уфимский государственный нефтяной технический университет
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
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» Эксплуатация железнодорожных терминалов приема и отгрузки углеводородов Учебно - методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Эксплуатация железнодорожных и морских терминалов приема и отгрузки углеводородов» Уфа 2021 праУ 2 Рассмотрены основные вопросы подготовки обучающихся к практическим занятиям по дисциплине «Эксплуатация железнодорожных и морских терминалов приема и отгрузки углеводородов». Представлены литературные ссылки по рассматриваемым вопросам. Учебно-методическое пособие содержит краткую теорию по рассматриваемым задачам, варианты заданий, методику и порядок выполнения расчетов, справочные данные, список использованных источников. Предназначено для подготовки магистров всех форм обучения направления 21.04.01 Нефтегазовое дело, магистерские программы «Проектирование и эксплуатация объектов трубопроводного транспорта углеводородов», «Трубопроводный транспорт углеводородов» и других смежных. Рекомендуется также для использования при курсовом и дипломном проектировании. Публикуется в авторской редакции. Составитель Пузин П.Ю., доц., канд. хим. наук Рецензенты Гареев М.М., проф., доктор. техн. наук Дмитриева Т.В., доцент канд. техн. наук © Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2021 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………………… 4 1. Железнодорожные терминалы …………………………………… 2. Гидравлический расчет сливной коммуникации………………….. 3. Список литературы…………………………………………… 4 6 25 4 Введение Наиболее эффективным видом транспорта нефти и нефтепродуктов является трубопроводный транспорт. Несмотря на это, существуют регионы, в которых наиболее рациональным способом являются альтернативные методы транспорта – водный и железнодорожный. Для эксплуатации водного и железнодорожного транспорта характерными являются процедуры слива и налива нефти и нефтепродуктов в емкости хранения, а также подготовки цистерн перед транспортировкой. Изучение процедур и требований при эксплуатации морских и железнодорожных является обязательным этапом освоения программы «Проектирование и эксплуатация объектов трубопроводного транспорта углеводородов» и необходимо для дальнейшей работы в нефтегазовой отрасли. 1. Железнодорожные терминалы Железнодорожный транспорт нефти и нефтепродуктов осуществляется в цистернах. Кроме того, доставка больших количеств нефти и нефтепродуктов в одном направлении, во-первых, требует значительного количества цистерн, а во- вторых, обуславливает пробег пустых цистерн в обратном направлении. В связи с этим железнодорожный транспорт нефтегрузов применяют на уже существующей сети при относительно небольших объемах и дальности перевозки. Важным мероприятием в отношении герметизации сливных операций должно явиться прекращение открытого нижнего слива нефти и нефтепродуктов. Проведение этого мероприятия требует соответствующего переоборудования сливных эстакад. Большое значение в деле реконструкции и рационализации железнодорожного транспорта имеет стандартизация сливных приборов у цистерн и типизация самих цистерн, проводимая на базе обновления парка цистерн, а также автоматизация их налива и слива. Перевозка наливных нефтепродуктов осуществляется железнодорожными вагонами-цистернами грузоподъемностью от 40 до 120 тонн. Изготавливаются цистерны из листовой стали толщиной 8-11мм в виде горизонтального цилиндрического резервуара Железнодорожные цистерны можно классифицировать по следующим признакам: по назначению: для наливных грузов, сжиженных, вязких, затвердевающих; 5 по наличию устройств у котла: без дополнительных устройств, с теневой защитой, с трубчатыми змеевиками подогрева, с подогревательным кожухом, с термоизоляцией, с термоизоляцией и электронагревателями, с термоизоляцией и трубчатыми змеевиками подогрева, устройством аэропневмовыгрузки; по конструкции несущих элементов: рамной или безрамной; по способу загрузки груза: открытой, закрытой; по способу выгрузки: под давлением (передавливанием, сифонированием, аэропневматический – верхний и нижний); без давления (самотѐком); по состоянию груза при движении: цистерны под давлением, без давления; по способу разогрева груза в котле: пароподогрев – наружный (кожух, змеевики), внутренний (змеевики); электроподогрев (электронагревателем); по поддержанию