Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1267 вузов, 4645 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
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:
64
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
27.88 Mб
Скачать
☆

Так как три последовательно соединенных насоса совместно с подпорным дадут напор свыше 900 м, то к установке принимаем два последовательно соединенных насоса плюс один подпорный. При этом напор, расходуемый насосной станцией на преодоление гид­ равлических потерь, будет равен 300 • 2 = 600 м. Его и принимаем за расчетный напор станции, т. е. Нст= 600 м.

14. Необходимое число насосных станций

Н4

4609,6

п = — L

= 7,68.

Н600

Таким образом, для обеспечения перекачки по данному трубо­ проводу требуется 11,41 тепловых и 7,68 насосных станций. Необхо­ димо округлить полученные значения до целых чисел. Округление лучше делать в большую сторону, так как при этом несколько сни­ зятся температуры подогрева. Поэтому принимаем п = 8 и птс = 12.

Пример 7.5. Рассчитать оптимальную толщину тепловой изоля­ ции мазутопровода диаметром 426 мм (5 = 12 мм), длиной 100 км, по которому должен перекачиваться мазут M l00 в количестве 400 т/

ч. Характеристики

перекачиваемого мазута: р293 = 972 кг/м3,

Ср =

1926 Дж/(кг-К).

 

 

 

 

 

 

 

 

Остальные исходные данные принять следующими:

 

а т = 500 руб/м2; Др

=

1,2; q, = 104 Вт/м2; т\т =

0,7;

вн =0,15

1/год;

=£из = °Л 1/год;

риз = 400 кг/м3; а из = 100 руб/м3; Хю = 0,062 Вт/

(м-К); X

= 1,211 Вт/(м-К);

а, = 35 Вт/(м2-К);

а 0 =

11,63 Вт/(м2-К);

Н = 1,2 м;

Т н = 363 К;

Тк = 323 К; Т0 = 273 К;

А,

= 15000 руб/год.

 

 

 

 

 

Решение

 

 

 

 

1. По формулам (7.44) вычисляем коэффициенты

 

1

+ ■

1

 

1

In 0,426 = 7,57 м-К/Вт;

Г = •

 

1п (4 -1 ,2 )-

2-11,63-1,2

2-1,211

2-0,062

 

 

 

 

 

ЕЛ

 

1

1

м-К/Вт.

 

 

1,0,062

= 7,65

 

 

 

2

1,211/

 

 

 

 

2. Необходимая поверхность нагрева тепловых установок по фор­ муле (7.43)

F = 400000 • 1926 • (363 - 323) ■1,2 = 1467,4 м2. 3600-104 -0,7

3.Капиталовложения в один пункт подогрева по формуле (7.42а)

К1тс =500-1467,4 = 733714 руб.

259

4. Эксплуатационные расходы и приведенные годовые затраты по одному пункту подогрева

Э1тс =0,1-733714 + 15000 = 88371 руб/год;

П1тс = (0,15 + 0,1) • 733714 +15000 = 198428 руб/год

5. Вычисляем постоянные коэффициенты по формулам (7.44),

(7.46)

 

 

 

А 2 = 100 • 10-3 ■400 •

• 100 • 103 = 3140000 руб/м2;

А3 = 3 140000-0,4262 = 56984

руб;

3,14-100-103

198428

РУб-м-К

1 400-103

.

363 -273

год-Вт ’

------------ 1926-In-------------

 

3600

 

323-273

 

S2 =3140000

(0,15 + 0,1) = 785000 руб/(м2-год).

6. Вычисляем правую часть (7.47)

 

 

1495336-7,65 _

 

V2-785000

7.Решая методом подбора уравнение (7.47)

DH3-(7,57 + 7,65-lnD H3) = l,554,

находим оптимальный наружный диаметр тепловой изоляции рав­ ный 541 мм. Соответственно оптимальная толщина тепловой изоля­ ции составляет

биГ = (541-4 2 6 )/2 = 57,5 мм.

