Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 10 из 60

Значения коэффициентов при истечении из отверстий

Тип местного сопротивления	г	Ф	м-
Отверстие в тонкой стенке	0,64	0,97	0,62
Короткий цилиндрический патрубок		0,82	0,82
внешний	1
выдающийся внутрь сосуда	1	0,71	0,71
с хорошо закругленными краями	1	0,97	0,97
Конический патрубок			0,94
сходящийся	0,98	0,96
расходящийся	1	0,45	0,45

Рассмотрим истечение жидкости из открытого сосуда (рис. II-14), имеющего площадь поперечного сечения F и донное отверстие площадью F₀. За бесконечно малый промежуток времени dT через отверстие вытечет объем жидкости dQ, равный

dQ = [iF₀w dT — /j.F₀ V2gH dT

где H — глубина жидкости в сосуде в произвольный момент времени.

За то же время уровень жидкости в сосуде понизится на величину dH, поэтому объем жидкости в сосуде изменится на величину dV = FdH

Из уравнения неразрывности следует, что

dQ = — FdH

следовательно

откуда


(XF₀ V2gH dT = — FdH


dT


FdH

pF₀ VW


(11,91)

Рис. 11-14. Истечение жидкости через донное отверстие при переменном уровне.

т


Т =


dT


F

V

2g

267. 
     о
     
268. 
     г FdH pF* V2gH
     

Полное время опорожнения сосуда определится при интегрировании уравнения (11,91):

После интегрирования получим

(11,92)

2 F Ун₁

V2g

При истечении через боковую стенку напор Н_г принимают равным глубине погружения центра тяжести отверстия.

Если происходит неполное опорожнение сосуда, то в сосуде остается слой жидкости глубиной Я₂. В этом случае время истечения жидкости из сосуда определится из выражения

(11,93)

2F {VH_l — VНо)
pf₀V2g

Приведенные уравнения могут быть также использованы при расчетах заполнения сосуда. Если поперечное сечение сосуда

изменяется по высоте, то это изменение скажется и на расчете Т, так как в этом случае F зависит от Н, т. е.

_dT _ F(H)dH (Ц.94)

Ц/⁷» V 2gH

Истечение через водосливы. Водосливом называют перегораживающую поток стенку, через верх которой происходит переток жидкости. Верхняя кромка, или гребень водослива, может иметь различную конфигурацию, определяемую назначением водослива (рис. II-15). Различают водосливы следующих типов: с острой кромкой (рис. Н-15, а), с широким порогом (рис. II-15, б), практического профиля (рис. II-15, в).

В зависимости от соотношения длины гребня водослива и ширины потока различают водосливы без бокового сжатия (длина гребня водослива равна ширине потока) и с боковым сжатием (длина гребня водослива меньше ширины канала). В плане гребень водослива может быть прямым, косым или иметь более сложную конфигурацию.

Участок потока перед водосливом называется верхним бьефом, а за водосливом — нижним бьефом. Если уровень потока в нижнем бьефе сразу за водосливом не превышает его гребня, то водослив называется незатопленным, в противном случае — затопленным.

Водослив с острой кромкой. Расход жидкости через такой водослив можно определить по аналогии с определением расхода жидкости через затопленное отверстие по формуле

<3^4«ВГ21(Я + ^-)³'¹ ("Л

269. 
     где В — ширина порога водослива; Н — напор жидкости над порогом водослива; ai„ — скорость подхода жидкости к гребню водослива; а — коэффициент распределения скоростей; т — коэффициент расхода.
     
270. 
     
     
271. 
     Рис. 11-15. Водосливы ОСНОВНЫХ ТИЛОВ.
     

При достаточной ширине и глубине канала скоростью подхода жидкости w₀ можно пренебречь и пользоваться более простым уравнением

Q = -j- тВ V2g #^3/2 (П,96)

Средняя величина коэффициента расхода т =0,63. Для других конфигураций водосливов имеются соответствующие уравнения, приводимые в гидравлических справочниках.

