методичка. Поляков методичка по оформлению. Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска
 Скачать 3.37 Mb.
|
|
линию гидравлического уклона (рис.№ 3.2.1). Как следует из рис.№ 3.2.1 линия гидравлического уклона показывает распределение энергии жидкости (3.2.1) и ее составляющих z, g p и 55 L Н I Н II Линия гидравлического уклона g p 1 g p 2 X Z(x) I II g w 2 2 Х 1 Х 2 g p Рис.№ 3.2.1.Линия гидравлического уклона – распределение энергии и ее составляющих по длине трубопровода. g w 2 2 по длине трубопровода. Таким образом, механический смысл линии гидравлического уклона – распределение энергии жидкости по длине трубопровода. При построении рис.№.3.2.1 считаем, что объемный расход (§2.1) по длине L не меняется и нефтепровод по всей длине имеет постоянный внутренний диаметр D вн Величина h тр (2.3.10) показана на рис.№ 3.2.2. Из (2.3.10) и рис.№ 3.2.2 видно, что гидравлический уклон равен i = L h = tg , (3.2.4) где – тангенс угла наклона линии гидравлического уклона. Таким образом, механический смысл гидравлического уклона – поте- ря напора на единицу длины. Из вышесказанного следует необходимость конкретизации этапа “Тех- нологическое проектирование” представленной на рис.№ 2.2.1 последова- тельностью действий (рис.№ 3.2.3). 56 L Н I Н II Линия гидравлического уклона g p 1 g p 2 X Z(x) I II g w 2 2 Х 1 Х 2 g p h тр = i L Рис.№ 3.2.2.Линия гидравлического уклона и величина h тр Задание на проектирование – {Q,L, , } Технологическое проектирование – определение трех вариантов внешнего диаметра трубы D н D н1 D н2 D н3 Инженерные изыскания – {z(x),T} ………………. Рис.№ 3.2.3.Схема общей последовательности действий в рамках технологического проектирования. 57 Пример № 3.2.1. Выбор диаметра для проектируемого нефтепровода. В соответствии с Таблицей № 3.2.1 и указанным в Задании на проекти- рование значением массового расхода 50 [млн.т.∙год -1 ] необходимо выбрать три варианта наружного диаметра D н1 = 820 [мм], D н2 = 1020 [мм], D н3 = 1067 [мм]. (3.2.5) Из формулы (2.1.1) следует формула для расчета скорости нефти w = 2 4 D Q . (3.2.6) В соответствии с полученным в Примере № 2.1.1 значением секундной пропускной способности получаем w = 2 4 D Q = 2 0426 2 4 D В рамках предварительного расчета для расчета скорости нефти исполь- зуем условный диаметр (§2.3). Тогда скорость в нефтепроводе с условным диаметром D Y = 800 [мм] будет равна w 800 = 2 4 D Q = 2 0426 2 4 D = 2 8 0 0426 2 4 = 4.066, [м с -1 ]. Если в качестве условного диаметра использовать наружный диаметр, то скорость нефти будет равна w 820 = 2 4 D Q = 2 0426 2 4 D = 2 82 0 0426 2 4 = 3.87, [м с -1 ]. Таким образом, значение скорости нефти для наружного диаметра 820 [мм] превышает указанное в Таблице № 3.2.1 допустимое значение (w < 2.5 [м с -1 ]). Поэтому данный вариант наружного диаметра не подходит для про- ектирования и в дальнейшем не рассматривается в качестве возможного. Для условного диаметра D Y = 1000 [мм] скорость нефти равна w 1000 = 2 4 D Q = 2 0426 2 4 D = 2 1 0426 2 4 = 2.6, [м с -1 ], для диаметра D Y = 1050 [мм] – w 1050 = 2 4 D Q = 2 0426 2 4 D = 2 05 1 0426 2 4 = 2.36, [м с -1 ]. Получаем, что из трех вариантов (3.2.5) наружного диаметра для предва- рительного расчета нефтепровода остаются два D н2 = 1020 [мм], D н3 = 1067 [мм]. (3.2.7) Построение линии гидравлического уклона и определение угла ее наклона – гидравлического сопротивления – позволяет перейти к определе- нию следующей принципиального величины – расчетной длины нефтепрово- да. 3.3.Расчетная длина нефтепровода. 58 Массив высотных отметок. Давление насыщенных паров. Участок нефтепровода самотечный. Перевальная точка. Расчетная длина нефтепрово- да. Определение перевальных точек. Разность отметок между началом тру- бопровода и перевальной точкой. Лупинг. Лимитирующий участок магистрального трубопровода. Техно- логического участка магистрального трубопровода. Участок магистрального трубопровода. Технологический режим работы. Требуемая длина лупинга. Обобщенная формула Лейбензона. Возможные варианты предварительного расчета. Для расчета величины потери напора на трение h тр по формуле (3.1.2) необходимо знание длины расчетного участка. Всегда ли длина расчетного участка, используемая в (3.1.2), совпадает с длиной нефтепровода, указанной в задании на проектирование? Для ответа на этот вопрос используем линию гидравлического уклона, построенную в §3.2. В общем случае профиль нефтепровода (вертикальный) (§1.3) задается в виде массива m высотных отметок (z) по длине нефтепровода (с коорди- натами х) {x i ;z i } при i=1,…,m. (3.3.1) Из рис.№ 3.3.1 видно, что давление по длине нефтепровода может сни- жаться (на восходящих участках) и возрастать (на нисходящих участках). L Н I Н II Линия гидравлического уклона g p 1 g p 2 X Z(x) I II g w 2 2 Х 1 Х 2 g p Х нп Рис.№ 3.3.1.Линия гидравлического уклона и сечение Х нп с 59 давлением нефти в нем, равным р нп Давление насыщенных паров р нп – это давление насыщенных паров транспортируемой нефти над ее поверхностью в замкнутом объеме (резерву- аре, полости трубопровода), находящихся в термодинамическом равновесии с жидкостью при данной температуре [30]. При падении давления (в сечении трубопровода с координатой Х нп ) до величины давления насыщенных паров р нп (рис.№ 3.3.1) начинается фазовый переход транспортируемой жидкости в газовую фазу, что создает условия для возникновения самотечного участка [17]. Участок нефтепровода самотечный[19] – участок линейной части магистрального нефтепровода от перевальной точки в направлении потока нефти, в пределах которого осуществляется безнапорное течение нефти, включая участок с неполным сечением. Для определения расчетной длины нефтепровода необходимо произве- сти проверку на наличие перевальных точек на трассе нефтепровода и, в слу- чае их наличия, расчетная длина нефтепровода будет определяться как расстояние от начала нефтепровода до перевальной точки. Для определения наличия и местоположения перевальных точек приме- няется следующая последовательность операций [24]: 1.Проводится гидравлический расчет нефтепровода, определяется гид- равлический уклон i (тангенс угла наклона линии гидравлического уклона (3.2.4)). 2.От последней точки профиля плюс минимальный требуемый напор на входе в конечный пункт нефтепровода (рис.№ 3.3.2) z m + h рп строятся прямые линии (под углом, тангенс которого равен гидравлическому уклону) к каждой точке профиля от 1 до m – 1. L Z I Z m i m-5 X i m-4 I m h рп i m-1 i m-2 i m-3 Рис.№ 3.3.2.Определение перевальных точек. 60 3.Определяются тангенсы углов наклона этих прямых с горизонтальной осью {i 1 ,…,i m-1 }. (3.3.2) Ищем максимальное значение среди рассчитанных тангенсов углов наклона i max из (3.3.2) и соответствующий найденному максимальному значе- нию i max номер точки профиля k. Если найденное значение больше гидравлического уклона, найденного по (2.3.11) и (3.2.4), i max i, (3.3.3) то точка (x k ,z k ) является перевальной точкой. Расчетная длина нефтепровода в случае наличия перевальной точки определяется как расстояние до нее от начала трубопровода по формуле: L = x k – x 1 . (3.3.4) Разность отметок начала и конца нефтепровода Δz в случае наличия пере- вальной точки определяется в процессе расчета как разность отметок между началом трубопровода и перевальной точкой с учетом требуемого запаса Δh над перевальной точкой. В случае отсутствия перевальной точки расчетная длина трубопро- вода определяется по формуле: L = x m – x 1 . (3.3.5) Согласно [17] гидравлический уклон (тангенс угла наклона линии гид- равлического уклона) может быть изменен путем присоединения лупинга различной длины вплоть до длины всего нефтепровода. В общем случае из- менение тангенса угла наклона линии гидравлического уклона может слу- жить разным целям. Однако в нормативных документах даются следующие определения: - Лупинг [19,24] – трубопровод, проложенный параллельно основному нефтепроводу и соединённый с ним для увеличения пропускной способности магистрального нефтепровода. - Лупинг [8] – трубопровод, дополнительно проложенный параллельно основному трубопроводу и соединенный с ним для увеличения его пропуск- ной способности. Правило параллельного соединения нефтепроводов приведено в [17]. Повышение производительности трубопровода на лимитирующих участках может производиться путем прокладки лупингов параллельно с основной ниткой трубопровода или заменой части длины трубопровода вставкой большего диаметра [24]. Это позволяет снизить гидравлические по- тери и обеспечить большую производительность перекачки без повышения напора на выходе нефтеперекачивающей станции, который может быть огра- ничен допустимым рабочим давлением на выходе НПС, потребляемой мощ- ностью насосов при ограничении номинальной мощности электродвигателей, характеристикой насосов. Лимитирующий участок магистрального трубопровода [8] – участок магистрального трубопровода между двумя соседними НПС, имеющими наименьшую пропускную способность в пределах технологического участ- 61 ка магистрального трубопровода. Технологический участок магистраль- ного трубопровода [8] – работающий в едином гидравлическом режиме уча- сток магистрального трубопровода от одной НПС с резервуарным парком до следующей по направлению перекачки НПС с резервуарным парком или до пункта назначения, для которого предусмотрен технологический режим перекачки нефти/нефтепродуктов. Участок (магистрального) трубопровода [8] – составная часть маги- стрального трубопровода, определяемая установленными границами: - в зависимости от целей разделения магистрального трубопровода на участки различают технологические участки, тарифные участки, участки об- следования и т.п.; - в качестве границ участков магистрального трубопровода используют, например, НПС, задвижки и т.п. Технологический режим работы (участка магистрального трубопрово- да) [8] – режим перекачки нефти/нефтепродуктов по технологическому участку магистрального трубопровода, который характеризуется величиной производительности перекачки, значениями давления в различных точках данного участка, реологическими свойствами нефти/нефтепродуктов, коли- чеством и номерами включенных в работу насосных агрегатов, а также дру- гими параметрами. Если для обеспечения требуемой производительности перекачки необ- ходим напор на выходе насосной станции H треб , но по техническим причинам он не может быть достигнут и ограничен значением H доп < H треб , то за счет снижения потерь напора на участке с лупингом (вставкой) требуемый напор можно снизить до уровня допустимого. Требуемая длина лупинга (вставки) при этом может быть определена по формуле L л = л ДОП ТРЕБ i i , (3.3.6) где H доп – допустимый напор на выходе станции, [м]; H треб – требуемый напор на выходе станции для обеспечения заданной производительности перекачки по трубопроводу без лупинга (вставки), [м]; i – гидравлический уклон основ- ной трубы, определяемый по формуле, [м км -1 ]; i л – гидравлический уклон на участке с лупингом (вставкой), определяемый по формуле, [м км -1 ]. Входящий в формулу (3.3.6) требуемый напор на выходе насосной стан- ции H треб должен определяться с учетом требуемой производительности ра- боты трубопровода и изменения минимального подпора на входе первого насоса последующей станции (этот вопрос рассмотрен далее). Если трубопровод имеет участок с лупингом (вставку), то гидравличе- ский уклон на этом участке связан с гидравлическим уклоном основной тру- бы соотношением через коэффициент л л = i i л . (3.3.7) 62 Если трубопровод длиной L имеет в своем составе лупинг (вставку) дли- ной L л , то потери напора h в таком составном трубопроводе можно опреде- лить по формуле h = i (L – L л ) + i л L л = i [L – (1 – л ) L л ], (3.3.8) где L – длина трубопровода, [м]; L л – длина лупинга (вставки), [м]. Для точных расчетов лупингов (вставок) используется метод последова- тельных приближений, изложенный в [24]. Для приближенных расчетов по формулам в качестве исходной применяется обобщенная формула Лейбен- зона i = 1000 m m m D Q 5 2 , (3.3.9) где , m – коэффициенты, определяющие характер течения в трубопроводе. Зависят от числа Рейнольдса в трубопроводе и граничного числа Рейнольдса Re 1 На практике при реальных режимах перекачки по стальным трубам для граничного число Рейнольдса может быть принята приближенная оценка Re 1 D вн 10 5 , и m определяются по Таблице № 3.3.1. Таблица № 3.3.1. Значение коэффициентов и m формулы Лейбензона. Условия для Характер течения в Значения Значения , числа Рейнольдса трубопроводе m [с 2 м -1 ] Re < 2300 Ламинарный режим 1 4.15 2300 < Re < Re 1 Турбулентный режим в 0.25 0.0246 зоне Блазиуса Re > Re 1 Турбулентный режим в 0.123 0.00585 зоне смешанного трения Расчетный коэффициент л , характеризующий лупинг, в приближении формулы Лейбензона может быть определен по формуле л = m m m Л D D 2 2 5 1 1 , (3.3.10) где D внЛ – внутренний диаметр лупинга, D вн – внутренний диаметр основной нитки. Общий расход Q на участке с лупингом распределяется между основной магистралью Q м и лупингом Q л в соответствии с формулами Q л = m m Л D D Q 2 5 1 = m 2 1 1 Q, (3.3.11) 63 Q м = m m Л D D Q 2 5 1 = m 2 1 Q. (3.3.12) В расчетах следует учитывать, что формула (3.3.10) для расчетного ко- эффициента л лупинга справедлива только для наиболее часто встречающе- гося на практике случая, когда режимы течения жидкости в каждой из труб на участке с лупингом, а также и в основной трубе одинаковы. В общем слу- чае режимы течения жидкости в каждой из труб на участке с лупингом и ос- новном трубопроводе, а также режимы до и после увеличения производи- тельности могут характеризоваться различными коэффициентами β и m. Для трубопровода, имеющего лупинги произведение i L в (3.1.2) опреде- ляется по формуле [24] i L = m j j j L i 1 , (3.3.13) где m – общее количество участков между соседними НПС, включая участки с лупингами; i j – гидравлический уклон на j-м участке; L j – длина j-го участ- ка. После нахождения расчетной длины нефтепровода и гидравлического уклона на участках с лупингом можно перейти к определению суммарных потерь напора по формуле (3.1.1). При технологическом проектировании ве- личину потери напора на преодоление местных сопротивлений принимают равной 2 [%] от потери напора на трение. Тогда при отсутствии потери ско- ростного напора на расчетном участке формула (3.1.1) принимает вид Н = 1.02 i L + z. (3.3.14) Пример № 3.3.1. Определение потери напора. Для расчета потери напора на трение (на преодоление сил вязкого со- противления) h тр по формуле (2.3.10) необходимо определить число Рейноль- дса по формуле (2.3.12). Для условного диаметра D Y = 1000 [мм] число Рейнольдса равно Re = D w = 6 10 25 1 6 2 = 104000. Согласно Таблице № 2.3.1 для условного диаметра D Y = 1000 [мм] при значениях числа Рейнольдса Re < 120000 коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле = 4 Re 3162 0 = 25 0 104000 3162 0 = 0.01760774. Значение гидравлического уклона находим по формуле (2.3.11) i = D g w 2 2 = 0.01776 1 81 9 2 6 2 2 = 0.006064 [м м -1 ] = 6.064 [м км -1 ]. 64 Найденное значение гидравлического уклона i позволяет по условия (3.3.3) определить наличие перевальных точек и в случае наличия переваль- ных точек найти по (3.3.4) расчетную длину нефтепровода. Для рассматрива- емого примера перевальные точки отсутствуют. Суммарные потери напора на расчетном участке определяются по фор- муле (3.3.14) Н = 1.02 i L + z = 1.02 6.064 560.98 + (45.6 – 171.0) = 3469.81 – 125.4 = = 3344.4 [м]. Из вышесказанного следует конкретизация этапа “Технологическое про- ектирование” – предварительный расчет (§3.2) суммарных потерь напора – в представленной на рис.№ 3.2.3 последовательности действий (рис.№ 3.3.3): - по формулам (2.1.10) и (2.1.9) определяем среднегодовое значение плотности, полученное при расчетной температуре нефти по каждому месяцу – Пример № 2.1.1; - по формуле (2.1.11) определяем секундную пропускную способность – Пример № 2.1.1; - по формуле (2.3.9) находим значения кинематической вязкости нефти по каждому месяцу – Пример № 2.3.2 Таблица № 2.3.1; - по формуле (3.2.6) находим значение скорости нефти – Пример № 3.2.1; - по формуле (2.3.12) находим число Рейнольдса – Пример № 3.3.1; - по значению числа Рейнольдса определяем значение коэффициента гидравлического сопротивления – Пример № 3.3.1; - по формуле (2.3.11) находим значение гидравлического уклона – При- мер № 3.3.1; - по формуле (3.3.14) находим суммарные потери напора на расчетном участке – Пример № 3.3.1. Представленная последовательность действий расчета суммарных по- терь напора и схема на рис.№ 3.3.3 имеют отличия, обозначающие |