7.7.3.Гидравлический расчет неизотермических трубопроводов

На нефтебазах имеются трубопроводы, по которым перекачиваются нефтепродукты, предварительно подогретые до температуры, значительно превышающей температуру окружающей среды. Такие трубопроводы имеют ту особенность, что вследствие неизотермичности потока вязкость нефтепродукта увеличивается по длине трубопровода, а следовательно, возрастают и потери напора на трение, приходящиеся на единицу длины трубопровода. Для коротких трубопроводов, например, технологических трубопроводов, потери напора на трение могут быть рассчитаны по формулам изотермического режима, с той лишь разницей, что расчетную вязкость следует принимать при средней температуре t_ср:

(7.36)

где t_ср – начальная температура перекачиваемого нефтепродукта, °С; t_к – конечная температура перекачиваемого нефтепродукта, °С, определяемая по формуле Шухова

(7.37)

где t₀ – температура окружающей среды, °С; k – коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду, ; d – внутренний диаметр трубопровода, м; д – длина трубопровода, м; Q – объемный расход в рассматриваемом трубопроводе, м³/с;  – плотность нефтепродукта, кг/м³; Cp – теплоемкость перекачиваемого продукта, Дж/кг·град.

Коэффициент теплопередачи для трубопроводов зависит от внутреннего ₁ и внешнего ₂ коэффициентов теплоотдачи, а также от термического сопротивления трубы, изоляции, отложений и т.д.:

(7.38)

где n – число слоев, учитываемых при расчете; _i – коэффициенты теплопроводности отложений, стали, изоляции и т.д., вт/м·град; d_i,D_i – соответственно внутренний и наружный диаметры каждого слоя, м; D_н – наружный диаметр трубопровода, м.

7.7.4.Гидравлический расчет коллекторов

Коллекторы представляют собой трубопроводы с переменным по длине расходом. Потери напора в таком коллекторе складываются из потерь напора на трение на каждом участке:

(7.39)

где n – число участков длиной l_i; h_i – потери напора на трение на i-ом участке коллектора.

Коллекторы имеют постоянный диаметр с отбором нефтепродукта через равные промежутки длиной l, определяемые расстоянием между сливно-наливными стояками.

Для удобства расчета коллектора потери напора h_i лучше вычислять по формуле Лейбензона:

(7.40)

Тогда потери напора в коллекторе можно записать следующим образом:

(7.41)

где q – расход нефтепродукта в одном сливно-наливном стояке.

Приняв qn=Q, т.е. максимальному расходу нефтепродукта в коллекторе, а nl=L, т.е. расчетной длине коллектора, можем записать

(7.42)

Выражение в скобках показывает, во сколько раз потери напора в коллекторе с переменным расходов меньше потерь напора в трубопроводе той же длины с постоянным расходом Q.

Исследуем полученное уравнение (7.42) для различных режимов течения.

При ламинарном режиме (m=1, ):

(7.43)

Поскольку , то

(7.44)

Т.е. в коллекторах с переменным расходом при ламинарном режиме потери напора на трение примерно равны 1/2 гидравлического сопротивления трубопровода той же длины с постоянным расходом.

При развитом турбулентном режиме течения (m= 0 и ):

(7.45)

Поскольку , то

(7.46)

Т.е. при развитом турбулентном режиме потери напора на трение в коллекторе с переменным расходом в 3 раза меньше потерь напора в трубопроводе с постоянным расходом.