Измерение скоростей и расходов жидкости. Для измерения расхода жидкости применяют специальные приборы.

Расходомер Вентури (рис. II-16). Этот прибор состоит из двух цилиндрических труб, соединенных одна с другой двумя коническими патрубками. В сечениях 1—1 и 2—2 установлены пьезометрические трубки, разность уровней жидкости h, в которых указывает разность давлений в этих сечениях. Если записать уравнение Бернулли для сечений 1—1 и 2—2, то, пренебрегая

Pi

PS

потерями на рассматриваемом участке, получим

_£i_ I Л±_ =_£*_ I PS ' 2g PS 2g"

Рис. 11-16. Схема расходомера Вентури.

поскольку

--5i- =А
PS

ТО

h =-^

Использовав уравнение постоянства расходов w₁F₁ — w₂F₂, получим

Следовательно, искомый расход жидкости составит

Полученное уравнение не учитывает неравномерности распределения скоростей, потерь напора между рассматриваемыми сечениями, поэтому приходится вводить поправочный коэффициент ад, который устанавливается опытным путем, т. е.

Q=uq .Jl—=VWh (И,97)

V ^lh^)

Диафрагма (рис. II-17) представляет собой диск с отверстием в центре, острая кромка которого размещена на входе потока. Диафрагма закрепляется между фланцами трубопровода. Расход определяется по разности уровней в пьезометрических трубках до и после диафрагмы по формуле

Q = С Vh (11,98)

Коэффициент С определяется опытным путем при тарировке диафрагмы.

Ротаметр (рис. II-18) состоит из вертикальной конической трубки (обычно стеклянной), внутри которой находится поплавок. При движении жидкости снизу вверх поплавок поднимается до определенного уровня, обусловленного величиной расхода жидкости, который рассчитывают по формуле

Q = Са Л/ 2g-^- • (II ,99)

Г Г п Р

где а — площадь щели между поплавком и стенкой; Vn — объем поплавка; F_n — площадь горизонтального сечения поплавка; р_п и р —■ плотность материала поплавка и жидкости соответственно.

Коэффициент сопротивления С является функцией числа Рейнольдса для щели и определяется при тарировке ротаметра. Обычно строят тарированную кривую h (Q). Варьируя размеры поплавка, можно перекрыть значительный диапазон расходов для одной и той же трубки.

Трубка Пито — Прандтля (рис. II-19) служит для замера скоростей. Диаметр трубки может быть весьма малым —до 0,5 мм и поэтому считается, что замеряется локальная скорость. Трубка Пито — Прандтля включает прямую трубку для измерения пьезометрического напора p/pg и изогнутую под углом 90° с открытым

Рис. II-18. Схема устройства ротаметра:

1 — корпус; 2 — поплавок.

Рис. 11-19. Схема замера скорости трубкой Пито-Прандтля.

концом, направленным навстречу потоку жидкости, для измере- ния полного напора p/pg + w²/2g. Конструктивно трубки объединены в одном корпусе. Разность уровней h в обеих трубках равна величине скоростного напора. Следовательно, w = [/2gh. Практически в это уравнение приходится вводить поправочный коэффициент, учитывающий искажение потока и потери напора в самой трубке, т. е.

w^C^Zgh (11,100)

Поправочный коэффициент С определяется для каждой трубки опытным путем. Обычно С = 1,0—1,04 в зависимости от точности изготовления трубки и ее размеров.

Движение жидкости в напорных трубопроводах и их расчет.

Трубопроводы служат для доставки продуктов потребителям. Конфигурация трубопроводов может быть весьма разнообразной. Различают простые и сложные трубопроводы. Простой трубопровод не имеет ответвлений па всем пути движения жидкости. Слож

ный трубопровод состоит из системы труб, включающей основную магистральную трубу и ответвления, присоединенные к ней.

