УМКД ГНП. УМКД, НПС, МиО ГНП , Kovalenko_2005_1. Учебнометодический комплекс для студентов специальности 170 05 01 Проектирование, сооружение и эксплуатация
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
3. Материалы, использованные в процессе обучения и контроля 3.1. Материалы к лекциям План лекций Лекция 1 1. Определение потерь напора в трубопроводе. 2. Коэффициент гидравлического сопротивления. 3. Упрощенная формула Л.С. Лейбензона. 4. Гидравлический уклон в магистралях и на участках с лупингами и вставками. Лекция 2 Эквивалентные нефтепроводы нефтепроводы переменного диаметра параллельные нефтепроводы. Определение режимов работы насосов при работе на трубопровод определение режима работы насосов при ст = 0, ст > 0, ст < 0; определение режима работы насосов при изменении температуры перекачиваемой жидкости определение режимов работы насосов при работе на сложный трубопровод определение режима работы насосов при сбросах и подкачках определение режима работы насосов при параллельном соединении определение режима работы насосов при последовательном соединении. Задание для лабораторной работы Лабораторная работа №3 Определение рабочей точки центробежного насоса Цель работы. Научиться определять режим работы нагнетателя, построить совмещенную характеристику нагнетателя при работе в системе. Общие сведения. Работа нагнетателя всегда рассматривается в связи с гидравлической характеристикой сети. Под сетью понимается трубопровод (или трубопроводы, на преодоление сопротивления в которых приходиться затрачивать энергию (напор, создаваемую нагнетателем. Наиболее простой пример сети – трубопровод длиной L (см. рис. 4.15). Рис. 4.15. Простейшая схема сети Напор жидкости создается нагнетателем Ц. На преодоление сопротивления трубопровода потребуется энергия Н (Н – полная энергия. Её можно вычислить по формуле 4.67. 2 2 1 2 1 2 2 P P v v H Z g g − − = + + ∆ ρ (4.67) где Р – давление жидкости в точке 1, Па Р – давление жидкости в точке 2, Па ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ; g – ускорение свободного падениям с υ 1 – средняя скорость жидкости в точке 1, мс υ 2 – средняя скорость жидкости в точке 2, мс ∆Z – изменение положения (уровня) жидкости, м. ∆ Q Н Ц 1 2 L Зная величину сопротивления трубопровода при различных расходах жидкости Q, можно построить гидравлическую характеристику сопротивления трубопровода (рис. 4.16) в координатах H – Q. Рис. 4.16. Гидравлическая характеристика сети Из рисунка видно, что для некоторого режима работы трубопровода с расходом В, приходиться затрачивать напор Н В на преодоление сопротивления сети. Режим работы нагнетателя на данный трубопровод (сеть) определяется графическим путём построения в одних координатах характеристик нагнетателя и трубопровода (сети. Точка пересечения этих характеристик является рабочей точкой нагнетателя (рис. 4.17). Рис. 4.17. Определение рабочей точки Уравнение (4.67) имеет несколько частных случаев а. Трубопровод горизонтален – начало и конец трубопровода имеют одинаковое высотное положение, ∆Z = 0. Тогда 2 2 1 2 1 2 2 P P v v H g g − − = + ρ . (4.68) б. Диаметры трубопровода в начальной и конечной точке одинаковы, те. одинаковы и значения скоростей, υ 1 = υ 2 . Тогда 1 2 P P H Z g − = + ∆ ρ . (4.69) Для определения "совместимости" данного нагнетателя и данного трубопровода целесообразно в этих же координатах построить характеристику КПД (рис. 4.18). Н В Q В В Q Н Н А Q А А Q Н Рис. 4.18. Работа нагнетателя в сети Желательно, чтобы рабочая точка (по подаче) располагалась в области высоких КПД. Если рабочая точка лежит в области низких КПД, то следует подобрать нагнетатель с другими характеристиками. Деление кривой КПД на области носит условный характер, приемлемость работы насоса с таким КПД определяется экономическим расчётом. Описание лабораторного стенда для снятия характеристики сети и определения рабочей точки центробежного насоса Определение основных параметров насоса и сети при их совместной работе и построение рабочей (режимной) точки производится на лабораторном стенде, изображенном в лабораторной работе №2 на рис. 2.23. Роль сети выполняет трубопровод ограниченный манометрами Ми МВ выполняемой работе жидкость подается через вентиль В во всасывающий патрубок центробежного насоса. Путём закрытия крана К и открытия крана К жидкость подается в сеть (на участке сеть все краны должны быть открыты. Кран К используется для изменения подачи в системе, которая определяется с помощью расходомера Р и секундомера. По разности показаний манометров Ми М определяются потери напора в сети. Порядок проведения испытаний 1. Проверить достаточность уровней воды в баке, в приемном и напорном резервуарах. 