методичка. Поляков методичка по оформлению. Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска
 Скачать 3.37 Mb.
|
|
потеря напора на трение h тр Из вышесказанного следует необходимость определения потери напора на трение. Согласно [24] потеря напора на трение (на преодоление сил вязкого со- противления) h тр определяется по формуле h тр = i L, (2.3.10) где i – гидравлический уклон. Гидравлический уклон рассчитывается по формуле i = D g w 2 2 , (2.3.11) где – коэффициент гидравлического сопротивления. Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от режима дви- жения жидкости по трубопроводу, который определяется в зависимости от значения числа Рейнольдса [24] Re = D w = D Q 4 . (2.3.12) При выполнении условия Re < 2300 (2.3.13) режим движения является ламинарным (струйным) и коэффициент гидрав- лического сопротивления определяется по формуле (Стокса) = Re 64 . (2.3.14) 47 При значениях 2300 Re 2800, (2.3.15) характеризующих переходный режим от ламинарного к турбулентному, = (0.16 Re – 13) 10 -4 . (2.3.16) При условии 2800 < Re (2.3.17) режим движения является турбулентным. Формулы для определения коэф- фициента гидравлического сопротивления при этом режиме для разных чи- сел Рейнольдса и предельные значения Re, ограничивающие область приме- нения этих формул для труб различных диаметров, приводятся в Таблице № 2.3.2 [24]. Таблица № 2.3.2. Формулы определения коэффициентов гидравлического сопротивления для сварных труб. Условный По формуле При значениях По формулам диаметр D Y , = 4 Re 3162 0 Re выше: [мм] при значениях Re до: 400 56000 56000 = 0.0134 + Re 7 1 450 65000 65000 = 0.0132 + Re 7 1 500 73000 73000 = 0.0130 + Re 7 1 600 90000 90000 = 0.0126 + Re 7 1 700 100000 100000 = 0.0124 + Re 7 1 800 110000 110000 = 0.0123 + Re 7 1 900 115000 115000 = 0.0122 + Re 7 1 1000 120000 120000 = 0.0121 + Re 7 1 1200 125000 125000 = 0.0120 + Re 7 1 1400 130000 13000 = 0.0119 + Re 7 1 Диаметр условный [24] (D Y ) – установленный нормативами ряд чисел, каж- дому из которых соответствует фактический диаметр трубы (например, 48 условный – 1200 [мм], фактический – 1220 [мм]). Условный диаметр часто обозначается как D Y Факт потери энергии нефтью при ее движении по трубопроводу опреде- ляет выбор механического процесса и уравнения движения, математически его формализующего, для определения функции расхода (2.1.5) – уравнение энергетического баланса. Формирование и решение уравнения энергетиче- ского баланса – определение вариантов комбинаций значений (1.1.3) аргу- ментов и параметров функции расхода (2.1.5) и допустимых диапазонов их изменения (1.1.4) – выполняется в рамках Технологического проектирования. Сформулируем основные результаты Части 2: 1.Определен этап проектирования – уровень решаемых задач (рис.№ 1.1.1) – МН, рассматриваемый в рамках данного курса. Изучается Техноло- гическое проектирование – определение комбинации значений аргументов и параметров (1.1.3) функции проектной пропускной способности, обеспечи- вающие выполнение условий (2.1.5). 2.Выбран основной определяющий количественный показатель – про- ектная пропускная способность нефтепровода. 3.Выбран механический процесс, который функция расхода математиче- ски формализует. 4.Определено уравнение, математически формализующее функцию рас- хода – уравнение энергетического баланса. Формализацию функции эффективности (1.1.2) для расхода – уравнение энергетического баланса – рассмотрим далее. 49 ЧАСТЬ 3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ. 3.1.