Задача №2. Тепловой расчѐт трубопровода Для снижения гидравлических потерь при перекачке высо- ковязких нефтей и нефтепродуктов в ряде случаев используют подогрев. При движении по трубопроводу нефтепродукт будет остывать. Распределение температуры нефтепродукта по длине трубопровода позволит в дальнейшем более точно определить гидравлические потери.
Задание: нефть с параметрами
,Сv
и Qперекачивается
по трубопроводу диаметром dс гидравлическим уклоном
i0 .
Определить, как влияют значения начальной температуры неф-
ти T = 20, 40 и 60 ∘ С
и температуры среды
Tср
на значение
температуры нефти по длине L трубопровода. Найти распреде- ление температуры нефти по длине трубопровода при его иде- альной теплоизоляции. Построить графические зависимости температуры нефти по длине трубопровода для обоих случаев. Сравнить полученные результаты.  Варианты заданий приведены в таблице 2. Расчѐтная схема приведена на рисунке 2.1. Рисунок 2.1 – Расчѐтная схема к решению задачи №2 Принятые допущения при решении задачи №2
Нефть в данном случае является несжимаемой средой.
Режим течения нефти (жидкости) в трубе стационарный.
Гидравлический уклон i0
считается постоянной величи-
ной, поскольку диссипация механической энергии при
9
  Таблица 2 – Варианты заданий к практической работе №2
Исходные данные
|
Последняя цифра шифра зачѐтной книжки
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
расход нефти Q, м3 с
|
0.75
|
0.08
|
1.10
|
0.25
|
0.50
|
0.50
|
0.60
|
1.00
|
0.35
|
0.40
|
внутренний диаметр трубопро- вода d, м
|
0.80
|
0.90
|
0.50
|
0.20
|
0.25
|
0.60
|
0.30
|
0.40
|
0.70
|
0.80
|
длина трубопровода L, км
|
120
|
50
|
100
|
40
|
70
|
110
|
30
|
15
|
90
|
80
|
гидравлический уклон трубо- провода i0
|
0.002
|
0.001
|
0.003
|
0.004
|
0.002
|
0.005
|
0.003
|
0.004
|
0.001
|
0.005
|
коэффициент теплопереда-
чи k, Вт м2 ∘ С
|
2
|
4
|
3
|
5
|
1
|
4
|
2
|
5
|
6
|
2
|
температура окружающей сре-
ды Тср,∘ С
|
+8
|
+12
|
-3
|
-10
|
+20
|
+25
|
-5
|
+5
|
+30
|
-2
|
плотность нефти при 20 ∘С
, кг м3
20
|
835
|
начальное значение температу- ры нефти Т,∘ С
|
20
40
60
|
ускорение свободного падения
g, м с2
|
9,81
|
 10
стационарном режиме течения жидкости в трубе постоян- ного диаметра одинакова во всех сечениях трубопровода.
Плотность и теплоѐмкость нефти определяются для на- чальной температуры и считаются постоянными на всей длине трубопровода.
Коэффициент теплопередачи kсчитается постоянным по всей длине трубопровода.
Рекомендации к решению задачи № 2
Последовательно вычисляются параметры нефти
 Определяется коэффициент температурного расширения нефти и нефтепродуктов, 1 ∘ С :
0.001225
при
700 20 720
0.001183
при
720 20 740
0.001118
при
740 20 760
0.001054
0.000995
0.000937
при при при
760
780
800
20 780
20 800
20 820
0.000882
при
820 20 840
0.000831
0.000782
при при
840 20 860
860 20 880
Зависимость изменения плотности от температуры:
 20 1 20 T, кг м , (2. 1) 3
Определяется теплоѐмкость нефти по приближѐнной зави- симости:
V
 С 30.877 1.6873 0.0034T, кДж кг ∘ С , (2.2)
Уравнение притока тепла имеет вид:
V dEвнутр 4 q
gV i, (2.3)
dX d п
где
Eвнутр СVT
(при
CV const) – внутренняя энергия;
qп k (TTср)
– тепловой поток; гидравлический уклон i
может считаться постоянной величиной i i0 ;С учѐтом всех подстановок уравнение (2.3) примет вид: V СdT 4k T T gV iV dX d ср 0 После интегрирования данного уравнения определяется кон- станта интегрирования.
Константа интегрирования
T gi0 Q,
dk
∘ С ,
(2.4)
Температура нефти в участке Xтрубопровода
dkX ∘
T(X) Tср T (T Tср T ) exp C
Q , С , (2.5)
где V X 0,1.. .L[к м]; CV[ кДж кг∘ С ].
Строится график распределения температуры нефти по длине трубопровода L при значениях начальной темпера- туры нефти T= 20, 40 и 60 ∘ С (рисунок 2.2а).
При идеальной теплоизоляции трубопровода
 k 0, Вт м2 ∘ С урав нен ие (2.3) примет вид:
V dEвнутр gV i
dX 0
или V СV
dT gV idX 0
, (2.6)
Тогда изменение температуры нефти по длине идеально изолированного трубопровода:
T(X) gi0
CV
XL
dX
X0
или T(X) gi0 X,∘ С,
CV
(2.7)
Строится график распределения изменения температуры
нефти T
по длине трубопровода Lпри значениях на-
чальной температуры нефти T = 20, 40 и 60 ∘ С
идеальной теплоизоляции (рисунок 2.2 б).
при его
а)
|
б)
| а) – с реальной теплоизоляцией; б) – с идеальной теплоизоляцией Рисунок 2.2 – Распределение температуры нефти Т(а) и еѐ из-
менения T
(б) по длине трубопровода Х в зависимости от еѐ начальной температуры Т
Полученные графические зависимости сравниваются и формулируется вывод по задаче.
Вопросы для самоконтроля
Зачем подогревают нефтепродукт при его перекачке?
От каких параметров зависит изменение температуры нефте- продукта по длине трубопровода?
Покажите, для вашего варианта заданий, как изменяется тем- пература нефтепродукта по длине трубопровода? Происходит процесс нагрева или охлаждения нефтепродукта? Почему про- исходит именно этот процесс?
Как изменяется температура нефтепродукта по длине трубо- провода при его идеальной теплоизоляции?
Сопоставьте температуры нефтепродукта на половине участка трубопровода при его идеальной и реальной изоляции.
| 
Скачать 71.05 Kb.