Если помимо теплопередачи от нагретой жидкости в окружающую среду рассматривается также выделение тепла в вязкой жидкости за счет сил внутреннего трения ее слоев друг о друга (диссипативный разогрев), формула В.Г.Шухова представляется в виде:
, (6.4)
где – некоторая постоянная величина, имеющая размерность температуры: ; – гидравлический уклон перекачки на рассматриваемом участке трубопровода.

В терминах начальной и конечной температур жидкости на участке трубопровода формула В.Г.Шухова может быть представлена в виде:
. (6.5)
В этой формуле коэффициент теплопередачи не содержится явно.

Для расчета коэффициента теплопередачи для трубопровода с несколькими слоями изоляции обычно используют формулу
, (6.6)
где коэффициенты теплопроводности стенки трубы и концентрических слоев изоляции; наружный и внутренний диаметры трубы и слоев изоляции, соответственно;D_нар – наружный диаметр трубы с учетом последнего слоя изоляции; – коэффициент теплоотдачи от ядра потока нефти или нефтепродукта к стенке трубы, Вт/(м²∙⁰С); – коэффициент теплоотдачи от трубы в грунт (или от поверхности грунта в окружающий воздух), Вт/(м²∙⁰С).

Коэффициент теплоотдачи от ядра потока жидкости к стенке трубы зависит от гидродинамической структуры течения. В среднем этот коэффициент может изменяться от 50 до 300 Вт/(м²∙⁰С).

Коэффициент теплоотдачи через грунт в окружающую среду зависит от многих факторов – от свойств самого грунта и от условий съема тепла на поверхности земли, его значения могут составлять Вт/(м²∙⁰С).

При длительной стационарной работе горячего трубопровода, проложенного в грунте, коэффициент можно рассчитать по формуле Форхгеймера, заменив в формуле (6.6) произведение выражением
, (6.7)
где – глубина заложения (оси) трубопровода; – коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м∙⁰С).

При учете сопротивления теплоотдачи на границе «грунт-воздух» вместо последней формулы можно использовать другую приближенную формулу:
, (6.8)
где – коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух; Вт/(м²∙⁰С).

Потери напора на трение на участке горячего нефтепровода (или нефтепродуктопровода) с протяженностью выражаются формулой:
. (6.9)
Входящий в формулу (6.9) коэффициент гидравлического сопротивления не постоянен, поскольку вязкость транспортируемой жидкости изменяется по длине участка из-за изменения ее температуры.

Уравнение баланса напоров участка горячего нефтепровода, работающего совместно с нефтеперекачивающей станцией, имеет следующий вид:
, (6.10)
где – дифференциальный напор станции, и – высотные отметки начала и конца участка трубопровода, – подпор станции, – пьезометрический напор в конце участка, – коэффициент гидравлического сопротивления, , .