ЛР 1. ГНП. Смесеобразование при последовательной перекачке нефтепродуктов
 Скачать 109.37 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа» Лабораторная работа №1 На тему «Смесеобразование при последовательной перекачке нефтепродуктов» По дисциплине «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов» Вариант №5 Выполнил: студент группы БМТ-19-01 А.А. Жернаков Проверил: Доцент В.Ф. Абсалямова Уфа 2023 Теоретическое обоснование В настоящее время в нашей стране и за рубежом светлые нефтепродукты, бензины, керосины, дизельные топлива, которых выпускается десятки наименований, перекачивают методом, получившим название последовательная перекачка прямым контактированием. При переработке нефти с установок заводов одновременно сходит множество видов нефтепродуктов, из которых значительную часть составляют так называемые светлые нефтепродукты и, прежде всего, моторные топлива. В результате последующего компаундирования (смешивания двух или нескольких продуктов переработки нефти для изготовления топлив заданных качеств) получают различные сорта нефтепродуктов, готовых к доставке потребителю. Понятно, что сооружение отдельного трубопровода для каждого из выпускаемых нефтепродуктов было бы нерентабельно, поэтому большинство из них транспортируют по одному и тому же трубопроводу, закачивая последовательно, один за другим. Сущность последовательной перекачки прямым контактированием состоит в том, что разносортные нефтепродукты, объединенные в отдельные партии по несколько тысяч или десятков тысяч тонн каждая, закачивают в трубопровод последовательно, одна за другой, и транспортируют так до самого потребителя. При этом каждая партия вытесняет предыдущую и в свою очередь вытесняется последующей. Получается так, что нефтепродуктопровод по всей своей протяженности заполнен партиями различных нефтепродуктов, вытянутых в цепочку и контактирующих друг с другом в местах, где кончается одна партия и начинается другая. Таким образом, главным в последовательной перекачке нефтепродуктов является то, что различные виды и сорта нефтепродуктов перекачивают не по разным, а по одной и той же трубе. Однако при всех своих достоинствах последовательная перекачка имеет один существенный недостаток, состоящий в смесеобразовании отдельных нефтепродуктов при их взаимном вытеснении в трубопроводе. Если смесеобразование так называемых одноименных нефтепродуктов, например, различных сортов бензина, или различных сортов дизельного топлива, представляет сравнительно небольшую угрозу качеству нефтепродуктов, ибо нефтепродукты, относящиеся к одной группе топлив, в большей степени совместимы друг с другом, чем нефтепродукты, относящиеся к различным группам; то смесеобразование разноименных нефтепродуктов, например, бензинов и дизельных топлив, бензинов и керосинов и т.д. представляет весьма серьезную угрозу их качеству. Тем не менее, последовательная перекачка нефтепродуктов прямым контактированием получила повсеместное и широкое распространение благодаря тому, что количество смеси, образующейся в зонах контакта последовательно движущихся партий, относительно невелико. Так что при наличии больших партий транспортируемых топлив вся смесь может быть разложена по исходным нефтепродуктам с сохранением качества последних. Смесь, которая образуется в зоне контакта перекачиваемых нефтепродуктов при вытеснении одного из них другим, обусловлена объективными физическими процессами, присущими движению жидкости в трубопроводе. Если бы контактирующие нефтепродукты вытесняли друг друга наподобие жестких стержней с плоской границей раздела между ними, то их смешение в зоне контактирования, разумеется, отсутствовало бы. Однако жидкие нефтепродукты не есть твердые тела, и вытеснение одного из них другим происходит неравномерно по сечению трубы. Скорости частиц жидкости в различных точках сечения трубопровода неодинаковы: у стенок трубопровода они равны нулю, а на его оси достигают максимального значения. Поэтому вытеснение одного нефтепродукта другим происходит более интенсивно в центре трубы, в то время как у стенок трубопровода оно замедлено. Каждое мгновение клин позади идущего нефтепродукта как бы внедряется в жидкость, идущую впереди, причем тем интенсивней, чем более вытянут вдоль оси профиль осредненных скоростей. Происходит, как говорят, конвекция (или конвективная диффузия) примеси одного нефтепродукта в другом за счет и вместе с перемещающимися друг относительно друга слоями жидкости. Неравномерность распределения в сечении трубопровода осредненных скоростей жидкости не является единственной причиной, ответственной за смесеобразование нефтепродуктов в зоне их контактирования. Как правило, светлые нефтепродукты перекачивают в турбулентном режиме, при котором частицы жидкости движутся в трубе не параллельно его стенкам, а совершают хаотические турбулентные движения, подобно тому, как это можно видеть в дымовых струях, вырывающихся из труб ТЭЦ. В турбулентных потоках существует интенсивное перемешивание различных частиц по сечению трубы за счет пульсаций скорости и указанных хаотических движений отдельных частиц. Поэтому турбулентная диффузия, а именно так называют этот процесс, перемешивает клин вытесняющей и вытесняемой жидкостей по сечению трубопровода, обеспечивая их более или менее однородное распределение в каждом сечении. Таким образом, процесс смешения вытесняемого и вытесняющего нефтепродуктов происходит по следующей схеме: клин позади идущего нефтепродукта внедряется в нефтепродукт, идущий впереди, а процессы турбулентной диффузии размешивают внедрившуюся примесь по сечению трубы. При этом за счет того, что концентрация вытесняющего нефтепродукта на оси