книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

Удельная теплоемкость нефтепродуктов ср изменяется в пределах 1600...2500 ДжДкг-К). При расчетах часто пользуются средним зна­ чением ср= 2 100 Дж/(кг-К). При проведении уточненных расчетов ср можно вычислять по формуле Крего, справедливой для температур 273-673 К,

где р293 - плотность нефтепродукта при 293 К, кг/м 3. Коэффициент теплопроводности нефтепродуктов 7.н изменяется в

пределах 0,1...0,16 Вт/(м К). Обычно при расчетах используют сред­ нее значение Хн=0,13 Вт/(м-К). При проведении более точных расче­ тов применяют формулу Крего-Смита, справедливую для темпера­ тур 273-473 К

где рш приведена в тех же единицах измерения, что и в фор­ муле (1.5).

Вязкость нефтепродукта - одна из наиболее важных характери­ стик, так как от нее в значительной степени зависит гидравлическое сопротивление трубопроводов. Вязкость существенно меняется с из­ менением температуры. В технических расчетах чаще всего исполь­ зуют кинематическую вязкость v. При этом рекомендуется приме­ нять лабораторные данные, полученные для возможного диапазона изменения рабочих температур. Если лабораторных данных недоста­ точно, можно воспользоваться одной из расчетных зависимостей. Наибольшее применение получили формулы Вальтера (ASTM) и Рейнольдса-Филонова.

Формула Вальтера (ASTM) имеет вид

где v - кинематическая вязкость, мм2/с; Т - абсолютная темпе­ ратура, К. Эмпирические коэффициенты а и b в (1.7) находятся по формулам

11

Для определения постоянных а и b необходимо знать величины кинематической вязкости Vj и v2 при абсолютных температурах Т, и Т2 соответственно.

Формула Рейнольдса-Филонова несколько проще

где и - коэффициент крутизны вискограммы, 1/К; v. - кинема­ тическая вязкость при известной (произвольной) температуре Т..

Величина и находится следующим образом

Достаточная точность зависимости (1.9) во всем рабочем диапа­ зоне температур обеспечивается при выполнении неравенства Т2<Т<Т,. В остальных случаях надо пользоваться формулой (1.7).

При изменении рабочих давлений в области до 10 МПа плот­ ность, теплоемкость, коэффициент теплопроводности и кинемати­ ческая вязкость нефтепродуктов меняются несущественно, поэтому при расчетах его влияние на эти параметры не учитывается. Основ­ ные характеристики некоторых нефтей и нефтепродуктов приведе­ ны в табл. 1.2.

При температурах, близких к температурам застывания, высо­ копарафинистые нефтепродукты проявляют неньютоновские свой­ ства, поэтому для определения их кинематической вязкости выше­ перечисленные зависимости непригодны. Но так как в большинстве случаев рабочие диапазоны температур принимаются значительно выше температур застывания, то нефтепродукты в этих условиях ве­ дут себя как ньютоновские жидкости и поэтому применение выше­ приведенных зависимостей правомерно.

При технологических операциях условия теплообмена с окружа­ ющей средой меняются. Так, температура среды (грунта, воздуха), окружающей трубопроводы, в течение года меняется. Следователь­ но, изменяются и теплофизические характеристики перекачиваемо­ го нефтепродукта, что влияет на технологические режимы работы трубопровода. Согласно нормам технологического проектирования заданная пропускная способность трубопровода должна обеспечи­ ваться при самых неблагоприятных условиях, т.е. при наименьшей температуре окружающей среды. При гидравлическом и тепловом расчетах трубопровода оперируют среднемесячными многолетними данными по температурам грунта и воздуха. Эти данные принима­ ются по климатологическим справочникам или по запросам метео­ станций районов прохождения трассы трубопровода. В большинстве

12

районов бывшего СССР самые низкие температуры грунта бывают в марте-апреле, а самые высокие —в августе-сентябре. Опыт проекти­ рования и эксплуатации трубопроводов показывает, что глубина за­ ложения 0,8 м до верхней образующей трубы обеспечивает устойчи­ вые режимы перекачки в течении всего года и достаточна с точки зрения механической прочности и устойчивости трубопровода.