2. Открыть вентиль В. Закрыть кран К и открыть кран К. 3. Нажатием кнопки Пуск на приборном щите запустить насос. 4. Произвести замер показаний расходомера 1 и манометров Ми М 5. Изменяя степень закрытия крана Кот максимальной подачи доснять показаний расходомера Р и манометров Ми М. Занести их показания в таблицу. № опыта Р вх. сеть, МПа Р вых. сети, МПа V, л t, с Q, мс сети, м Область низких КПД Область высоких КПД η Н А Q А А Q Н 184 6. Выключить насос. Перекрыть все вентили и краны. Обработка полученных экспериментальных данных 1. Перевести показания манометров в паскали (систему СИ. 2. Определить потери напора на преодоление сопротивления сети по формуле 4.67. 2 2 1 2 1 2 2 P P v v H Z g g − − = + + ∆ ρ 3. Определить расход жидкости в сети как Q = V/t, (мс) 4. На миллиметровой бумаге в координатах H – Q построить график сети Н сети = f (Q). 5. На полученные графики водном и том же масштабе наложить полученные входе лабораторной работы № 2 графики Нин. С помощью графиков Н сети = f (Q), Н = f (Q), н = f(Q) определить рабочие параметры системы НА, А, η А Оформление отчета Отчет должен содержать номер лабораторной работы, её название цель работы основные расчетные формулы; – протокол испытаний – пример расчета параметров графики напорной (насоса) и энергетической (Q- η) характеристик центробежного нагнетателя график характеристики сети (сети. 3.3 Задания для практических занятий Примеры решения задач. 1. Расход перекачки дизельного топлива (д = 840 кг/м 3 ; д = 11 сСт) в нефтепродуктопроводе ( ∅ = 530 мм δ = 8 мм ∆ = 0,3 мм) равен 950 м 3 /ч. Рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления λ д Решение: Скорость течения дизельного топлива, мс 2 2 4 4 950 1.27 3.14 0.514 3600 Q d ⋅ υ = = = π Число Рейнольдса вычисляется по формуле 6 1.27 0.514 Re 59344 11 10 d − υ⋅ ⋅ = = = ν ⋅ , что означает турбулентный режим течения в зоне гидравлически гладких труб. Воспользовавшись формулой Блазеуса, получаем 4 4 0,3164 0.3164 Д Выполняется ограничение по числу Рейнольдса ( ) 1.14 1.14 27 27 Re 59344 131203 0.3 514 = ≤ = = ε 2. Определить гидравлический уклон участка нефтепродуктопровода ( D = 377 мм δ = 8 мм ∆ = 0,2 мм, перекачивающего дизельное топливо д = 11 сСт) с расходом 500 м 3 /ч. Как изменится гидравлический уклон, если стем же расходом по участку будут перекачивать бензин (б сСт)? Решение Скорость течения дизельного топлива 2 2 4 4 500 1.358 / 3.14 0.361 мс Число Рейнольдса вычисляется по формуле 6 1.358 0.361 Re 44567 11 Воспользовавшись формулой Альтшуля, получаем ( ) ( ) 0.25 0.25 68 0.2 68 0,11 0.11 0.0235 Re 361 44567 λ = ⋅ ε +Гидравлический уклон равен 2 2 1 1 1.358 0.0235 0.00612 2 0.361 2 9.81 i d g υ = λ ⋅ Если бы по нефтепродуктопроводу перекачивали бензин, то число Рейнольдса было бы равно 6 1.27 0.514 Re 817000 0,6 10 d − υ⋅ ⋅ = = = ν ⋅ , то коэффициент гидравлического сопротивления равен ( ) ( ) 0.25 0.25 68 0.2 68 0,11 0.11 0.01745 Re 361 817000 λ = ⋅ ε + = ⋅ + = , а гидравлический уклон 2 2 1 1 1.358 0.01745 0.00454 2 0.361 2 9.81 i d g υ = λ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ Задачи Расход перекачки бензина (б = 750 кг/м 3 ; б = 0,6 сСт) в нефте- продуктопроводе ( ∅ = 530 мм δ = 8 мм ∆ = 0,3 мм) равен 1110 м 3 /ч. Рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления λ д 2. Найти коэффициент гидравлического сопротивления и потери напора на трение при перекачке по трубопроводу диаметром 361 мм ( ∆ = 0,15 мм) и протяженностью 125 км дизельного топлива (д = 840 кг/м 3 ; д = 9 сСт) с расходом 400 м 3 /ч. Найти коэффициент гидравлического сопротивления и потери напора на трение при перекачке по трубопроводу диаметром 361 мм ( ∆ = 0,15 мм) и протяженностью км бензина (б = 740 кг/м 3 ; б = 0,6 сСт) с расходом 400 м 3 /ч. Каковы потери напора и давление вначале участка трубопровода, необходимое для перекачки бензина (б = 750 кг/м 3 ; б = 0,6 сСт) по участку нефтепродуктопровода ( L = 110 км D = 377 мм δ = 8 мм ∆ = 0,25 мм) с расходом 500 м 3 /ч, если высотные отметки начала и конца этого участка равны 100 им, соответственно, а давление в конце участка – 0,5 МПа Принять, что потери напора на преодоление местных сопротивлений составляют от потерь напора на трение. Определить