Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.11.2023

Размер:

27.88 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 / 6626 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 > Следующая >>>

						т	- т
					Шу = In---------- .
						Т К	- Т о
	Если в качестве теплоизоляционного материала взять стеклова
ту,	для	которой		Хиз =	0,058	В т/(м -К ), то для условий				задачи
DH3/D H= 1,034,			т.е. D H3 =		1,034	426	= 440 мм. При использовании
мастичного асбозурита с					Хт= 0,163 Вт/(м • К) получаем D H3 = 468 мм.
	Приведенная выше для D H3 формула пригодна и для случаев когда
в трубопроводе наблюдается только							один режим течения. Приняв
Ткр = Т н, получаем формулу для определения необходимого диамет
ра изоляции при ламинарном режиме. При Ткр = Тн получаем ана
логичную формулу для турбулентного режима.
	Пример 7.2. Построить характеристику Q -H , если DH=219 мм; 5С=
9 мм; £=\0 км;			Az=0; v0= 0,006944 м2/с; и = 0,1 1/К; р =						950 кг/м3;
Ср = 2093 ДжДкг-К);					Т Н=313К ;		Т0=273 К;	а 1т=46,5	Вт/(м2-К);
^ = 3 ,5 Вт/(м2 -К);				а 1л =23,3 Вт/(м2-К); Кл=2,33				Вт/(м2-К).
					Решение
	1.	Для построения характеристики пользуемся теми же форму
лами, что и в примере 7.1. Прежде всего, определим границы режи
мов течения. Величину					определяем из формулы (7.4),					приняв
Т	= Т
1 кр	А н ’
Qlp =		0,006944-3,14-0,2-2000				ехр[-о> 1(313-273)] = 0,0389				м3/с.
						ехр[-о> 1(313-273)] = 0,0389				м3/с.

	Таким образом, при расходах до 0,0389 м3/с в трубопроводе бу
дет только ламинарный режим.
	Для определения Q"p используем уравнения (7.1) и (7.4), при
няв, что		= £,
				Q^p-950-2093			^ 313-273
				“ 3,5-3,14-0,2-10000 П Ткр -2 7 3 ’
Отсюда
		п	0,006944-3,14-0,2-2000
		Qкр			4		■ехр[-0,1-(Ткр-2 7 3 )].
					4
	Полученную систему уравнений лучше решать графическим спо
собом. Строим график зависимости							от Ткр по первому, а затем по

второму уравнениям. Точка пересечения кривых даёт искомые корни. Для данной задачи ими являются Q“ =0,0689 м3/с и Ткр =307,1 К. Сле довательно, в области расходов от 0,0389 до 0,0689 м3/с в трубопроводе будут наблюдаться два режима: на начальном участке (в диапазоне тем

249

ператур 313 - 307,1 К) - турбулентный, а на оставшейся длине (темпе ратура ниже 307,1 К) - ламинарный. При расходах выше 0,0689 м3/с по всей длине трубопровода будет только турбулентный режим.

2.	Потери напора вычисляем по формуле (7.17). Для ламинар
ного режима (до Q ^ ) применяем только второе слагаемое (Ь ИЛАЛ),
положив	Ткр =		Тн, а Тк	вычисляем по формуле (7.6). Для турбу
лентного режима применяем только первое слагаемое в (7.17), по
ложив Ткр = Тк, а Тк находим по формуле (7.1). В области расходов
< Q < Q ^		в формуле (7.17) используем оба слагаемых. Для оп
ределения Тк		пользуемся формулой (7.6). При этом длину турбу
лентного участка определяем из формулы (7.1). Изменение									в
зависимости от Q находим по формуле (7.4). Результаты расчетов
представлены в табл. 7.2 и изображены на рис 7.2. Устойчивой для
эксплуатации			является	такжеы	III зона (при расходах больше
Q2 «0,0122 м 3/с). Максимальный напор						Н тах соответствует расхо
ду Q, =0,00116 м3/с, При расходе					характеристика претерпевает
излом.
								Таблица 7.2
Результаты расчетов (к примеру 7.2)
Q, м3/с	т ^ к		Тк ,К	*т, км	£л ,км	hT , м	Ьл ,м	h = hT+ЬЛ, м
0,0014	346,5		273,2	-	10,0	-	159,5	159,5
0,0025	339,5		275,8	-	10,0	-	183,0	183,0
0,004	335,0		279,9	-	10,0	-	169,0	169,0
0,005	332,7		283,7	-	10,0	-	154,5	154,5
0,008	328,8		289,6	-	10,0	-	139,7	139,7
0,011	325,8		293,7	-	10,0	-	135,6	135,6
0,014	323,6		296,7	-	10,0	-	137,0	137,0
0,016	321,8		299,7	-	10,0	-	142,0	142,0
0,025	315,6		303	-	10,0	-	172,3	172,3
0,038	313,0		306,1	0	10,0	0	211,5	211,5
0,044	311,8		306,5	1,28	8,72	33,5	218,5	252,0
0,05	310,2		306,8	3,23	6,77	108,6	193,0	301,6
0,055	309,0		306,8	5,32	4,68	213,0	160,0	373,0
0,061	308,0		306,9	7,38	2,62	353,0	103,5	456,5
0,068	307,1		307,1	10,0	0	597,0	0	597,0
0,075	305,6		308	10,0	-	825,0	-	825,0