Суммарные потери напора по длине нефтепровода. Уравнение баланса напоров. Линейная часть магистрального трубопро- вода. Нефтеперекачивающая станция. Площадочный объект магистрального трубопровода. Гидравлические расчеты. Суммарные потери напора. Потери напора на трение. Расчетное значение кинематической вязкости. Потери напора на преодоление местных сопротивлений. Коэффициент местного со- противления. Потери скоростного напора. В качестве уравнения баланса энергии при проектировании МН исполь- зуется уравнение баланса напоров – полученная в начальном сечении трубо- провода нефтью энергия (левая часть уравнения) равна сумме потерянной при движении нефти по трубопроводу энергии и оставшейся в конечном се- чении трубопровода энергии нефти (правая часть уравнения). Основная доля потери энергии нефтью приходится на линейную часть МН. Линейная часть магистрального трубопровода (для транспортировки нефти и нефтепродуктов) (ЛЧ) [8] – объект магистрального трубопровода, предназначенный для перемещения транспортируемых нефти/нефтепродуктов, включающий собственно трубопровод, вдольтрассо- вые линии электропередач, кабельные линии и сооружения связи, устройства электрохимической защиты от коррозии и иные сооружения и технические устройства, обеспечивающие его эксплуатацию. Получает энергию нефть на нефтеперекачивающих станциях (НПС) от насосов. Нефтеперекачивающая станция(НПС) [24] – объект маги- стрального нефтепровода, включающий комплекс зданий, сооружений и устройств для приема, хранения и перекачки нефти по магистральному нефтепроводу. Нефтеперекачивающая (нефтепродуктоперекачивающая) станция [22] – площадочный объект, включающий в себя комплекс зданий, сооружений и устройств, обеспечивающих его безопасную и надежную экс- плуатацию, и предназначенный для выполнения технологических операций по приему, накоплению, учету и перекачке нефти/нефтепродуктов. НПС (ма- гистрального трубопровода) [8] – площадочный объект магистрального трубопровода, предназначенный для приема, накопления, учета, поддержа- ния необходимого режима перекачки нефти/нефтепродуктов по магистраль- ному трубопроводу. Площадочный объект (магистрального трубопровода) [8] – объект магистрального трубопровода, предназначенный для выполне- ния одной или нескольких технологических операций по приему, накопле- нию, учету, поддержанию необходимого режима перекачки, перевалке нефти/нефтепродуктов, подогреву, смешению нефти. Принципиальная разница в изменении энергии нефти – потеря энергии нефтью и передача энергии нефти – определяет: 50 - необходимость разделения МН на отдельные объекты, в частности, на ЛЧ и НПС; - разный набор технологического оборудования, устанавливаемого на ЛЧ и НПС; - разницу в технологии проектирования ЛЧ и НПС; - последовательность проектирования ЛЧ И НПС. Объем передаваемой на НПС нефти энергии – работа насосного обору- дования и всей НПС в целом – требует соответствующих затрат. Поэтому, прежде всего, необходимо точно определить величину правой части уравне- ния – объем теряемой энергии. Характеристики работы насосов – требуемое давление на входе и выходе НПС – определяются на основе гидравлических расчетов [24]. Гидравличе- скими расчетами определяются суммарные потери напора в трубопрово- дах, в том числе: потери напора на трение; потери напора на местные сопротивления; потери скоростного напора; потери преодоления разности геодезических отметок конца и начала трубопровода или его участка. Суммарные потери напора на расчетном участке измеряются в метрах и определяются по формуле [24] H = h тр + h мс + z + h ск , (3.1.1) где h тр – потери напора на трение, [м]; h мс – потери напора на преодоление местных сопротивлений, [м]; Δz – алгебраическая разность геодезических отметок конца и начала расчетного участка, [м]; h ск – потери скоростного напора на расчетном участке, [м]. Потери напора на трение определяются по формуле (2.3.10) h тр = i L, (3.1.2) в которой i – гидравлический уклон, [м км -1 ]; L – длина расчетного участка, [км]. Для расчета гидравлического уклона по формуле (2.3.11) необходимо определить значение числа Рейнольдса по формуле (2.3.12) – необходимо знание значения кинематической вязкости. Кинематическая вязкость нефти – функция ее температуры (2.3.9). Значение температуры нефти вследствие теплообмена между транспортируемой нефтью и окружающей нефтепровод средой может меняться в течение года. Поэтому при гидравлических расче- тах