4.9. Расчет напорных нефтепроводов

Расчет сводится к определению его диаметра (3 задача при гидрорасчете), необходимого Р и ω двигателя.

1. ― площадь сечения нефтепровода (м²)

Q ― производительность (т/сут);

t ― суточная продолжительность перекачки;

υ_ср движения нефти определяется в зависимости от вязкости по таблице.

2. ― диаметр трубопровода

3. Для принятого диаметра υ_ср движения нефти определяется

υ_ср =

4. Находим параметры Рейнольдса и режим движения

5. Определяют гидравлический уклон:

― при ламинарном режиме

― при турбулентном режиме

6. Потери напора на трение: h_тр = i · L [м.ст.ж.],

L ― длина трубопровода (м)

С учетом разности невелирных отметок и конечного пункта перекачки находят

общий необходимый напор.

Н = h_тр + h_ст.

7. Давление на выходе насоса

или [кгс/см²]

ρ ― мощность движка насоса.

8. Мощность движка насоса

K = 1, 1 – 1, 5 ― коэффициент запаса мощности зависит

от производительности насоса

Q ― производительность насоса [м³/с];

η ― для малых и средних насосов: 0,5 – 0,72%,

для крупных насосов ― 0,85 – 0,9% [т/м³]

Пример решения задач

Пример 4.1. Определить допустимую высоту установки оси центробежного

насоса над уровнем воды в колодце при следующих данных: вакуумметрическая

высота всасывания насоса h_вак = 4, 8 м (по каталогу насосов), диаметр всасывающей

трубы d = 200 мм, ее длина l = 16 м, подача насоса Q = 48 л/сек.

На всасывающем трубопроводе имеются местные сопротивления: сетка с обрат-

ным клапаном и поворот на 90 ºС. абсолютную шероховатость труб принять равной

k = 0, 1 мм.

Дано: Решение:

h_вак = 4, 8 м 1. Напишем уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 (уровень

d = 200 мм = 0, 2 м воды в колодце) и 2 – 2 (сечение входа жидкости в

l = 16 м насос):

Q = 48 л/сек = 0, 0048

k = 0, 1 мм

где υ₁ = υ₂ (так как площади поперечных сечений

Найти: одинаковы);

h_н - ? ;

h_ω = h_l + h_м = ζ_c .

z₁ = 0, z₂ = h_н;

h_ω – потери напора по длине и на местных

сопротивлениях;

h_l – потери напора по длине трубопровода;

h_м – сумма потерь напора на местных

сопротивлениях;

ζ_с – коэффициент сопротивления системы;

υ – средняя скорость движения воды во

всасывающем трубопроводе, равная

υ = = = 1, 465 м/сек.

Коэффициент сопротивления системы

ζ_с = λ ,

где λ – коэффициент гидравлического

сопротивления;

ζ _к = 10, 0 – коэффициент сопротивления сетки с

обратным клапаном;

ζ _п = 0, 37 – коэффициент сопротивления поворота.

2. Для нахождения λ определяем режим движения

потока:

Rе = = 293 000.

Режим движения турбулентный.

Зона гидравлического трения:

Re_г = 20 = 40 000 < Re,

Re_кв = 500 = 1 000 000 > Re,

Re_г < Re < Re_кв.

3. Имеет место переходная зона сопротивлений, для

которой применима формула Альштуля:

λ = 0, 1 = 0, 0181.

Тогда коэффициент сопротивления системы:

ζ_с = 0, 0181

Потери напора во всасывающем трубопроводе:

h_ω = 11, 82 1, 3 м.

Допустимая высота установки насоса:

h_н ≤ h_вак – h_ω = 4, 8 – 1, 3 = 3, 5 м.

Пример 4.2. Насос подаёт нефтепродукт (ν = 6 мм²/с, ρ = 840 кг/м³) из открытой

емкости r резервуар с избыточным давлением Р_и = 50 кПа на высоту h = 50 м.

Расход Q = 10 л/с. Трубопровод длиной 250 м, диаметром 100 мм, ∑ξ = 30.

Необходимо определить полезную мощность и напор, создаваемый насосом.

Дано: Решение:

ν = 6 мм²/с 1) Составим уравнение баланса напоров:

ρ = 840 кг/м³

Р_и = 50 кПа Н_н = h + Р_и/ρg + h_1-2

h = 50 м h = Z₂ – Z₁; Р_м = Р₂ – Р₁.

Q = 10 л/с

l =250 м Т.к. напор, создаваемый насосами, затрачивается

d = 100 мм на преодоление конечного давления, на подъём

∑ξ = 30 жидкости и на преодоление потерь напора.

2) Потери напора определяем по формуле:

Найти:

h_1-2 = (λ(L/d) + ∑ξ) ∙ (ν²/2g);

Н_н - ?

N_н - ? Последовательность расчётов: Q → ν → Re → λ → h_1-2;

ν = Q/S = 0, 01 / 0, 00785 = 1, 27 (м/с),

т.к. S = πd²/4 = (3, 14 ∙ 0, 1²)/4 = 0, 00785 м².

Re = ν ∙ d/γ = (1, 27 ∙ 0, 1) / 6 ∙ 10 ^-6 = 21200;

21200 > Re_кр = 2300,

то режим ламинарный. Используя формулу Альштуля

найдём λ:

λ = 0, 11 (68 / Re + )^0,25 = 0, 11 (68/21200 + 0, 2/100)^{0, 25} =

=0, 0295;

h_1-2 = (0, 0295 ∙ 250 / 0, 1 + 30) ∙ 1, 27² / (2 ∙ 9, 8) = 8, 54 м.

3) Напор, создаваемый насосом:

Н_н = 50 + (50 ∙ 10³) / (840 ∙ 9, 8) + 8, 54 = 64, 6 м.

4) Полезную мощность насоса определяем по формуле:

N_н = Н_н ∙ Q ∙ ρ ∙ g = 64, 6 ∙ 0, 01 ∙ 840 ∙ 9, 8 =

5, 32 ∙ 10³ (Вт) = 5, 32 (кВт).

Ответ: 64, 6 м; 5, 32 кВт.

Контрольные вопросы:

1. Какой трубопровод называется простым?

2. Какие типы сложных трубопроводов бывают?

3. В чем заключается особенность расчета простого трубопровода с

последовательно соединенными участками?

4. Что является гидравлической характеристикой трубопровода?

5. Что такое кавитация?

(кавитацией называют явление нарушения сплошности потока движущейся

жидкости, т.е. образование в ней газовых полостей (пустот, каверн) в виде

пузырьков, заполненных паром или смесью пара с газом)

6. Каково условие работы трубопроводов, работающих под вакуумом?

7. Что называется гидравлическим ударом?

8. Как записывается формула Жуковского?

9. Что называется прямым и не прямым гидравлическим ударом?

10. Какие полезные использования гидравлического удара известны вам?

11. Какими величинами характеризуется работа насоса?

(работа насоса характеризуется его подачей Q, напором Н, высотой всасывания h_вс, мощностью двигателя N и коэффициентом полезного действия (КПД) η)

12. Какие основные разновидности насосов по принципу действия и конструктивным особенностям?

(насосы подразделяются на лопастные, объемные и струйные)

13. В каких насосах КПД больше в центробежных или в струйных?

(КПД выше в центробежных насосах)

15. Если установить задвижки на трубопроводах центробежного и поршневого

насосах. Как изменится подача по мере закрывания задвижек в том и другом насосах? Что произойдет, если задвижки закрыть полностью, в том и другом насосе?

(в центробежном насосе по мере закрывания задвижки подача не изменится, если закрыть полностью, давление будет максимальным, при этом произойдет либо поломка насоса или разрыв трубопровода, либо остановка двигателя (перегрузка)