книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

2. Длина горизонтального трубопровода, на которой будет из­ расходован напор одной насосной станции, по формуле (5.47) с уче­ том, что icp. = l,02-icp.

3. Выполняем построения по расстановке насосных станций на профиле трассы по методике, описанной в главе 5, и находим длины

64000 м; A Z 4= 7,5 м; £5= 67000 м; Az5 = -7,5 м; £6= 66000 м; Az6 = 2 м; £7= 62000 м; A Z 7 = -2 м.

4. Располагаемые потери напора на трение для первого перегона между станциями по формуле (7.57)

h, = 672,9 - 20 = 652,9 м, для последнего перегона по формуле (7.58)

h7 = 35,5 + 672,9 + 2 - 30 = 680,4 м. Для остальных перегонов по формуле (7.57) находим h2 = 677,9 м; h3 = 667,9 м; h4 = 665,4 м;

h5 = 680,4 м; h6 = 670,9 м.

5. Полагая, что течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима (р = 0,0246, m = 0,25) по формуле (7.59) для первого перегона между насосными станциями находим

652,9-0,512 4.75 \0Д5

6. Проверяем правильность выбора величин р и ш. Число Рей­ нольдса по формуле (5.10)

Так как первое переходное число Рейнольдса Re, обычно со­ ставляет несколько десятков тысяч, то 2320 < Re, < Re, и, следова­ тельно, выбор величин р и m сделан верно.

7. Для других перегонов между насосными станциями аналогич­ но находим

8. Средняя температура нефти на перегоне, обслуживаемом го­ ловной насосной станцией, по формуле (7.60)

269

Для остальных перегонов аналогично находим:

Т1Р! =312,9 К; Тср) =313,0 К; Тср_ =313,2 К;

Тср, =314,6 К; Тад =314,8 К; Ttpi =310,1 К.

9. Теплоемкость нефти при средней температуре нефти на пер­ вом перегоне между станциями по формуле (1.5)

Дж у

Для остальных перегонов аналогично находим

кг-К J ’

С=2346; С =2346,4; С =2347,2;

СРз =2353;5 СРб =2354;’ СР7 =2334.

10.Число Шухова для первого перегона между насосными стан­ циями по формуле (7.61)

Поскольку найденные величины меньше максимально допустимой величины, то расчет можно продолжать.

12. Конечная температура нефти на первом перегоне между на­ сосными станциями по формуле (7.1)

ТК| = 275 + (318,1-275)-е-0,272 =307,8 К.

270

Для других перегонов аналогично находим:

TKi =307,8 К; TKj =308,0 К; Т Ка =308,2 К;

TKj =309,1 К; ТКб =309,4 К; ТК7 =305,6 К.

Поскольку найденные величины больше минимально допустимой конечной температуры, то уточнять их нет необходимости.

Пример 7.9. Определить оптимальные параметры «горячей» пе­ рекачки по нефтепроводу длиной 100 км с только одной головной насосно-тепловой станцией. Остальные исходные данные приять по примеру 7.7.

Решение 1. Средняя вязкость нефти в трубопроводе по формуле (7.72)

4

(35,5 + 672,9 - 2 0 - 3 0 ) - 0 ,5124,75

V cp

= 26,9 -10-6 м2/с

0,0246-0,3441’75 100000

2. Соответствующая средняя температура нефти в трубопроводе по формуле (7.60)

4. Вычисляем расчетный коэффициент по формуле (7.63)

руб•м - К

= 384282

год ■Вт

5. Расчетные коэффициенты А2 и S2 по формулам (7.44) и (7.46), соответственно

м

руб

S2 = 3140000 • (0,12 + 0,1) = 690800

м -год

271

6. Левая часть неравенства (7.46)

DH(Г + Е • In DH) = 0,53 • (5,8 + 7,65 ■In 0,53) = 0,50

Вт

7. Правая часть неравенства (7.46)

Так как 0,50 < 1,46, то, следовательно, неравенство (7.46) выполня­ ется и применение тепловой изоляции экономически целесообразно.

8. Задаваясь различными величинами DH3 , находим значение DH3 =0,633 м, при котором достигается равенство левой и правой частей уравнения (7.65).

Пример 7.10. Рассчитать кинематическую вязкость смеси нефти вязкостью 43,1 мм2/с и плотностью 850 кг/м 3 с 10% об. с бензино­ вым отгоном вязкостью 1 мм2/с и плотностью 750 кг/м 3.

