Задачник по трубопроводному транспорту нефти нефтепродуктов и газа
..pdf31
Эта система служит для определения двух неизвестных: V, и v 2 ,
скоростей течения жидкости в каждой из ветвей трубопровода. Система легко разрешается в двух случаях.
1) Если режимы течения жидкости в каждом из трубопрово дов находятся в зоне гидравлически гладких труб (зоне Блазиуса), то
^(i) _ 0,3164 |
^ ^(2) _ 0,3164 |
V v ^ /v |
y lv id jv |
41 Q 'l+ (d J1/d)1,/7’ 42 |
' Q4) |
Течение жидкости на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром d 3. Для этого доста точно принять:
d3 =d - [l + (d^d),9/7]7/l9 v3= - ^ , |
(35) |
||
|
|
7id3 |
|
. 0,3164 |
J _ |
v^_ |
|
^/v,d,/v |
d, |
2g |
|
2) Если режимы течения жидкости в каждом из трубопрово |
|||
дов находятся в зоне квадратичного |
трения, то |
= const И |
|
ДО = const. Из (33) получаем: |
|
|
|
q, = Q
|
32 |
|
|
-l2 |
|
:0) _:(2) |
Л (|,Ло |
i0 = X o 4 ~ - . (36) |
1 —1 —lo |
_1+7х(|,Д (2) (ал/а )2'5_ |
|
|
d 2g |
где v0 = 4Q /TC• d 2 Д 0 —скорость жидкости и коэффициент гид равлического сопротивления в неразветвленной части трубопро вода, соответственно.
Течение жидкости на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром d 3. Для этого доста точно принять:
1 |
v |
-|0,4 |
'i+V*.(l)A (2)-(d„/d) |
||
i = --------—, где d3 = d |
(37) |
|
d3 |
2g |
yjkmД о |
где Хэ — коэффициент гидравлического сопротивления в нераз ветвленной части трубопровода, вычисленный по эквивалентно му диаметру d3.
ЗАДАЧИ
36. Профиль участка нефтепродуктопровода ( L = 1 2 0 км, D = 530 х 8 мм, А = 0,15 мм) представлен таблицей:
X, км |
0 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
60 |
80 |
120 |
Z, м |
50 |
100 |
50 |
150 |
100 |
200 |
50 |
75 |
0 |
(х - координата сечения; z - геодезическая отметка). Давле ние р к в конце участка равно 0,3 МПа. Какой минимальный
расход дизельного топлива ( р = 840 кг/м3, V = 5 сСт,
ру =0,01 МПа) должен быть в трубопроводе, чтобы в нем
не возникали самотечные участки? Ответ. 775 м3/ч.
33
37. Профиль участка нефтепродуктопровода (L = 1 2 0 км, D = 530x8 мм,А = 0Д5 мм) представлен таблицей к предыдущей задаче № 36. Давление рк в конце участка рав
но 0,3 МПа. По трубопроводу перекачивают дизельное топливо ( р = 840 кг/м3, v = 5 сСт., ру =0,01 МПа) с расхо-
дом 650 м /ч. Определить, имеется ли в трубопроводе само течный участок и если имеется, то где он расположен?
Ответ. Имеется между 40 и 49,942 км.