используется расчетное значение кинематической вязкости. Расчетное значение кинематической вязкости определяется на основе среднемесяч- ных значений вязкости по формуле = 4 12 1 25 0 12 i i , (3.1.3) 51 где i – среднемесячное значение кинематической вязкости в i-м месяце, [м 2 с]. Пример № 3.1.1. Расчетное значение кинематической вязкости транспор- тируемой нефти. Среднегодовое значение кинематической вязкости, полученное при рас- четной температуре нефти по каждому месяцу, найдем по формуле (3.1.3) в соответствии с Таблицей № 2.3.1 р = 4 12 1 25 0 12 i i = 25.0 [сСт] = 25 10 -6 [м 2 с -1 ]. Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяют- ся исходя из значения коэффициентов местных сопротивлений и расчет- ной скорости движения жидкости [24] h мс = g w 2 2 , (3.1.4) где – коэффициент местного сопротивления, определяемый по Таблице № 5.18 [24]. При этом при определении потерь напора в местных сопротивлениях расчетная величина скорости w должна приниматься равной скорости в трубе за местным сопротивлением. Общие потери напора на преодоление мест- ных сопротивлений технологического трубопровода определяются суммой потерь по всем n местным сопротивлениям h мс = n i i i g w 1 2 2 . (3.1.5) Потери скоростного напора на расчетном участке трубопровода опре- деляются по формуле h ск = g w w 2 2 1 2 2 , (3.1.6) где w 2 – скорость в конце расчетного участка, [м c -1 ]; w 1 – скорость в начале расчетного участка, [м c -1 ]. Таким образом, в соответствии с формулами (2.1.1), (2.3.10) (2.3.12), (3.1.4) (3.1.5) гидравлические расчеты производятся исходя из: объемного расхода Q; диаметра и длины расчетного участка трубопровода D вн и L; физических характеристик перекачиваемой нефти или нефтепродукта и ; разности геодезических отметок начала и конца расчетного участка Δz; наличия местных сопротивлений на участке 52 Поэтому к основным показателям магистрального нефтепровода (§2.1) при его проектировании относятся [19]: - длина нефтепровода (с учетом рельефа) – L и z(x); - расчетные значения плотности, вязкости и температуры перекачивае- мой нефти по участкам трассы – , и Т; - проектная пропускная способность нефтепровода по участкам трассы – (§2.1); - внутренний диаметр нефтепровода – D вн В качестве исходных данных при выполнении гидравлических расче- тов используются [19]: - координаты начального и конечного пунктов МН; - сжатый профиль трассы МН; - заданная годовая пропускная способность нефтепровода; - проектная вязкость и плотность нефти при расчетной температуре нефти. Для начала непосредственного расчета потерь напора на трение по фор- муле (3.1.2) необходимо знание величин гидравлического уклона i и длины нефтепровода L. Поэтому рассмотрим определение гидравлического уклона и длины нефтепровода в следующих параграфах. 3.2.Линия гидравлического уклона. Сравнение различных вариантов при различных диаметрах. Предвари- тельный расчет нефтепровода. Выбор трех вариантов наружного диаметра. Конкурирующие варианты диаметров. Ориентировочное значение внутрен- него диаметра. Полный напор. Потенциальный и кинетический напоры. Геометриче- ский, пьезометрический и скоростной напоры. Напор давления. Линия гид- равлического уклона. Распределение энергии жидкости и ее составляющих по длине трубопровода. Механический смысл линии гидравлического укло- на. Механический смысл гидравлического уклона. Для расчета гидравлического уклона (2.3.11) и числа Рейнольдса (2.3.12) необходимо знание внутреннего диаметра D вн , определяемого по (2.1.3) при известных значениях наружного диаметра D н и номинальной толщины стен- ки н трубы. Согласно [18,19] диаметр магистрального нефтепровода должен опреде- ляться на основании технико-экономического сравнения различных вари- антов при различных диаметрах нефтепровода. Диаметр нефтепровода яв- ляется одним из пяти количественных показателей, определяющих стоимость МН [1]. Выбор значений диаметров должен осуществляться из условия, чтобы скорость движения нефти в магистральном нефтепроводе была не более ско- рости указанной в Таблице № 3.2.1. При этом скорость движения нефти не должна быть менее 0.31 [м с -1 ]. 