гидравлический уклон участка нефтепродуктопровода ( D = 377 мм δ = 8 мм ∆ = 0,2 мм, перекачивающего дизельное топливо д = 9 сСт) с расходом 650 м 3 /ч. Как изменится гидравлический уклон, если стем же расходом по участку будут перекачивать бензин (б = 1 сСт)? По нефтепродуктопроводу, состоящему из двух последовательно соединенных участков ( L 1 = 110 км D 1 = 377 мм δ 1 = 6 мм ∆ 1 = 0,2 мм L 2 = 100 км D 2 = 530 мм δ 2 = 8 мм ∆ 2 = 0,25 мм) перекачивают дизельное топливо (д = 840 кг/м 3 ; д = 9 сСт) с расходом 500 м 3 /ч. С помощью эквивалентного диаметра и эквивалентной длины определить потери напора на трение в нефтепродуктопроводе. По нефтепродуктопроводу, состоящему из двух параллельных участков одинаковой длины = 377 мм δ 1 = 6 мм ∆ 1 = 0,2 мм D 2 = 530 мм δ 2 = 8 мм ∆ 2 = 0,25 мм, L = 100 км) перекачивают бензин (б = 750 кг/м 3 ; б = 0,6 сСт) с расходом 500 м 3 /ч. С помощью эквивалентного диаметра определить потери напора на трение в нефтепродуктопроводе. Определить рабочую точку совместной работы сети и насосной станции, если известно, что насосная станция оборудована двумя последовательно соединенными насосами НМ 1250 – 260 (напорная характеристика имеет вид H = 295 – 0,363 ⋅10 – 4 ⋅Q 2 ) и перекачивает нефть (н = 870 кг/м 3 ; н = 5 сСт) с расходом 1000 мча участок нефтепровода имеет длину 100 км, диаметр 530 мм ( δ = 8 мм ∆ = 0,25 мм, разность геодезических высот начального и конечного пункта составляет 30 м. 187 Определить рабочую точку совместной работы сети и насосной станции, если известно, что насосная станция оборудована двумя параллельно работающими насосами НМ 1250 – 260 (напорная характеристика имеет вид H = 295 – 0,363 ⋅10 -4 ⋅Q 2 ) и перекачивает нефть (н = 870 кг/м 3 ; н = 5 сСт) с расходом 1000 мча участок нефтепровода имеет длину 100 км, диаметр 530 мм ( δ = 8 мм ∆ = 0,25 мм, разность геодезических высот начального и конечного пункта составляет 30 м. 4. Тесты и задания для контроля за результатами обучения На оценку удовлетворительно 1. Какова цель гидравлического расчета трубопровода 2. Какова особенность определения потерь напора в местных сопротивлениях линейной части магистральных нефтепроводов 3. Записать уравнение для определения потерь напора в сети. 4. Отчего зависит коэффициент гидравлического сопротивления 5. Записать формулу Л.С. Лейбензона для определения потерь напора на трение в трубопроводе 6. Что такое гидравлический уклон 7. Что такое эквивалентные трубопроводы 8. Каким образом определяются режимы работы насосов На оценку хорошо 1. Записать уравнения для определения потерь напора в сети. Провести анализ уравнения. 2. Объяснить, почему коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса, в других случаях – от шероховатости трубы 3. Записать формулу для определения коэффициента гидравлического сопротивления в соответствии с нормами технологического проектирования. 4. Графически решить задачу по определению режима работы насосов при ст = 0, ст > 0 ист. Записать формулу Л.С. Лейбензона для определения потерь напора на трение в трубопроводе и значения коэффициентов m и β для различных режимов течения. На оценку отлично 1. Записать уравнения для определения потерь напора в сети. Провести анализ уравнений. 2. Провести анализ упрощенной формулы Л.С. Лейбензона для определения потерь напора на трение в трубопроводе. 3. Как определяется гидравлический уклон в магистралях и на участках с лупингами и вставками Модуль 5 ОЧИСТКА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ Введение Организация и проведение работ по очистке направлены на поддержание высокой пропускной способности нефтепроводов и снижение затратна перекачку. Все технические мероприятия по подготовке и проведению очистки должны осуществляться с соблюдением действующих правил технической эксплуатации, техники безопасности и пожарной безопасности на магистральных нефтепроводах. Организация и проведение очистки магистрального нефтепровода включает 1. оценку состояния его полости и определение необходимости. 2. определение вида отложений ифакторов, влияющих на их образование для выбора средств и технологии очистки 3. выбор периодичности очистки участков 4. производство работ по очистке 5. оценку и регистрацию результатов очистки Для изучения материала использовать основную (3) и дополнительную) литературу. 