Пример 7.6. Определить толщину тепловой изоляции для ре­ зервуара РВС 5000 с мазутом М 100. Температура хранения мазута Т хр = 343 К. Температура окружающего воздуха Т0 = 263 К. Высота газового пространства 8Г= 1 м. Эквивалентный коэффициент тепло­

проводности газового пространства

Хэкв =0,58

Вт/(м-К). Данные о

резервуаре и коэффициентах теплообмена: D

= 22,88 м;

Нр = 11,74

м; а 2 = а 20=12

Вт/(м-К); а 3 = 4,7

Вт/(м-К);

а 1с=5,8

Вт/(м-К);

а 1к =3

Вт/(м-К). Изоляцию выбираем из пенополиуретана с показа­

телями

риз = 80

кг/м3; Я.из =0,035 Вт/(м-К); стиз = 1,5 руб/кг. В ко­

тельной установлены котлы типа ДКВР-4-13 с поверхностью нагрева FK0T= 192 м2 и производительностью q = 20 кг/(м2-ч). Пар имеет энтальпию in =2,692-106 Дж/кг. Энтальпия конденсата iK=0,42-106 Дж/кг; к.п.д. подогрева т|п =0,7 Нормативный коэффициент оку­ паемости принимаем одинаковым для всех объектов и равным

260

0,19 1/год. Амортизационные отчисления и отчисления на текущий ремонт = £из = 0,082 1/год. Технико-экономические показатели по котельной: стк =550 руб/м2, а 5 = 20000 руб/год, ст6=200 руб/(м2-год).

Решение Оптимальную толщину тепловой изоляции стенки и кровли ре­

зервуара вычисляем по формулам (7.51), (7.52):

0,035-80

- (0,082 + 0,19) • 550 + 20000 + 200 •3600

 

192

(0,082

+ 0,19) • 80 • 1,5 • 20(2,692 - 0,42)106 • 0,7

-0,035

Г 1

 

1

^

=0,058 м;

— + --------

 

^5,8

12 + 3 J

 

 

(

1

1

+

1

Ът = 0 ,0 6 4 -0 ,0 3 5

0,58

+ -

= -0,008 м.

 

 

3

 

12 + 3

Отрицательная величина 8ИЗК свидетельствует о том, что тепло­ вая изоляция кровли экономически нецелесообразна.

Пример 7.7. Определить оптимальные параметры «горячей» пе­ рекачки 10 млн. т. нефти по трубопроводу с наружным диаметром 530 мм, толщиной стенки 9 мм на расстояние 450 км при Az = 20 м. Свойства перекачиваемой нефти: р293 =945 кг/м3, v293 = 670м м 2/с, v 323 = 85,7 мм2/с. Температура выкачки нефти из резервуаров 295 К. Максимально допустимая начальная температура нефти - 338 К, минимально допустимая конечная - 300 К. Температура грунта на глубине заложения нефтепровода - 275 К. Глубину заложения тру­ бопровода, теплофизические свойства грунта и тепловой изоляции принять по условию примера 7.5.

Решение 1. Ориентировочное число насосных станций

г

= 450

,

_ 450

mi"

1 5()

> шах

5()

2. Ориентировочная величина объемного часового расхода в неф­ тепроводе по формуле (5.2)

10- 109

Q4 = 24-356-945 = 1239 м3/ч

261

и секундный расход по формуле (5.7)

1239

Q = —— = 0,344 м3/с. 3600

3. По найденному расходу определяем тип насосов. В качестве основных принимаем насосы НМ 1250-260 с ротором Д 2 = 418 мм (Н0

= 298,8 м; а = 0; в = -34,8-1 O'6

ч2/м 5;

ns = 75; п

= 3000 об/мин), а в

качестве подпорных НПВ 1250

- 60 с ротором Д 2 = 475 мм (Н0 =

59,9 м; а = 0; в = -0,89-10'5 ч2/м 5; ns =105 ; п =

1500 об/мин).

4. Определяем вязкость нефти, при превышении которой пере­

счет напорных характеристик насосов необходим.

Для НМ 1250 - 260 по формуле (7.69)

 

v

нм

3000 - 0,4182

-750,305

м2/с.

п

= ---------------------------

103-10-6

 

19 • 106

 

 

Для НПВ 1250 - 60 по аналогии

 

нпв

1500-0,4752 -Ю50,305

 

V п

19 *106

= 73,7 -10-6 м2/с.