Сложные трубопроводы могут быть следующих видов: с параллельным соединением труб (рис. II-20, а), разветвленные, в которых ответвления отходят от магистрали и в нее не возвращаются (рис. II-20, б), и кольцевые, представляющие собой замкнутую сеть, питаемую от основной магистрали (рис. II-20, в).

Каждый участок трубопровода должен обеспечить заданный расход при соответствующей потере напора. Это обеспечивается установкой насосов или разностью геометрических высот соответствующих точек трубопровода.

Потери напора на трение по длине рассчитывают по формуле Дарси — Вейсбаха для соответствующего участка трубопровода, местные потери напора — в зависимости от типа местного сопротивления. Обычно задаются скоростью жидкости, а затем рассчитывают потери напора, которые должны находиться в допустимых пределах. Ориентировочные скорости движения жидкости, газов и паров в трубопроводах приведены ниже, м/с:

Жидкости

Движение самотеком 0,1—0,5

Движение в трубопроводах насосов

всасывающих 0,5—1,5

V2gJr- 65

/г 75

626.•‘-ЬНД* 184

222

Г,, 227

-(АЛ 247

S 340

V 354

741. 
     
     
742. 
     Для расчета трубопровода должна быть составлена его полная схема, включающая все линейные участки, местные сопротивления и конфигурацию в пространстве вдоль трассы трубопровода.
     
743. 
     Объемный расход жидкости связан с диаметром трубопровода соотношением
     
744. 
     Q = —j— ^w (11,101)
     
745. 
     или в массовых единицах
     
746. 
     ттЛ‘2
     
747. 
     G = Qp = — шр (11,102)
     
748. 
     При увеличении скорости требуемый диаметр трубопровода уменьшается, однако возрастают потери напора. Поэтому можно выбрать диаметр трубопровода, который при заданном расходе отвечает минимальным эксплуатационным затратам. Для сложных систем задача решается с применением ЭВМ.
     
749. 
     Гидравлический удар в трубопроводах. Гидравлический удар — это явление быстрого и значительного увеличения давления в трубопроводе, вызванное резкой остановкой движущейся в нем жидкости. Гидравлический удар может возникнуть при быстром закрытии запорного устройства (крана, клапана), внезапной остановке насоса и т. п. Вследствие резкого увеличения давления при гидравлическом ударе могут быть повреждены насосы, соединения труб и их стенки.
     
750. 
     Чтобы разобраться в основных закономерностях этого явле-
     
751. 
     Рис. 11-21. Схема к расчету гидравлического удара в трубопроводе.
     
752. 
     ния, рассмотрим участок трубопровода, по которому движется жидкость со средней скоростью w (рис. П-21). Пусть в сечении 1—1 трубопровод быстро перекрывается каким-либо запорным устройством в момент времени Т.Находящаяся слева от запорного устройства жидкость должна остановиться, при этом кинетическая энергия жидкости перейдет в потенциальную энергию давления. Поскольку жидкость сжимаема, вся масса жидкости, находящаяся слева от сечения /—/, будет двигаться по инерциивправо, сжимая остановившуюся перед сечением 1—I жидкость. Если в какой-то момент времени Т -f- АТ сечением 2—2 ограничить объем жидкости, которая остановилась, то граница остановившейся жидкости 2—2 будет перемещаться влево со скоростью с. Эту скорость называют скоростью распространения волны давления (ударной волны).
     
753. 
     Остановившийся за время АТ объем жидкости ДУ можно найти из следующего соотношения:
     
754. 
     ДЕ = ЕсДТ = ЕД/ (11,103)
     
755. 
     где F = яД²/4 — площадь поперечного сечения трубопровода.
     