Решение

1. Находим весовую концентрацию разбавителя в смеси по фор­ муле (7.81)

850-0,1 -(850 -750)

2.Подставляя найденную величину К в в формулу (7.80), получа­

ем

lglg(vCM+ 0,6) = (1-0,0893) • lglg(43,l + 0,6) + 0,0893 • lglg(l + 0,6)

lg lg(vCM+ 0,6) = 0,134 ;

VCM= 1010" 37 - 0,6 = 22,4 MM2/ C

3. Величина эмпирического коэффициента в формуле (7.66)

КVCM 0,1 22,4

Пользуясь найденной величиной коэффициента а, можно по формуле (7.78) найти vCMи при других концентрациях бензинового отгона.

Пример 7.11. Определить оптимальную концентрацию разбави­ теля плотностью 810 кг/м3, при перекачке 18 млн. т высоковязкой нефти по трубопроводу диаметром 720 мм (5 = 9 мм) на расстояние

272

600 км. Кинематическая вязкость перекачиваемой нефти при рас­ четной температуре равна 700 мм2/с, плотность - 930 кг/м3, коэффи­ циент а = 6.

Решение

1.По табл. 5.1 находим, что расчетное число суток перекачки для проектируемого нефтепровода составляет 354.

2.Задаемся концентрацией разбавителя К = 0,1.

3.Плотность смеси по формуле (7.82)

рсм = 930-(1-0,1) + 810-0,1 = 918 кг/м3

4. Кинематическая вязкость смеси по формуле (7.78)

0633 = 703 MJ

“1- 0,1

7.По расходу QCM предварительно выбираем насосы: основные

типа НМ 2500 - 230 с диаметром ротора D2 = 430 мм (Н0 = 287,9 м; а = 0; в = 9,47-1 O'* ч2/м 5; ns =109; п = 3000 об/мин) и подпорные типа НПВ 2500-80 с ротором диаметром D 2 = 820 мм (Н0 = 113,3 м; а = 0; в = 5,36-10-6 ч2/м 5; ns =120,6; п = 1500 об/мин).

8. Найдем коэффициенты пересчета характеристики основных насосов.

Число Рейнольдса по формуле (3.16)

273

Re = 3000 :°14-3L = 24063.

60-384,2-10^

Переходное число Рейнольдса по формуле (3.17)

Ren = 3,16• 105 -109-0*305 =75557.

Так как ReH< Ren, то пересчет напорной характеристики необ­ ходим. По формулам (3.19) коэффициент пересчета напора

а коэффициент пересчета подачи

kQ=0,936l>5 = 0,906.

По аналогии для подпорных насосов находим:

ReH=43753; Ren = 73262; kH= 0,971; kQ =0,957

9. Проверяем правильность предварительного выбора насосов. Для основных насосов:

0,8 ■KQ • QHOM= 0,8 • 0,906 • 2500 = 1812 м3/ч ;

1.2 • KQ • QHOl( = 1,2■ 0,906 • 2500 = 2871 м3/ч.

Так как 1812 < 2531 < 2718, то тип основных насосов выбран правильно. Для подпорных насосов

0,8-K Q -QHOM= 0,8-0,957• 2500 = 1914 м3/ч,

1.2 •Кр ■ = 1,2 •0,957 •2500 = 2871 м3/ч.

Так как 1914 < 2531 < 2871, то тип подпорных насосов также выбран правильно.

10. Коэффициенты напорных характеристик насосов по форму­ ле (3.21): для НМ 2500 - 230

Hv =0,936-287,9 = 269,5 м;

в =9,47 Ю-6- 0,936 = 10,8-КГ6 ч2/м 5. 0.9062

для НПВ 2500 - 80

Н„ =0,971-113,3 = 110,0 м;

в =5,36-1 O'5 0,9712 = 5,68 -10-6 ч!/м 5. 0,957

274

11.Напоры насосов при перекачке смеси по формуле (3.1): ЬМНм= 269,5 -10,8 • 10"6 • 25312 = 200,3 м;

Н2см = 110,0 - 5,68 • 1О^5• 25312 = 73,6 м.

12.Рабочее давление головной насосной станции при перекачке

смеси по формуле (5.4) при ш мн = 3

р = 918 • 9,81 • (3 • 200,3 + 73,6) = 6,07 • 10б Па

Так как Р < 6 ,4 МПа, то количество основных насосов на стан­ циях выбрано правильно.