трубы больше, чем у его стенок, происходит постоянный перенос вытесняющего нефтепродукта вперед, в область, занятую вытесняемым нефтепродуктом. И, наоборот, по той же причине происходит обратный перенос вытесняемого нефтепродукта назад, в область вытесняющего. Эти два процесса неотделимы друг от друга. Они действуют постоянно и одновременно на протяжении всего времени вытеснения, определяя интенсивность продольного перемешивания, объем и длину возникающей смеси. Распределение концентрации. Смесь нефтепродуктов в зоне их контактирования характеризуется концентрацией  одного нефтепродукта (например, вытесняющего) в потоке вдоль оси  трубопровода в момент времени  . Если  и  , значит, мы имеем дело с смесью. В области смеси  , причем если  – мы находимся в области вытесняющего нефтепродукта, если же  , то – в области идущего впереди вытесняемого нефтепродукта. Функция удовлетворяет дифференциальному уравнению продольного перемешивания: относящемуся к классу уравнений «типа теплопроводности». В этом уравнении  – средняя по сечению скорость перекачки;  – коэффициент продольного перемешивания (м2/с). Для последнего существуют различные формулы, среди которых наиболее известна формула английского механика Дж. Тейлора. Эта формула после некоторой модификации может быть представлена в виде: где  – гидравлического сопротивления, вычисленные попараметрам вытесняемого и вытесняющего нефтепродуктов;  – внутренний диаметр трубопровода. Например, при вытеснении бензина  дизельным топливом  в трубопроводе с внутренним диаметром  при скорости перекачки   Существуют и другие формулы для расчета коэффициента  продольного перемешивания, например, формула Съенитцера, учитывающая некоторые поправки на перекачку нефтепродуктов в промышленных трубопроводах. Решение уравнения (1.1) имеет вид:  Интеграл, стоящий в правой части, хорошо известен в теории вероятностей как «интеграл ошибок». Для его вычисления имеются подробные таблицы. В подвижной системе отсчета  , движущейся со средней скоростью потока в трубе, распределение концентрации вытесняющего нефтепродукта имеет вид, представленный на рисунке 1.1. Жирной линией выделено начальное распределение концентрации, тонкими линиями показаны распределения концентрации в последовательно увеличивающиеся моменты времени. Рисунок 1.1 – Распределение концентрации в подвижной системе отсчета Объем смеси. Объем  смеси перекачиваемых нефтепродуктов, образовавшийся в трубопроводе к моменту времени в пределах концентраций  , определяется равенством: в которой  – объем внутренней полости трубопровода.Задания к лабораторной работе Лабораторная работа №1 базируется на компьютерной программе «Смесь». Для этого необходимо войти в файл «Практикум» и вызвать изучаемую лабораторную работу. Внимательно прочитать и закрепить теоретический материал, затем изучить основное и дополнительные задания к лабораторной работе. Далее необходимо усвоить ход и порядок выполнения работы с использованием программы «Смесь» и согласно своего варианта приступить к выполнению самого задания, которое состоит из основного и дополнительного. Основное задание. По нефтепроводу протяженностью  , внешним диаметром  , толщиной стенки  и абсолютной шероховатостью внутренней поверхности трубы  ведется последовательная перекачка бензина (кинематический коэффициент вязкости  ) и дизельного топлива (кинематический коэффициент вязкости  ) с расходом Q. Определить объем смеси, образующийся в каждом контакте партий этих нефтепродуктов.Исходные данные к расчету по вариантам представлены в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Исходные данные
 Рисунок 1.2 – Основное задание Вывод: При данных условиях получаем объем смеси  Дополнительные задания 1. Рассчитать, как изменится объем смеси, если расход перекачки уменьшить вдвое.  Рисунок 1.3 – Дополнительное задание №1 Вывод: Если расход перекачки уменьшить вдвое, то при данных условиях объем смеси увеличится на  ( 2. Определить как изменится объем смеси, если заменить часть участка длиной  трубопроводом диаметром  , толщиной стенки  и абсолютной шероховатостью внутренней поверхности  . Рисунок 1.4 – Дополнительное задание №2 Вывод: если заменить часть участка длиной  трубопроводом диаметром  , толщиной стенки  и абсолютной шероховатостью внутренней поверхности , объем смеси уменьшится на  ( 3. Рассчитать и построить график изменения объема смеси в зависимости от изменения расхода  для основного задания.Таблица 1.2 – Дополнительное задание №3
 Рисунок 1.5 – Дополнительное задание №3 Вывод: Рассчитан и построен график изменения объема смеси в зависимости от изменения расхода для основного задания; при увеличении расхода объем смеси уменьшается.4. Рассчитать и построить график изменения объема смеси в зависимости от длины трубопровода  для основного задания.Таблица 1.3 – Дополнительное задание №4
 Рисунок 1.6 – Дополнительное задание №4 Вывод: Рассчитан и построен график изменения объема смеси в зависимости от длины трубопровода для основного задания; при увеличении длины трубопровода объем смеси увеличивается.5. Рассчитать и построить график изменения объема смеси в зависимости от изменения вязкости одного из нефтепродуктов для основного задания (изменить вязкость дизельного топлива с шагом  ).Таблица 1.4 – Дополнительное задание №5
 Рисунок 1.7 – Дополнительное задание №5 Вывод: Рассчитан и построен график изменения объема смеси в зависимости от вязкости дизельного топлива для основного задания; при увеличении вязкости дизельного топлива объем смеси увеличивается. Вывод: Прочитан и закреплен теоретический материал, изучены и выполнены основное и дополнительные задания к лабораторной работе. |