756. 
     Давление вблизи запорного устройства до его закрытия было равно р, а после закрытия стало р + Ар. Импульс силы F Ар, действующей в течение времени АТ, равен F Ар АТ. За это же время АТ объем жидкости AV потеряет количество движения рF Aim. Использовав теорему о количестве движения, получим F Др ДТ = pf Д/mi = pFc АТш
     
757. 
     откуда
     
758. 
     Др=рсш (11,104)
     
759. 
     Уравнение (11,104) используют для нахождения величины повышения давления Ар при гидравлическом ударе. Оно было получено Н. Е. Жуковским.
     
760. 
     Возникшее первоначально в месте перекрытия трубопровода повышение давления распространяется против течения жидкости по всему трубопроводу со скоростью с. Достигнув начального сечения 0—0, ударная волна отразится и будет двигаться в обратном направлении к сечению 1—1 и т. д. Вследствие этого находящаяся в трубопроводе жидкость будет совершать колебательные движения, которые будут затухающими, что обусловлено гидравлическими сопротивлениями.
     
761. 
     
     /г
     
     
     К! р
     
     
     +
     
     
     Kd
     
     Её
     
     
     (11,105)
     
     Скорость распространения ударной волны с зависит от свойств перекачиваемой жидкости, материала, диаметра, толщины стенки трубы и определяется по уравнению
     
762. 
     где К. — модуль упругости жидкости (величина, обратная коэффициенту сжимаемости), Па; р — плотность жидкости, кг/м⁵; Е — модуль упругости материала трубы, Па; d и б — диаметр трубопровода и толщина его стенки соответственно, м.
     
763. 
     Если £6 > Kd, то скорость распространения ударной волны равна скорости распространения звука в жидкости и определяется по следующему уравнению:
     
764. 
     с=]/^ГХ (П.106)
     
765. 
     При гидравлическом ударе давление в трубопроводе достигает значительных величин. Для водопроводных труб из стали и чугуна
     
766. 
     
     65
     
     отношение Ар (в МПа) к скорости движения жидкости w (в м/с) составляет
     
767. 
     -^- = [,0 — 1,4 (11,107)
     
768. 
     Для борьбы с гидравлическим ударом применяют различные приспособления, увеличивающие время срабатывания запорных устройств, автоматически действующие предохранительные клапаны, воздушные колпаки и т. п.
     
769. 
     Элементы трубопроводов. Трубопровод включает в себя следующие основные элементы: трубы, фасонные части или фитинги (отводы, крестовины, переходы с одного диаметра на другой и др.), соединения (фланцевые, муфтовые, цапковые, сварные), арматуру.
     
770. 
     Для изготовления труб применяют стали (углеродистые, легированные), чугун, цветные металлы, фаолит, винипласт, полиэтилен, стекло и др. Применение того или иного материала определяется агрессивностью среды, рабочими давлением и температурой.
     
771. 
     Для соединения отдельных участков трубопроводов, а также для установки арматуры, приборов контроля и автоматики применяют неразъемные (сварные) и разъемные (фланцевые, резьбовые) соединения. Плотность разъемных соединений должна обеспечиваться как при рабочих давлении и температуре, так и при заполнении трубопровода продуктом.
     
772. 
     Для условных давлений до 2,5 МПа и температур до 300 °С используют плоские приварные фланцы, а для условных давлений до 25 МПа фланцы приварные встык (воротниковые): для температур до 425 °С из углеродистых сталей и для температур выше 425 °С из легированных сталей.
     
773. 
     Плотность фланцевых соединений, работающих при условных давлениях (до 4 МПа), обеспечивается плоскими или гофрированными прокладками, изготовленными из паронита, картона, асбеста, фторопласта, а также асбометаллическими прокладками в зависимости от среды, давления и температуры. Для условных давлений свыше 6,4 МПа применяют металлические прокладки овального сечения и линзовые уплотнения. Для паропроводов, трубопроводов горячей воды, нефтепродуктопроводов широкое применение нашли прокладки из паронита.
     
774. 
     Применение фланцев определяется ГОСТом. На рис. II-22 приведены основные типы фланцевых соединений.
     