температурного режима груза: с термоизоляцией, без термоизоляции; по осности: 4-, 8-осные; по габаритам: ГОСТ 9238-83; по принадлежности: парк МПС (Министерство путей сообщения); парк промышленного транспорта; по грузоподъемности: от 23 до 120 тонн. Слив железнодорожных цистерн обычно производится через сливной прибор, расположенный снизу цистерны (нижний слив), а при его неисправности — через горловину (верхний слив) При маршрутном приеме и отпуске нефтепродуктов их слив и налив осуществляют на эстакадах. Эстакадой называют совокупность расположенных вдоль железнодорожного полотна с шагом 4-6 м сливо-наливных устройств, соединенных общими коллекторами и площадкой для перемещения персонала. Эстакады изготавливают из несгораемых материалов с учетом габаритов железнодорожных цистерн. Сооружают эстакады в виде длинных галерей с эксплуатационными площадками, расположенными на высоте 3—3,5 м, считая от рельса, и снабжают для перехода на цистерны откидными подвижными мостиками, которые могут опускаться на котел цистерны. Ширина прохода на эстакаде — не менее 1 м. Лестницы для подъема на нее размещают, как правило, с торцов. Эстакады классифицируются по назначению, по количеству одновременно обслуживаемых маршрутов, по виду наливаемых (сливаемых) нефтепродуктов, по исполнению.20 В зависимости от назначения различают эстакады только для налива или слива нефтепродуктов, а также для выполнения обеих операций. По количеству одновременно обслуживаемых маршрутов железнодорожные эстакады бывают односторонние и двусторонние. Односторонние эстакады 6 предусматриваются для группы цистерн общей весовой нормы (брутто) менее 700 т, а двусторонние — для нормы более 700 т. 2. Гидравлический расчет сливной коммуникации Теоретическое введение Цель гидравлического расчета зависит от того, для проектируемого или действующего объекта он выполняется. Целью гидравлического расчета для проектируемого объекта является определение оптимального диаметра трубопроводов, исходя из заданной производительности (грузооборота), вязкости и плотности нефтепродукта; определение потерь напора в трубопроводных коммуникациях и подбор насосно-силового оборудования. Целью гидравлического расчета для действующего объекта является проверка соответствия установленного насосно-силового оборудования по подаче и напору новым условиям эксплуатации (изменение грузооборота, ассортимента нефтепродуктов, реконструкция технологических коммуникаций). В обоих случаях, исходя из требуемого (имеющегося) количества сливных устройств, вычерчивается технологическая схема трубопроводной коммуникации, которая разбивается на участки, в пределах которых диаметр труб и расход нефтепродукта постоянны, и гидравлический расчет ведется по каждому участку отдельно. Полные потери напора в коммуникации определяются по формуле где h BC , h H - потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводе коммуникации; Δz - разность геодезических отметок между конечной и начальной точками коммуникации; h ОСТ - остаточный напор в конце коммуникации. Задание Выполнить гидравлический расчет технологической коммуникации для слива нефтепродукта из железнодорожных цистерн через установки нижнего слива УСН (см. рисунок 1.1) при следующих исходных данных (см. таблицы 1.1-1.4): - V n - полезный объем цистерны равен 60 м 3 ; - G МECMAX - максимальный месячный грузооборот, т; - ν - кинематическая вязкость при температуре слива, мм 2 /с; - ρ - плотность нефтепродукта при температуре слива, кг/м 3 ; 7 - Δz - разность геодезических отметок, м; Δz =5м; - h взл - максимальный уровень взлива нефтепродукта в резервуаре; h взл =h ост =10,5м; - Ɩ вс : - длина всасывающей коммуникации, м; - Ɩ наг - длина нагнетательной коммуникации, м. 1 - основание; 2 - труба коренная; 3 - шарнир горизонтальный; 4 - пружинное устройство; 5 - труба концевая; 6 - присоединительная головка; 7 - шарнир вертикальный; 8 - сливной прибор цистерны Рисунок 1.1 - Принципиальная схема установки нижнего слива 8 Таблица 1.1 - Исходные данные к задаче «Гидравлический расчет сливной коммуникации» (группа 1) 9 Таблица 1.2 - Исходные данные к задаче «Гидравлический расчет сливной коммуникации» (группа 2) 10 Таблица 1.3- Исходные данные к задаче «Гидравлический расчет сливной коммуникации» (группа 3) 11 Таблица 1.4 - Исходные данные к задаче «Гидравлический расчет сливной коммуникации» (группа 4) 12 Методика расчета 1 Определяем суточный грузооборот нефтепродукта 2 Определяем требуемое количество сливных устройств. 2.1 Общая весовая норма (брутто) группы цистерн G сут < 700 т. В этом случае на нефтебазе предусматривается строительство одиночных сливных устройств или односторонней эстакады, исходя из числа одновременно обрабатываемых цистерн. Как правило, одиночные сливные устройства применяются, если число цистерн не превышает трех. 2.1.1 Слив нефтепродукта с использованием одиночных сливных устройств. 2.1.1.1 Необходимое число одиночных сливных устройств Полученное число устройств округляется до целого значения в большую сторону. 2.1.2 Слив нефтепродукта с использованием односторонней эстакады. 2.1.2.1 Определяем расчетное число маршрутов где G M - грузоподъемность маршрута, G M =2-4 тыс. т. 2.1.2.2 Определяем необходимое число сливных устройств где k - коэффициент, учитывающий количество маршрутов, поступающих на нефтебазу в сутки, определяется по таблице 1.5. Таблица 1.5 - Рекомендуемое значение коэффициента k Количество маршрутов Значение коэффициента k от 0,35 до 1 включительно на 1/3 маршрута более 1 до 3 включительно на 1/2 маршрута более 3 до 6 включительно на 1 маршрут 13 Полученное число устройств округляется до целого значения в большую сторону. По таблице 1.6 выбираем тип эстакады. Таблица 1.6 - Основные сведения об эстакадах для слива и налива светлых нефтепродуктов в железнодорожные цистерны 2.2 Общая весовая норам (брутто) группы цистерн G сут > 700 т. В этом случае предусматривается строительство только двухсторонней эстакады, обеспечивающей маршрутный слив, независимо от числа обрабатываемых цистерн. Выбор типа эстакады осуществляется в соответствии с п. 2.1.2 (п.п. 2.2.1, 2.2.2). 2.2.3 Определяем необходимое число эстакад где з - время занятия эстакады маршрутом с учетом времени на технологические операции, подачу и уборку цистерн, ч. Согласно «Правилам перевозок жидких грузов наливом в вагонах- цистернах и бункерных полувагонах» время сливных операций в механизированных пунктах слива нефтепродуктов из двухосных цистерн и бункерных полувагонов принимается равным 1 ч 15 мин, из четырехосных (и более) цистерн и бункерных полувагонов -2 ч. Цистерны моделей 15-890, 15-892, 15-894 с полезной вместимостью V ц =60 м 3 относятся к четырехосным. 3 Для полученного числа сливных устройств вычерчивается схема технологической коммуникации, которая разбивается на участки» в пределах которых расход постоянен (см. рисунок 1.2). 4 Определяем значения коэффициентов местных сопротивлений для каждого 14 участка и сводим их в таблицу 1.7. а) односторонняя эстакада (одиночные сливные устройства); б) двухсторонняя эстакада; I- установка нижнего слива (УСН); II - коллектор; III - линия всасывания; IV- линия нагнетания 5 15 Рисунок 1.2- Расчетная технологическая схема Таблица 17 - Перечень местных сопротивлений и значения их коэффициентов i по участкам 5. Определяем потери напора в установке нижнего слива (I участок). 5.1 Определяем расход нефтепродукта где сл - время непосредственного (без учета времени на вспомогательные операции: присоединение и заправка сливных устройств, замер взлива, выполнение приемных анализов и т.п.) слива маршрута или группы цистерн не должно превышать 80 мин. 5.2 Определяем ориентировочный диаметр установки нижнего слива где w 0 - ориентировочная скорость течения жидкости, которая зависит от вязкости нефтепродукта и назначения трубопровода (см. таблицу 1.8). 16 Таблица 1.8 - Рекомендуемые значения средней скорости нефтепродукта Кинематическая вязкость нефтепродукта, мм 2 /с Средняя скорость, м/с на линии всасывания на линии нагнетания менее 11,5 1,5 2,5 от 11,5 до 27,7 1,3 2,0 от 27,7 до 72,5 1,2 1,5 от 72,5 до 145,9 1,1 1,2 от 145,9 до 438,5 1,0 1,1 от 438,5 до 877,2 0,8 1,0 Найденный ориентировочный диаметр округляем в большую сторону до ближайшего стандартного значения d УСН . Условные проходы патрубков установок нижнего слива нефтепродуктов - 150, 175, 200, 250 и 300 мм. 5.3 Определяем скорость течения жидкости 5.4 Определяем параметр Рейнольдса 5.5 Определяем переходные числа Рейнольдса: где K э - относительная эквивалентная шероховатость внутренней стенки трубы. где K э - эквивалентная шероховатость стенки трубы (см. таблицу 1.9). 17 Таблица 1.9 - Эквивалентная шероховатость К э стальных труб 5.6 Определяем коэффициент гидравлического сопротивления (см. таблицу 1.10). 