1. Схема изучения материала Тема занятия Тип занятия Вид (форма) занятия Количество часов 1. Оценка состояния полости магистрального нефтепровода. Виды отложений. Средства и способы удаления отложений из магистрального нефтепровода. Периодичность очистки магистрального нефтепровода. Производство работ по очистке нефтепровода. Изучение нового материала Лекция 2 2. Очистные устройства. Сигнализаторы прохождения очистных устройств. Изучение нового материала Лекция 2 3. Очистка магистральных нефтепроводов. Предварительный контроль Практическое занятие 2 4. Подбор основного оборудования насосных станций. Зачет Курсовой проект 2 189 2. Основы научно-теоретических знаний по модулю Очистка магистральных нефтепроводов 2.1. Оценка состояния полости магистрального нефтепровода В процессе эксплуатации в полости трубопровода накапливаются различные отложения, которые приводят к снижению его пропускной способности и увеличения затратна перекачку. При достижении количества отложений определенной величины необходимо проводить очистку нефтепровода. С целью определения пропускной способности и количества отложений проводится оценка состояния полости нефтепровода. Состояние полости нефтепровода оценивается сравнением эффективного диаметра с эквивалентным. Эквивалентный диаметр – это внутренний диаметр простого одно- ниточного нефтепровода, равноценного (эквивалентного) по гидравлической характеристике рассматриваемому сложному нефтепроводу без отложений. Эквивалентный диаметр определяется по фактической раскладке труб для однониточного участка нефтепровода 1 4,75 4,75 экв, (5.1) где L – общая длинна нефтепроводам суммарная длинна труб на участке с внутренним диаметром D I , м. для многониточного участка нефтепровода 1,75 4,75 1 n экв эI I D D = ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∑ , (5.2) где э – эквивалентный диаметр ой нитки n – число параллельных ниток. Для рассматриваемого участка нефтепровода, имеющего лупинги или многониточные переходы, первоначально рассчитываются эквивалентные диаметры этих отрезков участка, по формуле (5.1), а затем по формуле (5.2) определяется эквивалентный диаметр всего участка. Эффективный диаметр – это такое значение внутреннего диаметра нефтепровода, которое соответствует фактическим потерям напора и учитывает влияние различных отложений на его гидравлическую характеристику. Эффективный диаметр рассчитывается по фактическим параметрам перекачки для участков нефтепровода между НПС 1 1,75 0,25 4,75 эф h Z ⎛ ⎞ ⋅ ⋅ ⋅ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − − ∆ ⎝ ⎠ , (5.3) где L – длина участка нефтепроводам объемный расход, мс ν – коэффициент кинематической вязкости при расчетной температуре на участке, мс H – напор вначале участкам напор в конце участкам разность геодезических отметок конца и начала участка нефтепроводам. Значения объемного расхода в напора определяются на основе диспетчерских данных как среднеарифметические величины за промежутки времени (от 8 до 24 часов, в течение которых режим работы нефтепровода существенно не меняется. Вязкость и удельный вес перекачиваемой нефти определяются анализом проб товарной нефти, отобранных непосредственно из нефтепровода. Расчетная температура нефти на участке определяется по формуле 1 2 3 3 ср H K t t t = + , (5.4) где Ни К – температура нефти вначале и конце участка нефтепровода. Замер температуры производится при помощи датчиков, врезанных в нефтепровод перед насосом или термометром в струе нефти из отпускного крана камер пуска и приема очистного устройства или вобвязке насоса. При последнем способе замера температура струи нефти повышается, поэтому замеренное значение необходимо уменьшить на величину 0,005 t H ∆ = ⋅ , (5.5) где Н – напор вместе замерам вод. ст. Эффективные диаметры рассчитываются для 3 – 5 промежутков времени, по которым находится среднеарифметическое значение. Приуменьшении эффективного диаметра по сравнению с эквивалентным более чем на 1 %, то есть при 1 100% 1% эф экв D H D ⎛ ⎞ ∆ = − ⋅ ≥ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ , (5.6) требуется проведение очистки нефтепровода. Степень снижения пропускной способности нефтепровода определяется по формуле 4,75 1,75 1 100% эф экв D Q D ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ∆ = − ⋅ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ . (5.7) Степень увеличения затрат электроэнергии на перекачку заданного объема нефти определяется выражением 4,75 1 100% экв эф D N D ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ∆ = − ⋅ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ . (5.8) |