775. 
     Фланцевые соединения обеспечивают хорошую герметичность стыков, удобство их подтяжки, надежную прочность, возможность применения для широкого интервала давлений, возможность многократной разборки и сборки. Вместе с тем эти соединения имеют и некоторые недостатки: возможность потери герметичности при вибрации трубопровода, большие габариты и масса, большая трудоемкость сборки. Особенно это проявляется при ³использовании трубопроводов больших диаметров для средних и высоких давлений.
     
776. 
     Основные типы применяемых прокладок для фланцевых соединений приведены на рис. II-23.
     
777. 
     Рис. 11-22. Основные типы фланцевых соединений:
     
778. 
     Для соединения труб и присоединения арматуры с условным проходом менее 80 мм применяют резьбовые соединения — муфтовое и цапковое (рис. II-24).
     
779. 
     а — плоские приварные встык; б — плоские приварные накидные; в — плоские приварные встык типа выступ—впадина; г — плоские приварные встык типа шип —паз; д — плоские приварные встык с прокладкой овального сечения; е — плоские приварные встык с линзовой прокладкой.
     
780. 
     В муфтовом резьбовом соединении герметичность достигается применением мелкой резьбы соответствующей длины и поперечного сечения, а также специальных смазок, не растворяющихся в перекачиваемом продукте и обладающих большой вязкостью при рабочих условиях. В цапковом соединении герметичность обеспечивается металлической прокладкой, которая зажимается накидной гайкой между специально обработанными поверхностями соединяемых труб, а также специальными смазками.
     
781. 
     Арматура. Для переключения потоков жидкостей или газов, транспортируемых по трубопроводам, служит специальное оборудование, которое носит общее название — арматура. Арматуру принято классифицировать по конструкции привода, выполняемым функциям и конструктивным особенностям.
     
782. 
     В зависимости от конструкции привода различают приводную и самодействующую арматуру. В приводной арматуре для управления затвором служит привод: механический, электрический, пневматический и др. В самодействующей арматуре движение рабочего органа (затвора) осуществляется автоматически при изменении какого-либо параметра среды (скорости, давления, температуры и т. п.).
     

783. 
     В зависимости от выполняемых функций различают арматуру запорную, обратные и предохранительные клапаны, дросселирующую и регулирующую. Запорная арматура (задвижки, вентили, краны) предназначена для включения или отключения потоков перекачиваемых сред. Затвор обратных клапанов закрывается при изменении направления движения потока. Назначение арматуры других видов ясно из ее названия.
     
784. 
     Рис. 11-29. Основные типы прокладок для фланцевых соединений:
     
785. 
     а — плоская из прессованного асбеста, ларонита, алюминия; б — плоская металлическая оболочка с асбестовым заполнением; в — гофрированная металлическая оболочка с асбестовым заполнением; г — овального сечения; д — полукруглого сечения цельнометаллическая.
     
786. 
     Арматура предназначена для оперативных переключений, обеспечивающих протекание технологических процессов, а также для отключений отдельных участков трубопроводов и аппаратов при ремонтах, авариях и др. На трубопроводах технологических и энергетических установок арматура эксплуатируется весьма интенсивно, подвергаясь воздействию высоких и низких температур, давлений, вибраций, агрессивных жидкостей и газов. Поэтому арматура должна быть надежной и долговечной, а ее тип и конструкция должны отвечать рабочим условиям. Правильный выбор арматуры в значительной степени предопределяет длительную безаварийную работу как самой арматуры, так и всей технологической установки.
     
787. 
     Основные требования, которые предъявляют к арматуре установок нефтегазопереработки, — это прочность, герметичность, надежность, взрывобезопасность и коррозионная стойкость.
     
788. 
     Рис. 11-24. Резьбовое соединение: а — муфтовое; б — цапковое;
     
789. 
     1 — муфта; 2 — соединяемые концы труб; 3 —прокладка; 4 — гайка.
     