При надземной прокладке трубопроводов в расчете учитывают самые низкие температуры воздуха.

Для контроля в табл. 1.3 приведены основные рекомендуемые пара­ метры магистральных трубопроводов при изотермической перекачке. Ис­ ходной величиной при выборе диаметра является годовой план перекач­ ки. Верхние пределы пропускной способности соответствуют меньшей кинематической вязкости, а рабочее давление определяется характерис­ тикой насосов, их числом и способом соединения. Высоковязкие нефте­ продукты перед перекачкой необходимо предварительно подогревать. Технико-экономический расчет в этом случае является обязательным. Он проводится по различным вариантам (различные диаметры, темпе­ ратуры подогрева, рабочие давления). При тепловом и гидравлическом расчетах “горячих” трубопроводов необходимо знать теплофизические характеристики грунтов при подземной прокладке или воздуха при над­ земной прокладке (табл. 1.4, 1.5).

2.Приведенные данные не исключают необходимости проверочного технико-эко­ номического расчета трубопровода для заданной нагрузки с учетом конкретных условий его строительства и эксплуатации. Указанный расчет обязателен при выбо­ ре диаметре трубопровода, если заданная пропускная способность выходит за пре­ делы рекомендуемых значений.

3.В скобках толщины стенок труб с шагом 1 мм (трубы с толщинами стенок, рав­ ными 13,15,17, и 19 мм, не изготовляют).

16

При значениях влажности и плотности грунтов, отличных от при­ веденных в табл. 1.4, их коэффициент теплопроводности может быть вычислен по формуле

Так как по трассе трубопровода грунты по составу и влажности различны, то тепловой и гидравлический расчеты делают либо по участкам (с одинаковыми ), либо для всей длины трассы по сред­ нему коэффициенту теплопроводности

( 1.12)

ь 1=1

где А.Г1 - коэффициент теплопроводности грунта на участке тру­ бопровода длиной £.; п - число участков.

Таблица 1.4

Теплофизические характеристики грунтов

Аналогично (путем пропорционального сложения) с использо­ ванием данных табл. 1.6 определяют среднее удельное электросоп­ ротивление грунтов, необходимое при расчете средств защиты от коррозии.

17

L i=l

где rri —удельное электросопротивление i-го типа грунта на трассе трубопровода.

Надземные “горячие”, а в последнее время и подземные трубо­ проводы строят со специальной тепловой изоляцией (табл. 1.7). Ею покрывают также резервуары, теплообменники и другое оборудова­ ние “горячих” трубопроводов.

Таблица 1.6

Величина удельного электросопротивления грунтов, Ом м

18

Таблица 1.8

Основные данные по стальным вертикальным цилиндрическим резервуарам для нефти и нефтепродуктов

19

П р и м е ч а н и е . Для резервуара каждого типоразмера указаны варианты с минимальными и максимальными толщинами стенок поясов, а также мини­ мальная и максимальная масса его. Разные варианты обусловлены различны­ ми расчетными снеговыми и ветровыми нагрузками.

Для строительства магистральных трубопроводов применяют тру­ бы из углеродистых сталей диаметром до 500 мм включительно и из спокойных и полуспокойных низколегированных сталей диаметром более 500 мм. Сведения о них приведены в Приложении 1.

Нефтепродукты на нефтебазах и перекачивающих станциях хранят­ ся в резервуарах различного типа. Наибольшее распространение получи­ ли стальные вертикальные цилиндрические резервуары (табл. 1.8).

На автозаправочных станциях нефтепродукты хранят в гори­ зонтальных (табл. 1.9) и вертикальных (табл. 1.10) цилиндрических резервуарах.

Таблица 1.9

Техническая характеристика горизонтальных резервуаров для хранения нефтепродуктов на АЗС

20