 

 

 

5.

Определим вязкость нефти при температуре ее выкачки из

резервуара. Крутизна вискограммы нефти по формуле (1.10)

 

 

и = ------!-------In — = 0,0686 1/К.

 

 

323 -293

85,7

Вязкость нефти при температуре выкачки по формуле (1.9)

vp = 670 -exp[-0,0686(295 -293)] = 584,l мм2/с.

Так как vp >v™B, то пересчет напорной характеристики НПВ 1250-60 необходим.

6. Для насоса НПВ 1250 - 60 число Рейнольдса по формуле (3.18)

„ нпв

1500-0,4752

ReH

= ----------------- -Г =9657,

 

60-584,1-10"6

а переходное число Рейнольдса по формуле (3.18а)

Ren = 3,16 • 105 • 105"0,305 = 76423 .

7. Коэффициенты пересчета напора и подачи по формулам (3.20)

k „ = l - 0 , 1 2 8 l g ^ ^ = 0,885; 9657

kQ =0,885 • =0,833.

Коэффициенты в напорной характеристике подпорного насоса по формулам (3.21):

262

H ov = 0,885 -59,9 = 53,0 м;

0

8K S

в = -0,89 • 10"5 •

= -1,14 • 10-5 ч2/м 5.

v0,8332

9.Напор подпорного насоса НПВ 1250 - 60 при расчетной пода­ че по формуле (3.1)

H2v = 53,0 —1,14-10-5 -12392 =35,5 м.

10. При начальной температуре нефти, равной максимально до­ пустимой Т н=338 К, кинематическая вязкость по формуле (1.9)

vH= 85,7 • exp[-0,0686(338 - 323)] = 30,6 мм2/с.

Так как vH< v"M, то пересчитывать напорную характеристику основных насосов нет необходимости.

11. Напор одного основного насоса при расчетной подаче по формуле (3.1)

hMH= 298,8 - 34,8 • 1 ( Г 6 ■12392 = 245,4 м.

12. Плотность перекачиваемой нефти при начальной температу­ ре и температуре выкачки по формуле (1.2):

рн =945+ 0,581 (293-338) = 918,9 кг/м3; Рвык = 945 + 0,581 • (293 - 295) = 943,8 кг/м3.

13. Рабочее давление головной насосной станции по формуле

(7.70) при ш мн = 3 Р = 9,81-(918,9-3-245,4 + 943,8-35,5) = 6,97-106 Па.

Как видно, рабочее давление превышает предельно допустимую величину на 0,57-10б Па. Поэтому уменьшаем количество работаю­ щих основных насосов до т мн = 2, но берем ротор наибольшего диа­ метра Д2 = 460 мм (Н0 = 316,8 м; а = 0; в = -41,9 *10-6 ч2/м 5; ns =75).

14. Напор основного насоса при роторе с Д 2 = 460 мм hMH= 3 1 6 ,8 -4 1 ,9 -1СГ6 -12392 =252,5 м.

и рабочее давление головной насосной станции при т мн = 2 по фор­ муле (7.70)

Р = 9,81 (918,9 - 2 - 252,5 + 943,8-35,5) = 4,88-106 Па.

В этом случае трубопровод значительно недогружен по давле­ нию. Поэтому принимаем решение об обточке роторов основных насосов диаметром 418 мм.

15. Необходимый напор одного основного насоса с обточенным рабочим колесом

263

h*

245,4

0,57-106

224,3 м.

3-918,9-9,81

16.Необходимый диаметр обточенного ротора по формуле (5.35)

д >

0 , ш ] 224’3 +34’8 ' 0^ ™ * =0.403 м.

2

V

298,8

Это на 3,6 % меньше исходного диаметра, что вполне допустимо. 17. Таким образом, напор насосной станции по формуле (7.64)

 

 

Hcmv =3-224,3

= 672,9

м.

 

18. Средняя вязкость нефти при выбранной Т н

и числе насос­

ных станций п = 3 по формуле (7.72)

 

 

vЧ>3

(35,5 + 3 -6 7 2 ,9 -2 0 -3 0 )

5,64-10-6 м2/с.