38. Профиль участка нефтепровода (L = 150 км, D = 530
X, км |
0 |
25 |
50 |
75 |
100 |
125 |
150 |
Z, м |
100 |
100 |
150 |
200 |
50 |
0 |
50 |
(х - координата сечения; z - геодезическая отметка). По тру бопроводу перекачивают нефть (р = 850 кг/м3, v = 15 сСт.,
ру = 0,03 МПа). Определить давление |
р н |
в начале участка |
|||
нефтепровода, если расход Q |
перекачки |
составляет |
500 |
||
о |
|
|
|
|
|
м /ч, а давление р к в конце участка равно 0,3 МПа. |
|
||||
Ответ. ~ 1,57 МПа.; в трубопроводе имеется самотеч |
|||||
ный участок, расположенный между 75 и 81,845 км. |
|
||||
39. По |
участку нефтепродуктопровода (L = 1 2 0 |
км, |
|||
D = 529 х 8 |
мм, А = 0,2 мм), |
сжатый |
профиль которого |
представлен таблицей:__________________________ ______
X, км |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
Z, м |
50 |
100 |
150 |
100 |
200 |
120 |
40 |
(х - координата сечения; z - геодезическая отметка), ведется
перекачка |
некоторого топлива (р = 780 кг/м3,у = 3 |
сСт., |
ру = 0,02 |
МПа) с расходом 500 м3/ч, причем давление |
рк в |
конце участка равно 1 атм. Как изменится расход перекач ки, если давление в конце участка увеличить на 5 атм.?
Ответ. Не изменится.
3 — 2841
34
40. Основываясь на условии предыдущей задачи, опре делить, на сколько нужно увеличить расход перекачки (со хранив при этом давление в конце участка трубопровода) для того, чтобы самотечный участок, имеющийся в трубо проводе, исчез.
Ответ. На 17,9 атм.
41. Данные о профиле нефтепродуктопровода, транс портирующего бензин (р = 735 кг/м3, ру =0,07 МПа), приведены в нижеследующей таблице:__________ _____
X, км |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
Z, м |
75 |
180 |
250 |
350 |
230 |
50 |
р, МПа |
ЗД |
|
|
|
|
0,3 |
(х координата сечения; z - геодезическая отметка). Опре делить, имеются ли в этом трубопроводе самотечные участ ки и, если есть, то где они расположены. Найти давления в сечениях, пропущенных в таблице. Давления, выраженные в МПа, округлять с точностью до десятых.
Ответ. Имеется один самотечный участок с началом в сечении 60 км и протяженностью 34,975 км.________
X, км |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
р, МПа |
3,2 |
2Д |
1,2 |
од |
ОД |
0.3 |
42.Расход нефти на самотечном участке нефтепровода ( D = 720 х 10 мм, а = -1 °) равен 2000 м3/ч. Какова степень заполнения сечения трубопровода нефтью ( v = 25 сСт) на этом участке?
Ответ. 50,4 %.
43.Профиль нисходящего участка АВ нефтепродукто
провода ( L = 5000 м, D = 530 х 8 мм, А = 0,3 мм) наклонен
к горизонту под углом а = 5° При перекачке бензина (р = 735 K T/ M 3, V = 0,6 сСт.) с расходом 700 м3/ч нем образу
ется самотечный участок длиной 2000 м, считая от пере вальной точки А. Определить объем парогазовой полости.
Ответ. 318 м3
35
44. По участку нефтепровода (L = 125 км, D = 530 мм, 6 = 7 мм, А = 0,2 мм) транспортируют нефть ( v = 8 сСт.) с
расходом 1000 м /ч. Создаваемый перекачивающей станци ей напор повысить нельзя, поэтому для увеличения пропу скной способности участка на 20 % решено сделать вставку
из трубопровода с большим диаметром (D B = 720x10 мм,
Дв =0,15 мм). Какой длины должна быть такая вставка?
Ответ. 45,655 км.
45. Перекачка авиационного керосина (топлива само
летного ТС-1), р = 820 |
кг/м3, v = 2,5 |
сСт., ведется с расхо- |
о |
|
|
дом Q = 300 м /ч по участку практически горизонтального |
||
нефтепродуктопровода |
(D = 325x6 |
мм, А = 0,15 мм, |
L = 120 км). Для увеличения пропускной способности этого участка на 25 %, ввиду невозможности повысить рабочее давление на перекачивающей станции, решено сделать вставку, то есть заменить часть имеющегося трубопровода
трубопроводом большего |
диаметра (D , = 3 7 7 x 7 мм, |
А, =0,2 мм). Какой длины |
должна быть такая вставка? |
Ответ. 80,42 км.