■250

Рис. 7.2. Характеристика горячего трубопровода:

1 - при T=TH=const; 2 - T=T0=const; 3 - TVconst.

Пример 7.3. Рассчитать оптимальные условия перекачки вязкой нефти по трубопроводу диаметром DH= 377 мм (5 ^ = 9 мм) на рас стояние С= 30 км с расходом Q = 0,139 м3/с. Температура окружаю щей среды Т0 = 273 К. Коэффициент теплопередачи на турбулент ном участке К,. = 4,07 Вт/(м2-К), на ламинарном Кл= 2,91 Вт/(м2-К), Плотность нефти р = 950 кг/м3, удельная теплоемкость нефти С = 2093,5 ДжДкг-К).

Зависимость кинематической вязкости нефти от температуры:

т , К	v-104, м2/с	Т , К	v-10\ м2/с
298	37,55	343	1,61
303	26,5	353	0,8
313	13,2	363	0,396
323	6,5	373	0,137
333	3,24
Стоимость	единицы энергии,	расходуемой	на подогрев,

ат= 1,8-10'7 коп/Д ж , стоимость единицы механической энергии

251

стм = 2 коп/(кВт-ч), общий к. п. д. теплосилового оборудования т|т = 0,66, общий к. п. д. насосно-силового оборудования г|м =0,79.

Решение

1. По формуле (1.9) определяем коэффициент крутизны вискограммы, приняв за базовые температуры 298 и 363 К,

	1	37	55
	In— ^— = 0,07 1/К.
	U 363 -298	0,396
2.	Определяем кинематическую вязкость нефти при Т0 = 273 К
	vo =37,55-10"'exp[-0>07-	(273-298)] = 216-КГ1 м2/с.
3.	Число Рейнольдса при температуре Т0
	4*0,139
	Re =		= 23
	3,14 0,359-216-Ю ^
Так как Re < 2000, то течение ламинарное.
4.	Потери напора на трение	при температуре Т0 по формуле
(7.19), где вместо vH используется			v0

,128*0,139*216*10^ *30000

hn = ----------------------------- --------

= 22500 м.

03,14*9,81*0,3594

5.Параметр Шухова при температуре Т0

Ш:2,91-3,14-0,359-30000 0,139-950-2093,5

6.Проверяем целесообразность перекачки с подогревом, вычис ляя левую часть неравенства (7.32)

0,356• 2093,5• 1,8* 10~7 • 0,79• 103 • 3600				Qlg7
	10,0720,669,81*22500		“	’
Так как 0,0187 < 1 подогрев выгоден.
7. По формуле (7.4) определяем
т	= 298 + ^ - . 1 п 3 7 ’55	3’14 0-359-2000=337 К
*	0,07	1 04 40,139

При температурах меньше 337 К режим ламинарный, больше 337 К —турбулентный.

8. Гидравлический уклон: а) при ламинарном течении

.	128Qv	128* v-10"4 *0,139
1.	= ---V	= --------------------—- = 0,003475 *v ;
	7tgd4	3,149,810,3594

252

б) при турбулентном течении

. 0,241Q1,75V0,25 ^ 0,241-0,1391,75 -у0’25 -(КГ1)0-23 _ Q 010Qg ,.0.23

gd4,75

9,810,359 4,75

9. Затраты механической энергии на перекачку на единицу дли ны трубопровода определяем по формуле (7.35)

Sм	0,139-950-9,81-2-i
	103	= 3,28 • i копДм-ч).
		-0,79

10. Затраты тепловой энергии на подогрев (стоимость теплопотерь) определяем по формуле (7.36):

а) при ламинарном течении

Sr = 2,91 ■3,14• 0,359• (Т -273)• -1»-8 ’ 10			' 36°° = 0,0032Т		копДм-ч);
		0,66
б) при турбулентном течении
ST = 4,07• 3,14■ 0,359• (Т - 2 7 3 )•1,810			’360° = 0,00448Т		копДм-ч).
		0,66
11.	Затраты на перекачку для различных температур (вязкости)
приведены в табл. 7.3. При этом значение кинематической вязкости
при	= 337 К вычислено по формуле (1.9)
	v337 = 37,55 • 10"4 ехр[-0,07 • (337 - 298)] = 2,45 • 10"*				м2/с.
					Таблица 7.3
Затраты на перекачку при различных температурах
т , к	i	Su , коп/(м ч)	ST , коп/(м-ч)	S=SM+ST, коп/( м ч )
298	0,1304	0,4275	0,08		0,5075
303	0,092	0,3015	0,096		0,3975
313	0,0457	0,15	0,128		0,278
323	0,02265	0,0743	0,16		0,2343
333	0,01125	0,0369	0,192		0,2289
337	0,00855	0,0281	0,205		0,2331
337	0,01262	0,0414	0,287		0,3284
343	0,01136	0,0373	0,314		0,3515
353	0,00953	0,0317	0,3585		0,3902
363	0,008	0,0262	0,403		0,4292
373	0,00687	0,0225	0,448		0,4705

253

По данным табл. 7.3 построен график (рис. 7.3). При

337 К

функция S имеет разрыв. Этот скачок объясняется тем, что переход турбулентного режима в ламинарный и наоборот происходит не при одной температуре, а в диапазоне температур (в диапазоне чисел Рей нольдса). На рис. 7.3 пунктирными линиями обозначены зависимос ти перехода одного режима течения в другой (без скачка). При расче тах переходная зона обычно не учитывается из-за сложности вычислений.

Рис. 7.3. Определение оптимальной температуры подогрева

12. Определяем оптимальную температуру подогрева. Из бесчис ленного множества парных значений Тн и Тк, отвечающих на гра фике условию S (Тн) = S(TK), надо выбрать такую пару температур, которая бы не просто отвечала данному условию, а еще была бы взаимозависимой, так как Тн и Тк, не могут быть произвольными. Взаимосвязь между Тн и Тк, определяется формулами Шухова.

Построим зависимость е~Шл Покажем вычисления на примере линии 1-2-3-4. Параметр Шул вычислен ранее: Шул = Шу0 = 0,356.

Величина показателя степени в формуле (7.39)

К	2,91
К	= 0,715.
Кт	4,07

Если при построении графика S за нуль отсчета принята темпера-

254

тура окружающей среды Т0, то отрезок 1-2 будет отображать Тк-Т 0, отрезок 1-4 величину Т н -Т 0, а отрезок 1-3 значение Ткр-Т 0. Так как вычисляется отношение величин, то можно не учитывать масштаб ный коэффициент, а просто измерить длины указанных отрезков. В данном случае £х_2 = 42,5 мм; £х_3 = 96 мм; £х_4= 136,5 мм.

Тогда для этой линии значение

-Шул _ 42,5 (	\0,715
-Шул _ 42,5 (	96
	= 0,344.