13.Напор одной насосной станции по формуле (5.30)

Н=3-200,3 = 600,9 м

14.Определим режим течения смеси в трубопроводе. Внутрен­ ний диаметр трубопровода по формуле (5.6)

6 = 0,7 2 -2 -0 ,0 0 9 = 0,702 м

Средняя скорость перекачки по формуле (5.8)

4-0,703

= 1,82 м/с

3,14-0,7022

Число Рейнольдса по формуле (5.10)

1,82-0,702 = з з 25

Re

384,2-10-6

Так как течение соответствует зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима, то в формуле (5.16) р = 0,0246; ш = 0,25.

15.Потери напора на трение и местные сопротивления при пе­

рекачке высоковязкой нефти в том же режиме, что и смеси

,, Л л^ „ 0 ,6 3 3 ,’75(700-10^)°’25-600000

16. Расчетное число насосных станций по формуле (7.74)

-6-0,25-0,1

5916—------- ^ + 30 + 1(40 -73,6)

17.Напор, необходимый для перекачки смеси

нст = Н СТсм п = 600,9■ !0,2 = 6129 м

275

18. Так как основные затраты электроэнергии на перекачку связа­ ны с работой насосов НМ 2500 - 230, то в формуле (7.88) используется их к. п. д. Произведем его пересчет с воды на высоковязкую нефть.

Для НМ 2500 - 230 коэффициенты в формуле (3.3):

С0 = 6,86• 10-2; С ,= 7,1Ы < Г ‘ ч/м 1; Сг = -1 5 ,6 3 -КГ8 ч!/м 6.

По формулам (3.20):

Re^ =0,224-105 -109о>384 =135713 ;

а п =1,33-ЮР”0,326 =0,288.

Коэффициенты пересчета к. п. д. по формуле (3.19)

Кп = 1 -0 ,2 8 8 lg 135713 =0,784

п6 24063

Коэффициенты в уравнении (3.3) для случая перекачки смеси по формулам (3.21)

C0V= 0 ,784-6,86 10-2 ; С,„ = 7 ,1 1 - 1 < Г '£ ^ ч/м !;

Величина к. п. д. основных насосов при перекачке смеси в соот­ ветствии с формулой (3.3)

Лvc« =5,38-10"2 + 6 ,15-10-4 -2531-14,93-10"8 -25312 =0,654

19. Мощность, потребляемая при перекачке смеси, по формуле (7.76)

20. Суточный объем перекачки высоковязкой нефти

Vc = 2278-24 = 54672 м3.

21. Объем резервуарного парка головной насосной станции для высоковязкой нефти

V0 =2-54672 = 109344 м3.

22. По табл. 1.15 для случая строительства насосных станций на новой площадке находим 0 ^ = 8 0 7 7 тыс. руб, Спнс=2170 тыс. руб и подставляем в формулы (7.77), (7.89)

276

П нс =[8077+ 2170-(10,9-1)] (0,12 + 0,098) +

+20 • 10"3 ■109344 • (0,12 + 0,108) +

+10'3 •59,3 -106(39 + 8400 -0,011) 10~3 =14782 ™ Cpy6

год

П= 14782 + 2-0,1 • 54672 • 2 0 -10“3-(0,12 + 0,108) =

=14832

год

23. Расчеты при других величинах концентрации разбавителя выполняются аналогично. Их результаты приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Влияние концентрации разбавителя на технико-экономические показатели нефтепровода

Из выполненного расчета следует, что оптимальной в данном случае является концентрация разбавителя Копт = 0,03.

Пример 7.12. Определить продолжительность полного вытесне­ ния нефти вязкостью 0,005 м2/с и плотностью 950 кг/м3 из участка трубопровода длиной 100 км, диаметром 0,513 м с Az = 20 м. На насосной станции установлены подпорные насосы НПВ 2500-80 (Н0 = 79,7 м; а = 0; в = 1 10"6 ч2/м 5) и основные насосы НМ 2500-230 (Н0 = 281,5 м; а = 0; в = 8,32 10 6 ч2/м 5), включенные последова­ тельно. Максимально допустимое давление в нефтепроводе равно

277

6,4 МПа; остаточный напор равен 30 м. Вытеснение производится водой.

Решение 1. Полагая, что на насосной станции последовательно включены

3 основных насоса, вычисляем коэффициенты в ее напорной харак­ теристике

=0,0064 — =23,0 — .

сч

3.Проверим справедливость допущения о ламинарном режиме течения нефти при начале ее вытеснения. Число Рейнольдса по фор­ муле (5.10)

3,14-0,513-0,005

Так как Re < 2320, то режим принят верно.

4. Проверим условие существования I этапа вытеснения. Напо­ ры подпорного и основного насосов при подаче Q0 по формуле (3.1):

7. Число Рейнольдса при течении воды и высоковязкой нефти с расходом Qcp, по формуле (5.10):

278