46. Нефтепродуктопровод состоит из трех последова
тельно |
соединенных участков: (D , = 5 3 0 x 8 мм, L, = 70 |
км), (D 2 = 5 0 5 x 8 мм, L2 = 50 км), (D 3 = 5 1 0 X 7 мм, |
|
L3 = 30 |
км) с одинаковой шероховатостью внутренней по |
верхности. По трубопроводу перекачивают автомобильный
бензин (v = 0,6 |
сСт) с расходом |
1000 м3/ч. Каков эквива |
|
лентный внутренний диаметр нефтепродуктопровода? |
|||
Ответ. 502 |
мм. |
|
|
47. |
Найти |
эквивалентный |
диаметр нефтепровода |
(D = 720 |
мм, 6 |
= 10мм), моделирующий течение нефти на |
|
участке с лупингом ( Ол =530 мм, |
5Л= 8 мм), если извест- |
з*
36
но, что течение нефти в обеих ветвях участка происходит в
зоне гидравлически гладких труб. Ответ. d3 = 799 мм.
48. |
По |
горизонтальному участку нефтепровода |
(D = 820 |
мм, |
8 = 10мм, L = 120км) перекачивают сырую |
нефть (v = 25 |
сСт.) с расходом 2000 м /ч. Требуется увели |
чить пропускную способность участка на 20 %. Поскольку увеличить давление на перекачивающей станции оказалось невозможным, то решили проложить лупинг с диаметром, равным диаметру основной магистрали. Определить длину такого лупинга.
Ответ. 46,228 км. |
|
|
|
49. По |
горизонтальному |
участку |
нефтепровода |
( D = 820 х 10 |
мм, L = 120 км) перекачивают |
сырую нефть |
|
( р = 900 м3/ч, |
v = 25 сСт.). Расход |
Q нефти в начале участ |
|
ка составляет 2000 м3/ч. В сечении х = 40 |
км существует |
отвод, через который ведется подкачка той же нефти с рас-
о
ходом q = 500 м /ч. Какое давление необходимо поддержи вать в начале участка для того, чтобы в конце участка оно составляло 0,5 МПа.
Ответ. 30,1 МПа.
50. Давление р н |
в начале участка нефтепродуктопрово- |
да (D = 530x8 мм, |
А = 0,15 мм, L = 125 км, zH= 25 м) |
равно 5,5 МПа, а р к в конце участка - 0,3 МПа ( z K= 100 м); по трубопроводу перекачивают дизельное топливо ( р = 840
кг/м , v = 4 сСт). В сечении х = 80 км ( z80 = 75 м) к тру бопроводу присоединен практически горизонтальный отвод (D 0 = 156x5 мм, Д0 =0,1 мм, /0 = 4000 м). Найти расход жидкости в отводе, считая его полностью открытым и имеющим давление в конце, равное 0,2 МПа.
Ответ. 160 м3/ч.
37
1.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ НАСОСОВ И НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Справочный материал
Для создания и поддержания в трубопроводе напора, доста точного для обеспечения транспортировки нефти или нефтепро дукта, используют нефтеперекачивающие станции (НПС). Ос новное назначение каждой НПС состоит в том, чтобы забрать жидкость из сечения трубопровода с низким напором, увеличить этот напор и затем ввести транспортируемую жидкость в сечение трубопровода с высоким напором, поэтому главным элементом НПС являются насосы. Таким образом, насосы - это устройства для принудительного перемещения жидкости от сечения с меньшим значением напора Н в (в линии всасывания насоса) к
сечению с большим значением напора Н н (в линии нагнетания).
Величина Н = Н н —Н в разности напоров между линиями на
гнетания и всасывания, то есть создаваемый насосом напор, на зывается дифференциальным напором насоса
Н = Н „ .-Н . = Р"-~Р‘- . (38)
Pg
Расход Q жидкости, проходящей через насос, называется его подачей.