53 Таблица № 3.2.1. Зависимость пропускной способности нефтепровода от диаметра трубопровода и скорости движения нефти в МН (при значении коэффициента неравномерности перекачки 1.07 и плотности нефти 0.85 [т м -3 ]). Пропускная способность нефтепровода, Диаметр (наружный) Скорость движения нефти, [млн.т/год] [мм] [м с -1 ] 0.8 159 2.0 1.7 219 2.0 2.6 273 2.0 3.7 325 2.0 5.1 377 2.0 6.5 426 2.0 10.1 530 2.0 14.3 630 2.0 23.2 720 2.5 30.2 820 2.5 56.2 1020 3.0 60.9 1067 3.0 92.6 1220 3.5 Из Таблицы № 3.2.1 следует, что указанному значению пропускной спо- собности (первый столбец) соответствует одно значение наружного диаметра (второй столбец). Поэтому для указанного выше необходимого сравнения различных вариантов при различных диаметрах используется предвари- тельный расчет нефтепровода – без расчета и учета толщины стенки тру- бы. Предварительный расчет нефтепровода начинается с выбора трех вари- антов наружного диаметра на основании Таблицы № 3.2.1. Так, при задан- ной пропускной способности (§2.1) нефтепровода 50 [млн.т/год] выбирается ближайшее к нему указанное в Таблице № 3.2.1 значение пропускной спо- собности 56.2 [млн.т/год] и соответствующее ему значение наружного диа- метра 1020 [мм]. Два дополнительных варианта наружного диаметра – бли- жайшие меньший 820 [мм] и больший 1067 [мм] диаметры. Таким образом, для заданного значения пропускной способности нефтепровода определены три конкурирующих варианта диаметров. Часто для предварительного рас- чета нефтепровода в качестве конкурирующих вариантов используют услов- ные диаметры (§2.3). Именно значение условного диаметра и используется в формулах (2.3.11) и (2.3.12) и в Таблице № 2.3.1. Руководящим документом [24] допускает другой вариант определения диаметра. В [24] приводится формула для обоснования ориентировочного значения внутреннего диаметра нефтепровода D 0 D 0 = w Q 4 , 54 где Q – секундная подача, [м 3 с -1 ]; w – скорость перекачки, [м с -1 ]. По ориентировочному значению D 0 принимается ближайший стандарт- ный D н наружный диаметр. Выбор диаметра позволяет определить величину гидравлического укло- на и построить принципиальную для технологии проектирования и эксплуа- тации нефтепроводов характеристику – линию гидравлического уклона. Мерой полной механической энергии, принадлежащей единице веса, проходящей через данное поперечное сечение струйки, является полный напор H (полная удельная энергия). Величина полного напора определяется по выражению Н = z + g p + g w 2 2 , (3.2.1) где z – координата, называемая высотной (геодезической) отметкой (§1.3); g – ускорение свободного падения, [м с -2 ]. Полный напор (3.2.1) представляет собой сумму двух напоров – потен- циального z + g p (3.2.2) и кинетического (скоростного) g w 2 2 . (3.2.3) Потенциальный напор (3.2.2) является мерой потенциальной энергии, при- надлежащей единице веса жидкости, и определяется как сумма удельной энергии положения z (геометрический напор) и удельной энергии давления g p (пьезометрический напор). В нормативной документации [18,19,24] пьезометрический напор часто называется напором давления. Скоростной напор g w 2 2 представляет собой меру кинетической энергии, принадлежащую единице веса жидкости. Таким образом, полный напор представляет собой полную механическую энергию единицы веса жидкости, равную сумме по- тенциальной и кинетической энергий. Согласно (3.2.1) полный напор измеряется в единицах длины – в метрах. И, следовательно, полный напор может быть представлен графически. При этом величина потери напора на трение (на преодоление сил вязкого сопро- тивления) h тр (2.3.10) линейно зависит от длины расчетного участка нефте- провода. Зная значение гидравлического уклона (2.3.11) можем построить распределение полного напора (меры полной механической энергии жидко- сти) по длине нефтепровода – |