0,0246-0,3441’75-450000

 

 

 

Аналогично при числе НС от 4 до 9 находим:

 

Vcp4 =17,9

мм2/с;

=44,0

мм2/с;

=91,5

мм2/с;

vep7 =169,9

мм2/с;

=290,2

мм2/с;

=465,4 мм2/с.

19. По формуле (7.60) находим среднюю температуру перекачки, соответствующую найденной средней вязкости. При числе насос­ ных станций, равном 3,

 

1

5

64

= 362,7

К.

Т = 3 2 3 -

1 п

^

4,1

0,0686

85,7

 

 

Аналогично находим: Т

=345,8

К;

Т

=332,7

К; Т =322,0 К;

т =313,0 К; Т =305,2

К; Т

=298,3

К.

 

Так как при выбранной начальной температуре и числе НС рав­ ном 3,4 и 5 средние температуры перекачки превышают максималь­ но допустимую температуру нагрева нефти, то дальнейшие расчеты по этим вариантам делать не надо. Вариант с числом НС равном 9 также в дальнейшем не рассматриваем, т. к. TCft меньше минималь­

но допустимой температуре нефти.

 

20.

Для числа НС, равного 6, 7 и 8, по формуле (7.73) находим

соответствующие значения конечной температуры. При числе НС,

равном 6,

 

 

 

ТКб = 0,5(3 -322 -338)

= 314 К.

Аналогично вычисляем: Тк? = 300,5 К и

Т = 288,8 К.

По результатам данного расчета из дальнейшего рассмотрения

264

исключаем вариант с 8 насосными станциями, т. к. Тк меньше ми­ нимально допустимой температуры.

Итак, из семи вариантов расчета при Т = 338 К достаточно рассмотреть в дальнейшем только два.

21. Вычисляем коэффициенты Г и Е по формулам (7.41):

Г =

1

In(4 -1,2)

!

In0,53 = 5,80 м-К/Вт;

+

 

2-11,63-1,2

2 - 1,211 v

;

2-0,062

 

 

Е

1

1

}

м-К/Вт.

 

 

 

= 7,65

20,062 1,211,

22.Теплоемкость нефти при средней температуре перекачки 322 К, соответствующей перекачке 6-ю насосными станциями, по формуле (1.5)

СР6 = ^= = -(7 6 2 + 3,39 • 322) = 1903 Дж/кг-К.

23.Для варианта с 6-ю насосными станциями при коэффициен­

те кратности cpN= 1 по формуле (7.74)

 

(

 

 

 

\

D(,) = exp

1

3,14

-450000

-5 ,8

= 0,52 м.

 

 

-ЗТО_ 97с

И16

7,65

6-1-0,344-945

 

 

 

-1903-In

 

У

 

l

 

314 -275

 

Так как D(1) <

D H, то в тепловой изоляции нет необходимости,

т. е. 5 ^ = 0. В'связи с этим необходимо уточнить начальную и ко­ нечную температуры нефти при сохранении ее средней величины.

24.

По формуле (7.40)

 

 

— = 5,8 + 7,65 - In 0,53 = 0,943

м-К/Вт.

 

кб

 

25.

Число Шухова по формуле (7.75)

 

 

3,14-450000

= 0,404

 

Шу =

 

0,943 ■6 -1 ■0,344 - 945 -1903

26. Уточненное значение начальной температуры нефти по фор­ муле (7.62)

О 404

ТУ =275+ (322-275), ’ w = 332,1 К,

1 —е ’

265

а уточненная величина конечной температуры по формуле (7.1)

=275 +(332,1-275)е-°>404 =313,1 К.

Уточненная величина средней температуры перекачки

= i(3 3 2 ,l + 2-313,1) = 319,4 К,

что практически совпадает с ранее найденной.

Учитывая предварительный характер расчетов, возможным из­ менением hмн пренебрегаем. Тем более, что сохранение величин h[,H и Нст неизменными обеспечивается уменьшением степени обточки ротора основных насосов.