961 136,5

Ввыбранном масштабе для е_Шул откладываем эту точку на про должении линии 1-2-3-4 (отрезок 5-6). Проведем несколько гори зонтальных линий, пересекающих кривую S, и для каждой из них вычислим с помощью графика соответствующее значение е~ШУл. При

этом только в области ламинарного режима комплекс			Т,
			= 1.
			Т
Полученная кривая для	е"Шл характеризуется изломом на границе
появления двух режимов.
Для условий задачи	(Ш ул =0,356) найдем по графику соответ
ствующие ему значения	Тн и Тк. Вычислим е"Шл =		е '0>356 = 0,7.
Этому значению е_Шл на графике соответствуют Тн		=	Ткр = 337 К,
Тк = 3 1 9 К, т. е. режим	будет только ламинарный	(построение на

рис. 7.3 сделано штрих пунктирными линиями). Если при построе нии графика S за нуль отсчета принята произвольная температура, а не Т0, то при построении надо учитывать масштабные коэффици енты для температур.

13. Если при прочих равных условиях изменить длину трубопро вода, например 1 = 60 км, то оптимальную температуру подогрева можно определить по этому же графику (см. рис. 7.3), так как на нем показано изменение затрат на единице длины. В данном случае

= 2.91.3.14.0,359-60000 0,139-950-2093,5

Вычисляем е"0,712 = 0,491.

Аналогичными построениями на графике (см. рис 7.3) находим оптимальные значения температур: Т н = 342 К, Тк = 306 К. Так как 342 > Т > 306, то в трубопроводе будет два режима.

По формуле (7.7) определяем длину турбулентного участка

£=■	Т - Т	60000 , 342-273
	ln-bs----- 5-	--------- In--------------= 4532 м,
Шут	Ткр-То	0,996	337 -273

255

где

ШУт = 4,07-3,14-0,359-60000 = 0,996. 0,139-950-2093,5

Следовательно, длина ламинарного участка

£л = 60000 -4532 = 55468 м.

При изменении других параметров графики STи SMнеобходимо строить заново.

Пример 7.4. Определить число насосных и тепловых станций трубопровода для перекачки высоковязкой нефти с предваритель ным подогревом при следующих данных: D H= 426 мм; 5сТ = 8 мм;

i — 600 км; Az = 300 м; Q = 0,139 м3/с; рн= 950 кг/м 3; С =	2093,5
Дж/(кг-К) кинематические вязкости нефти при 263 и 353 К -	v263 =

120-10^ м2/с; v353= 0,25 -10^ м2/с. По условиям предупреждения закоксовывания теплообменников и сохранения легких фракций нефти температура подогрева должна быть не выше 343...348 К; для обеспечения нормальной работы насосов (всасывания) температура нефти на подходе к промежуточной насосной станции (на приеме насосов) должна быть не ниже 303...308 К. Расчет провести для пе риода года, когда температура грунта на глубине заложения трубо провода имеет наименьшее значение, а именно: Т0 = 273 К. Коэф фициенты теплопередачи и теплоотдачи на турбулентном участке = 3,5 Вт(м2-К) и а 1т = 58,2 Вт/(м2-К), а на ламинарном Кл = 2,33 Вт/ (м2 -К) и а 1л= 29,1 Вт/(м2-К).

Решение

1.Принимаем расчетные значения температур: Тн = 343 К; Тк = 308 К; Т0 = 273 К.

2.Коэффициент крутизны вискограммы по формуле (1.9)

	1	,	120 • 1 O'4
	U = -------------	In	------------ 7 = 0,0686 1/К.
	353 -263		0,25-10^
3. Критическая температура по формуле (7.4)
Т	= 263 + — !—	In 120-10^-3,14-0,41-2000		= 321,5 К.
*	0,0686		4-0,139

Так как Тн > > Тк, то в трубопроводе имеют место два режима.

4. Из формулы (7.39) следует, что

Ткр - Т о			т	Н - тА О
ШУл = In т		- т	+ ^ - , п		—т
	к		К. т	кр		о
		* о

256

или, подставив числовые значения, получим

Т1Т	, 321,5-273	2,33 ,	343-	273
Шу„ = In----------------		+ —----- In	----------------321,5	= 0,571.
	308 -273	3,5	----------------321,5	-273

Для турбулентного участка

ШУт=Шу„Ь: = 0 . 5 7 Ь ^ - = 0,858.

к л

1,55

5. Расстояние между пунктами подогрева определим из фор мулы (7.5)

£ Н	0,139’950-2094-0,571
£ Н	= 52580 м.
	2,33-3,14-0,41

6. Длина турбулентного участка на перегоне 1 между тепловыми станциями по формуле (7.7)

л	0,139-950-2093,5-0,571	,	343-273
£т= - ---------------------------------		In	---------------- = 22360 м.
т	2,33-3,14-0,41		321,5-273
На оставшейся длине (52580 - 22360 = 30220 м) нефть будет течь
при ламинарном режиме.
7.	Кинематическая вязкость нефти при начальной температуре
по формуле (1.9)
vH=	120 10-4 exp [-0,0686	(343-263)]=0,5 10 4 м2/с.

8. По формулам (7.17) и (7.20) определим потери напора на тре ние в трубопроводе между тепловыми станциями при наличии двух режимов:

h	0,139175-0,241-0,5°’25-52580 = 237			м;
	9,81 -10- 0,414'75
	128-0,139-0,5-52580
	3,14 • 9,81 -104 - 0,414
А ехр(0,25-0,0686-70)		-0,0686-	(	1	3,5 ^	•70
—	Ei	-0,0686-	0,25	•	’	•70
	0,858		1	3	58,2J

f	1	3,5	^	0,563;
Ei -0,0686- 0,25	•	’	•48,6	0,563;
l	3	58,2 )
9. Б-762				257

А	ехр(0,0686-70) [ш		-0,0686- (		1	2,33 ^
л	0,571			1	з	29,1 J
	-E i	-0,0686	1 -	2,33	= 4,55;
	-E i	-0,0686	1 -	35	= 4,55;
				29,1

ЧО оо

^ = hHT A, + hHJ1 Ал = 237 • 0,563 + 53,7 4,55 = 377,7 м. Поправка на неизотермичность Ат получилась меньше единицы из - за того, что h HT вычислено для всего перегона между тепловыми станциями. Если hHT отнести к длине только турбулентного участ ка, как обычно принято, то Ат следует умножить на отношение 1/1т

	Ат	52580 •0,563 = 1,324.
В этом случае		22360
В этом случае
	h н.т	22360
	h н.т		•237 = 100,8 м.
		52580
Аналогично, если пересчитать				Дл и	Ьнл, приняв Тн = Ткр =
321,6	К, будем иметь Дл	=	1,824 и	hHJI	= 133,9 м.
9.	Необходимое число тепловых станций
	пТ.С	L	600000
	пТ.С			= 11,41.
			52580

10.Суммарные потери напора на трение для всего трубопровода

=n TC-hj =11,41-377,7 = 4309,6 м.

11.Полные потери напора

H i= £ h i+ A z = 4309,6 + 300 = 4609,6 м.

12.По заданной пропускной способности (Q = 0,139 м3/с) в каче стве основного выбираем насос типа НМ 500-300 с подачей 0,139 м3/

си номинальным напором 300 м, а в качестве подпорного —насос 8 НДС НМ с подачей 0,1...0,167 м3/с и развиваемым напором 28...42 м.

13.Установим расчетный напор станции Нст. Насосы НМ 500300 можно соединять последовательно по два и по три.

Предельно возможный напор станции, исходя из допустимого давления

Ншах	6,28 -106
Ншах	= 674 м.
	9,81-950

258

<<< < Предыдущая 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 / 6626 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
20.11.2023579.62 Кб0Техносферная безопасность.-1.pdf
#
12.11.2023495.19 Кб2Техносферная безопасность..pdf
#
12.11.202314.64 Mб22Течения газа около тупых тел. Метод расчета и анализ течений А. Н. Любимов, В. В. Русанов.pdf
#
13.11.202323.15 Mб6Течения газа около тупых тел. Таблицы газодинамических функций А. Н. Любимов, В. В. Русанов.pdf
#
12.11.202319.07 Mб6Типовые задачи оперативного управления непрерывным производством..pdf
#
19.11.202327.88 Mб59Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов..pdf
#
19.11.202335.35 Mб24Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов..pdf
#
12.11.20237.26 Mб2Типовые узлы на полупроводниковых логических и функциональных элементах серии ЭТ..pdf
#
12.11.2023369.29 Кб2Типы и формы организации производства в машиностроении..pdf
#
12.11.20238.57 Mб7Тиристорные генераторы ультразвуковой частоты..pdf
#
12.11.20234.52 Mб8Тиристорный электропривод для кранов..pdf