5.7 Определяем приведенную длину УСН где Ɩ Г =3,4 м Таблица 1.10 - Значения коэффициента гидравлического сопротивления л в зависимости от режима течения жидкости 5.8 Определяем потери напора в УСН 18 6 Определяем потери напора в коллекторе (II участок). Расчет ведется в той же последовательности, что для УСН. Расчет выполняется для половины коллектора, поскольку левая и правая части коллектора представляют собой параллельно соединенные трубопроводы, потери напора в которых равны между собой. В случае нечетного числа УСН, подключенных к коллектору, расчет выполняется для части коллектора с большим числом УСН. Расход нефтепродукта в половине коллектора где п - число УСН, подключенных к коллектору. Ориентировочный наружный диаметр коллектора определяется по формуле (1.8) и округляется до ближайшего стандартного d K H . Стандартный диаметр труб коллектора (трубопроводов на линии всасывания и нагнетания) принимается в соответствии с таблицами 1.11,1.12. Таблица 1.11 - Бесшовные трубы (ГОСТ 550-75) Наружный диаметр, мм Номинальная толщина стенки, мм 48 4;5 60 4;5;6 76 4;5;6;8 89 4;5;6;7;8 108 4;5;6;7;8 114 6;7;8;9;10;11 127 6;7;8;9;10;11;12;14 133 5;6;7;8;9 146 11 152 6;7;8;9;10;11;1;14;16 159 6;7;8;9;10;11;1;14;16 168 11 ;12 194 7;8;9; 10; 12 219 8;9;10; 11 ;12; 14; 16; 18;20 19 Таблица 1.12 - Трубы сварные (ГОСТ 20295-85) Внутренний диаметр коллектора определяется по формуле Потери напора в коллекторе определяются по формуле где К - коэффициент, учитывающий неравномерность расхода по длине коллектора; К =1/2 - при ламинарном режиме течения жидкости; К =1/3 - при турбулентном режиме течения жидкости. 7 Определяем потери напора в трубопроводе линии всасывания h ВС . Расчет ведется в той же последовательности, что и для УСН. 8 Определяем потери напора в трубопроводе линии нагнетания h Н . Расчет ведется в той же последовательности, что и для УСН. 9 Определяем полные потери напора в сливной коммуникации: 10 По полученным значениям расхода в линии нагнетания q H (м 3 /ч) и H 1 ,(м) подбираем насос (см. рисунки 1.3-1.10). 20 Рисунок 1.4 - Характеристика насоса 5НДв; n=1450 об/мин 21 Рисунок 1.5 - Характеристика насоса К 150-125-315; n=1450 об/мин Рисунок 1.6 - Характеристика насоса 8НДв-Х; n=960 об/мин 22 Рисунок 1.7 - Характеристика насоса 6НДв; n=1450 об/мин Рисунок 1.8 - Характеристика насоса 6НДв-Х; n=1450 об/мин Рисунок 1.9 - Характеристика насоса 12НДс; n=960 об/мин 23 Рисунок 1.10 - Характеристика насоса К 200-150-250; n=1450 об/мин 11 Для построения совмещенной характеристики насоса и трубопроводной коммуникации, используя программу «РАКЕТ1», определяем потери напора при различных значениях расхода в интервале характеристики насоса. Результаты расчета сводим в таблицу 1.13с учетом п.9. Распечатки с расчетами приводятся в приложении работы с указанием номеров участков. Таблица 1.13 - Результаты расчета потерь напора в трубопроводной коммуникации 24 Параметры Q-H характеристики насоса сводим в таблицу 1.14. Таблица 1.14 - Параметры Q-H характеристики насоса 12 По результатам таблиц 1 13, 1.14 строим совмещенную характеристику насоса и сливной трубопроводной коммуникации (см. рисунок 1.11), по которой определяем расходы нефтепродукта в трубопроводной коммуникации при пустом (Q 1 ) и полном (Q 2 ) резервуаре. 1 характеристика трубопроводной коммуникации при полном резервуаре; 2 характеристика трубопроводной коммуникации при пустом резервуаре; 3 характеристика насоса Рисунок 1.11 - Совмещенная характеристика насоса и сливной трубопроводной коммуникации 13 Делаем вывод о том, как изменяется расход в трубопроводной коммуникации в процессе слива нефтепродукта и соответствуют ли полученные значения расхода Q 1 и Q 2 нормативному времени слива нефтепродукта. В случае несоответствия, дать рекомендации по его устранению. 25 Список литературы: 1. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / Тугунов П.И., Новоселов В.Ф., Коршак А.А. –Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. – 658 с. 2. РД 31.82.01-95. Требования безопасности труда, которые должны учитываться при проектировании новых, реконструкции и модернизации действующих морских портов, перегрузочных комплексов и отдельных объектов. 3. Коршак А.А. Нефтебазы и АЗС: учебное пособие /А.А. Коршак, Г.Е. Коробков, Е.М. Муфтахов. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис,2006. – 416 с. 4. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы. – М.: ГУП ЦПП, 2007. – 41 с. |