Для перекачки нефтей и нефтепродуктов используют, в ос новном, центробежные насосы, в которых необходимый напор создается за счет центробежной силы. При этом, чем больше на пор Н , который должен создать такой насос, тем меньше подача Q , которую он может обеспечить. Зависимость Н = H(Q) назы
вается гидравлической (Q —Н )— характеристикой насоса. Гид
равлические характеристики центробежных насосов обычно представляют двучленной зависимостью
38 |
|
H = a - b Q \ |
(39) |
в которой а и b — коэффициенты аппроксимации. Гидравличе ские (Q —Н) — характеристики некоторых центробежных насо
сов, предназначенных для перекачки нефти и нефтепродуктов, приведены в таблице 2.
Гидравлическая (Q —Н )— характеристика НПС складыва
ется из соответствующих характеристик отдельных насосов станции, соединенных последовательно или параллельно, а также характеристик станционных трубопроводов (системы обвязки) станции:
HCT. = HcyM.(Q )- h ct(Q), (40)
где Н сум (Q)— суммарная характеристика насосов, установлен ных на станции; hCT(Q )- характеристика станционных трубо проводов.
Полезная мощность N n насосной установки определяется формулой
N „ = p g Q H , |
(41) |
в которой Н —дифференциальный напор, развиваемый насосом; Q — подача насоса. В системе СИ мощность измеряется в Ват
тах: [ N n ] = кг/ м3х м/с2х м3/сX м = (кг-м2/ с 2 )/с = Дж/с = Вт. Мощность N Bна валу насоса определяется формулой
_ PgQH
В. » (42) Ли.
где Т|н - коэффициент полезного действия центробежного на гнетателя.
40
Потребляемая мощность N Hy насосной установки (состоящей,
как известно, из центробежного нагнетателя и привода) опреде ляется формулой
_ N.. _ |
pgQH |
|
(43) |
Лпр. |
Л н .-Л пр . |
в которой Т|пр — коэффициент полезного действия привода на сосной установки.
Коэффициент Г) = Т|н *ЛП. полезного действия насосной ус
тановки так же, как и дифференциальный напор, зависит от по дачи Q насоса. Эту зависимость называют ( Q - Ц) - характери стикой насоса. Характеристику центробежного насоса обычно представляют в виде двухчленной формулы:
Tl = k Q - k , Q \ |
(44) |
где к и к, — коэффициенты аппроксимации. В рабочем диапа зоне подач коэффициент Т|> как правило, максимален (обычно 0,8 ч- 0,85).
i=5 |
|
|
i=5 |
£ |
XQ? |
Х в д ,2- Х н , |
|||
а = — |
i=l |
|
i=l |
i=l |
|
/4=5 |
\ 2 |
i=5 |
|
|
XQ? |
/ |
-5 X Q ? |
|
|
Vi=l |
i=l |
|
Q 4 |
i=5 |
|
i=5 |
5 XH,Q,2- X H i XQ.: |
|||
u _ |
i=l______ i= 1 |
i=l |
|
, b = |
/4=5 |
\ 2 |
i=5 |
|
|||
|
XQ? |
-5 X Q ? |
|
|
i=i |
j |
i=I |
(45)
i=5 |
i=5 |
i=5 |
i=5 |
XniQi X Q i-X i)iQ ,2 XQ?
_ J5 J_____M____ 1 |
5 ]_____ i= 1 |
i=5 i=5 |
/4=5 V |
XQ? XQ? - |
XQ? |
i=l i=l |
\ i=l |
i=5 |
i=5 v3 |
i=5r\2 |
i=5 |
X ^ Q rX Q ? -X Q ? ^ . Q ? |
|||
_ i=l____ [ = 1____i=l___ j=l____ |
|||
1 i=5 |
i=5 |
/4=5 |
\ |
XQ ? XQ ? - XQ? |
|||
i=l |
i=l |
\i=l |
; |