27.Увеличение (pN и числа НС ведет к уменьшению расчетной

величины DH3 по сравнению D(1) Следовательно, в вариантах с п = 6 и (pN= 2...5, а также п = 7 и cpN = 1...5 тепловая изоляция тоже не нужна, но и здесь требуется уточнить Тн и Тк. Расчеты выполняют­ ся аналогично. Их результаты приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.4

Результаты расчетов по вариантам с различными числами насосных станций, пунктов подогрева и начальной температуры нефти

т „ , к

Число

т . , к

Фы

Толщина тепловой

ГР = П - S3,

насосных

изоляции, мм

тыс.руб/год

 

станций

 

 

расчетная

принятая

332,1

 

313,1

1

-

-

13251,2

326,9

6

317,4

2

-

-

13830,0

325,2

318,9

3

-

-

14032,4

324,4

 

319,7

4

-

-

14239,8

323,9

 

320,1

5

-

-

14394,0

320,1

 

306,7

1

-

-

13329,7

316,4

 

309,8

2

-

-

13852,5

315,3

7

310,8

3

-

-

14057,1

314,7

 

311,4

4

-

-

14261,4

314,4

 

311,7

5

-

-

14665,5

327,0

 

320,0

1

65

65

13052,3

326,4

6

317,0

2

14

0

13383,2

325,6

319,2

3

-

-

13632,4

324,8

 

320,0

4

-

-

13902,1

324,3

 

320,5

5

-

-

14101,2

320,5

 

307,0

1

-

—

12968,5

316,8

 

310,1

2

—

-

13251,0

315,6

7

311,1

3

—

-

13499,7

315,0

 

311,7

4

-

—

13742,1

314,7

 

312,0

5

-

-

13978,6

Для каждого из вариантов сочетания параметров Тн, Тк, n, (pN и DH3 необходимо определить суммарные годовые приведенные затра-

266

ты. Сделаем это на примере ряда: Т н = 327 К; Тк = 320 К; п = 6;

q>N = 1;

=

м -

28.

Необходимая поверхность нагрева тепловых установок по

формуле (7.43)

1239-945-1904,2 • (327 - 320) • 1,2

= 754,6 м2.

3600-104 -0,7

29.Капиталовложения в один пункт подогрева по формуле (7.42а)

К1тс = 500 754,6 = 377300 руб.

30.Приведенные годовые затраты в один пункт подогрева по формуле (7.43в)

П1тс = (0,15 + 0,1) 377300 + 15000 = 109325 руб/год.

31.Постоянные числовые коэффициенты по формулам (7.44) и (7.46)

А2 = 100 • 10 '3 • 400 ■^

■450000 = 14130000 руб/м2;

 

А3 =

14130000

0,522 = 3969117 руб;

 

0

3,14-450000-109325

 

 

 

 

 

=1769584;

1"

1239-945

1904,2-In 327 -273

 

 

3600

 

320-273

 

S2 = 14130000

(0,15 + 0,1) = 3532500 руб/(м2

год).

32. Суммарные приведенные годовые затраты в пункты подогре­

ва и тепловую изоляцию по формуле (7.45) за вычетом величины S3

равны

 

 

 

 

 

П1 =

1769584

+ 3532500• 0,66 = 1606265

руб/год

 

 

5,8 + 7,65 - In 0,66

 

 

33. Так как основные затраты электроэнергии на перекачку связа­

ны с работой насосов НМ

1250-260, то в формуле (7.83) надо использо­

вать их к. п. д. Произведем его пересчет с воды на высоковязкую нефть.

Для НМ

1250-260 коэф ф ициенты

в формуле (3.3) равны

С0 = 0,206; С,

= 11,3

10-4 ч/м3; С2 = - 5

10'7 ч2/м 6.

 

По формулам (3.20):

 

 

 

Rem = 0,224 • 105 • 750’384 =117563;

7

 

гр

7

 

a n = 1,33-75-0’326 =0,326.

Кинематическая вязкость перекачиваемой нефти при темпера­ туре Тн = 327 К по формуле (1.9)

vH= 670 ■exp [-0,0686 • (327 - 293)] = 65,0 мм2/с

Число Рейнольдса, характеризующее течение нефти в рабочем колесе, по формуле (3.18)

267

Соседние файлы в папке книги
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности