лабораторная работа. Лабораторная 3. Расчет технологических параметров нетепроводов и нефтепродуктопроводов
 Скачать 224.3 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» Кафедра «Механика и моделирование» Расчет технологических параметров нетепроводов и нефтепродуктопроводов Рекомендовано учебно-методическим советом ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» для использования в учебном процессе в качестве элемента УЭМКД для студентов обучающихся по специальности 130602- Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов, по направлениям 140500 – Энергомашиностроение, 130602 – Авиа- и ракетостроение, 151000 - Технологические машины и оборудование при изучении дисциплины «Механика жидкости и газа» Ижевск - 2014 УДК 532.55 Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу «Механика жидкости и газа» по специальности 130602- Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов, по курсу «Механика жидкости и газа» по направлениям 140500 - Энергомашиностроение и 130602 – Авиа- и ракетостроение, 151000 - Технологические машины и оборудование и содержат необходимые теоретические сведения, варианты заданий и требования к отчету. Составители: доцент, к.ф-м.н. Королева М.Р., к.т.н. Чернова А.А. Рецензент: Настоящие методические указания являются пособием по выполнению лабораторной работы по курсу «Механика жидкости и газа». Предназначены для студентов технических специальностей всех форм обучения и направлены на закрепление лекционного материала. Содержат требования по подготовке, выполнению и оформлению практических работ, а также контрольные вопросы для самопроверки и список литературных источников. Введение Правила внутреннего распорядка 1. Лабораторные работы выполняются в соответствии с графиком учебного процесса, который доводится до студентов в начале каждого семестра. 2. Лабораторные работы выполняются индивидуально. 3. Каждый студент должен заранее подготовиться к очередному занятию, изучив лекционный и теоретический материал по теме лабораторной работы. 4. По выполненным лабораторным работам каждый студент оформляет и защищает отчет. Сроки сдачи отчета преподавателю на проверку можно узнать на соответствующем форуме в системе Moodle. Так же на данном форуме можно в реальном времени защитить отчет по лабораторной работе, ответив на вопросы преподавателя. Порядок составления отчета о лабораторной работе Составление отчета по лабораторной аботе имеет своей целью выработать у студентов навыки четкого и грамотного изложения результатов любого инженерного исследования. Отчет о выполненной лабораторной работе составляется студентом на основе записей, сделанных в личной черновой тетради в процессе подготовки и выполнения работы. Отчет оформляется на скрепленных листах стандартного формата А4. Допускается оформление отчета на развернутых листах ученических тетрадей в клетку. Отчет должен содержать: Титульный лист; Изложение цели работы и её реализации в данной лабораторной работе, включая исследуемые схемы, таблицы результатов численных экспериментов, требуемые расчеты, графики и диаграммы; Заключение или краткие выводы по итогам работы. Цель работы и её реализация должны быть изложены кратко, последовательно, с разбивкой на завершенные в смысловом отношении части, соответсвующие выполненным в работе вычислительным экспериментам и расчетам. Пояснения к работе, имеющиеся в методуказаниях, в отчете приводить не следует. Отчет должен быть составлен именно по выполнению работы. Рабочие схемы, таблицы результатов, графики и диаграммы должны иметь наименования и краткие пояснения. Итоги проделанной работы могут быть изложены в форме заключения по работе или в виде кратких выводов, которые бы конкретно, со ссылками на таблицы или графики, отвечали пунктам цели работы. Отчет должен быть подписан студентом. «Расчет технологических параметров нетепроводов и нефтепродуктопроводов.» Цель работы: Получить практические навыки в определении технологических параметров нефтепроводов. Средства и оборудование персональная ЭВМ. Теоретические сведения Трубопровод выполняет свое предназначение в том случае, если он обеспечивает перекачку необходимого количества нефтепродукта. Это количество зависит от диаметра труб, давления, создаваемого на выходе из насосной станции (НС), расстановки НС по длине трубопровода, характеристик температуры перекачиваемого продукта. Взаимосвязь этих факторов на столько существенна, что изменение одного из них требует, как правило, изменения и остальных, при условии, что пропускная способность трубопровода остается постоянной. В противном случае изменение любого из перечисленных факторов неизбежно приведет к изменению пропускной способности. Кроме этого, наличие такой взаимосвязи факторов часто приводит к тому, что некоторые из них не могут быть однозначно определены. В результате, такие факторы определяются либо из предшествующего опыта, либо на основе фактических данных. Например, характеристики перекачиваемого нефтепродукта определяются на основе лабораторных исследований, температура окружающей трубопровод среды (грунта) – по фактическим замерам или по справочникам. Диаметр труб может определяться по опыту предшествующих трубопроводов. Внутренний диаметр можно найти, используя понятие о средней скорости течения жидкости в трубе:  , (12)где  - секундный расход жидкости,  - средняя скорость ее движения.Имея заданную пропускную способность можно определить диаметр. Однако этот диаметр не всегда может оказаться лучшим. Движение любой жидкости в трубопроводах подчиняется уравнению Бернулли:  (13) ‑ геометрическая высота (напор), т.е. превышение центра тяжести рассматриваемого поперечного сечения струйки над плоскостью сравнения, выбираемой произвольно;  ‑ пьезометрическая высота (напор), т.е. высота подъема жидкости в пьезометре, подключенном к центру тяжести рассматриваемого сечения струйки, отвечающая гидродинамическому давлению  в этой точке; ‑ скоростная высота (напор), отвечающая местной средней скорости в центре тяжести сечения; Применительно к напорным трубопроводам одного диаметра, выполненным из одного материала условия протекания жидкости на каждой единице их длины будут одинаковы. Таким образом, потери напора на трение  тоже будут одинаковы. Линия гидравлического уклона будет прямой. Так как движение жидкости в таком трубопроводе будет равномерным, то и скорость ее движения будет одинаковой по всей его длине, т.е. .Это означает, что на диаграмме Бернулли линия пьезометрического напора будет параллельна линии полного напора. Ее падение будет падению линии полного напора жидкости. Из курса гидравлики известно, что потери на трение зависят от ряда факторов: коэффициента гидравлического сопротивления, длины и диаметра участка трубопровода, средней скорости течения и определяются по формуле Дарси -Вейсбаха  (14)здесь где  ‑ длина трубы,  ‑ диаметр трубы, ‑ средняя скорость движения потока, l ‑ безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом гидравлического трения (коэффициентом Дарси). Величина коэффициента l характеризует гидравлическое сопротивление трубопровода и зависит в общем случае от числа Рейнольдса  и относительной шероховатости трубопровода  ( ‑ средняя высота выступа шероховатости стенки трубы), т.е.  .Однако в реальных условиях учет одних этих факторов не достаточен для проектирования трубопровода. Необходимо учитывать рельеф местности, по которой пройдет данный трубопровод. При рельефе местности, изображенном на рисунке 1а напор, созданный в начальной точке обеспечивает компенсацию потерь напора на терние и всех подъемов рельефа (линия ОО1), а для рельефа, показанного на рисунке 1б линия гидравлического уклона (линия ОО2) соприкасается с линией трубопровода в точке С. Для того, чтобы пропустить в этом случае по трубопроводу заданное количество жидкости, необходимо увеличить скорость ее движения. Это можно сделать, создавая соответствующий гидравлический уклон (линия СС1) за счет установки НС в точке С, поднимающей в трубопроводе напор до необходимого значения.   а) б) Рисунок 1 – Влияние рельефа местности на характеристики трубопровода Таким образом, при гидравлическом расчете трубопровода возникают две взаимосвязанные задачи: расстановка НС и определение гидравлического уклона, при которых обеспечивается пропуск данного количества нефти или нефтепродукта. Основные формулы для определения потерь на трение приведены в таблице 3. Таблица 3 - Определение коэффициента гидравлического трения
В таблице 3:  ‑ эквивалентная шероховатость труб,  ‑ число Рейнольдса.Гидравлический уклон определяется как  . (15)Учитывая формулу Дарси-Вейсбаха можно записать  (16)Значение гидравлического уклона можно получить из геометрических соображений исходя из диаграммы Бернулли:  , (17)где  ,  ,  ,  - напоры и высоты в начальной и конечной точках трубопровода соответственно. Задача определения числа НС и их расстановка вдоль трубопровода связаны с технологическими параметрами и с прочностными характеристиками трубопроводов. Основной нагрузкой на трубы является внутренне давление, поэтому толщина  их стенки в основном определяется этим давлением. Если известна толщина стенки труб , то определив на основании прочностных расчетов внутренне давление , можно будет узнать предельное давление на выходе из каждой НС. Можно решить обратную задачу – по известному давлению на выходе из НС определить необходимую толщину стенок труб.Предположим, что по прочностным расчетам труба со стенкой допускает создание в ней внутреннего давления . Напор, соответствующий этому давлению на выходе из НС:  . (18)На входе в НС давление не может быть нулевым. Для нормальной работы насосов головной станции требуется создание подпора  для обеспечения безкавитационной работы первого насоса: . (19)В конечной точке трубопровода должен быть создан напор  , равный высоте продукта в приемном резервуаре (для упрощения расчетов часто принимается равной 0). Уравнение баланса напоров для трубопровода полной длины: (20)где  – число НС.Из этой формулы получаем количество Н:  . (21)Задание на лабораторную работу. Определить количество насосных станций, которые необходимо расставить по пути магистрального трубопровода для обеспечения заданной пропускной способности нефтепродукта. Исходные данные приведены в таблице 4. Таблица 4 – Исходные данные для определения технологических параметров нефтепродуктопроводов
Контрольные вопросы1. Назовите основные способы укладки магистральный трубопроводов. 2. Что такое насосная станция? Для чего используются НС? 3. Как обеспечить безкавитационный режим работы НС? 4. Запишите уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкостей. 5. Что определяется по формуле Дарси-Вейсбаха? 6. Что такое гидравлический уклон? 7. Как потери напора в трубопроводе зависят от числа Рейнольдса? 8. Что такое эквивалентная шероховатость материала? 9. Исходя из каких положений определяется количество НС по длине трубопровода? Список литературы 1. Седов Л.И. Механика сплошной среды. В 2-х томах. – М.: Наука, 2007. 2. Победря Б.Е., Георгиевский Д.В. Основы механики сплошной среды. Курс лекций – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 272 с. 3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Дрофа, 2003. 4. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Ижевск, РХД, 2000. 5. Штеренлихт Д.В., Гидравлика. М:Колосс, 2008. – 656с. 6. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистр трубопроводов. Справочное пособие. М.: Недра, 1982 – 341с. 7. Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1977 – 407 с. 8. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика, М., 1965. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(ф-ла Блаузиуса)
(ф-ла Альтшуля)
(ф-ла Альтшуля)