790. 
     Арматуру классифицируют также по величинам условного давления и условным проходам. Условное давление р_у равно допустимому рабочему давлению при нормальной температуре для данного типа арматуры. С повышением температуры механические свойства конструкционных материалов снижаются. Поэтому при высокой рабочей температуре допустимое рабочее давление меньше условного. Соотношение рабочего и условных давлений для сталей, чугунов, бронзы и латуни определяется ГОСТом.
     
791. 
     
     
792. 
     
     
793. 
     
     
794. 
     
     
795. 
     
     
796. 
     
     
797. 
     
     
798. 
     
     
799. 
     
     
800. 
     
     
801. 
     
     
802. 
     
     
803. 
     
     

804. 
     
     
805. 
     
     

806. 
     Рис. 11-25. Вентиль фланцевый (I — затвор с разгрузочным золотником).
     

807. 
     
     
808. 
     
     

809. 
     Рис. 11-27. Кран сальниковый фланцевый
     
810. 
     
     
811. 
     
     
812. 
     
     
813. 
     
     
814. 
     
     
815. 
     
     
816. 
     
     
817. 
     
     
818. 
     
     
819. 
     
     
820. 
     
     
821. 
     
     
822. 
     
     
823. 
     
     

824. 
     По величине условного давления различают арматуру: низкого давления на р_у до 1 МПа, среднего давления на р_у от 1,6 до
     

4. 
   МПа и высокого давления на р_у от 10 до 100 МПа. Кроме того, можно также выделить вакуумную арматуру, предназначенную для рабочих давлений ниже атмосферного, и арматуру для сверхвысоких давлений (свыше 100 МПа).
   

825. 
     Диаметр условного прохода арматуры D_y соответствует номинальному внутреннему диаметру трубопровода, на котором устанавливают арматуру.
     
826. 
     При одном и том же диаметре условного прохода различные типы арматуры могут иметь разные проходные сечения запорного устройства (например, задвижка, вентиль, кран). По величине D_y различают арматуру малых (D_y С 40 мм), средних (D_y = 50 — 250 мм) и больших проходов (D_y > 250 мм).
     
827. 
     По конструктивным особенностям арматуру разделяют на вентили, задвижки, краны и клапаны. Затвор вентилей (тарелка, диск, игла) перемещается перпендикулярно плоскости размещения уплотнительной поверхности коппуса. Запорный орган задвижек (диск, клин) перемещается вдоль уплотнительных поверхностей корпуса. Задвижки могут быть клиновидными и параллельными, с выдвижным и невыдвижным шпинделем.
     
828. 
     На рис. II-25—II-27 представлена запорная арматура некоторых типов.
     
829. 
     На паро- и газопроводах для автоматического удаления из системы конденсата устанавливают конденсационные горшки.
     
830. 
     Арматура имеет специальную маркировку, отражающую ее основные конструктивные особенности, материал и область применения. При эксплуатации арматуры необходимо следить за герметичностью уплотнительных поверхностей, сальника и фланцевых (резьбовых) соединений. Негерметичность соединений арматуры с трубопроводом, а также сальника обычно можно устранить более сильной их затяжкой. Утечка через уплотнительные поверхности запорного устройства вызывается попаданием окалины, твердых частиц и т. п. Если уплотнительная поверхность повреждена не на всю ширину, то герметичность можно восстановить, продувая арматуру. При повреждении зеркала уплотнительной поверхности на всю ширину требуется ремонт арматуры, заключающийся в притирке уплотнительных поверхностей или в их проточке и притирке с последующей проверкой герметичности на испытательном стенде.
     
831. 
     Надежная эксплуатация арматуры в первую очередь определяется строгим соблюдением плановых сроков ревизии, которые устанавливают, исходя из особенностей эксплуатации арматуры в данной отрасли промышленности.
     
832.