Типовая задача 4.7

По трубопроводу длиной 143 км, внутренним диаметром 359 мм перекачивается нефть в количестве 11409 т/сут. Плотность нефти 950 кг/м³, кинематическая вязкость при 30 и 70 ^оС, соответственно 26,5∙10^-4 и 1,61∙10^-4 м²/с, удельная теплоемкость 2093,5 Дж / (кг∙К). Коэффициенты теплопередачи К_т = 12,76 и К_л = 12,38 Вт/(м²∙К). Температура подогрева нефти 69 ^оС. Температура окружающей среды 0 ^оС. В конце трубопровода температура нефти должна быть 33 ^оС. Тепловая изоляция отсутствует.

Определить:

• режимы движения в трубопроводе,

• потерю напора на трение (по формуле Лейбензона, без учета поправки на неизотермичность, для турбулентного режима принять зону Блазиуса)

• температуру нефти в конце трубопровода,

• температуру нефти на расстоянии 12 км от начала трубопровода.

Алгоритм решения задачи 4.7.

1. Определяем коэффициент крутизны вискограммы.

2. Рассчитываем критическую температуру и устанавливаем режим движения нефти в трубопроводе.

3. Рассчитываем длину турбулентного участка (если установлено два режима движения нефти в трубопроводе).

4. Рассчитываем температуру нефти в конце трубопровода.

5. Рассчитываем температуру нефти по длине трубопровода – 6 точек.

Рекомендации к решению задачи 4.7.

• Для определения температуры по длине неизотермического трубопровода при отсутствии парафиновых отложений воспользуйтесь формулами (4.50, 4.56). Не забудьте учесть режим движения жидкости на отдельных участках (турбулентный или ламинарный) через коэффициент теплопередачи k_i.

• Таблица для построения графика по результатам решения задачи 4.7 имеет следующий вид:

Таблица 4.12

Форма таблицы для построения графика по результатам расчетов

Параметр	Номера точек
	1	2	3	4	5	6	7	8
L, м	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000	LK
t, оС	70	60	53	43	37	31	26	20

Для расчетов и построения графиков воспользуйтесь программой EXCEL.

Решение:

Определим коэффициент крутизны вискограммы

=

Рассчитываем критическую температуру

=

=

если t_k < t_kp < T_н, 33 < 66 < 69, то в трубопроводе два режима течения жидкости

Рассчитываем среднюю температуру потока на турбулентном участке

t_пт = (t_н + t_кр) / 2 = (69 + 66) / 2 = 67,5 ^оС

На ламинарном участке: t_пл = (t_kp + t_k) / 2 = (66 + 33) / 2 = 49,5 ^оС

Рассчитываем плотность нефти при средних температурах потока:

а) турбулентный участок

=

в) ламинарный участок

Рассчитываем длины участков:

а) турбулентный

=

в) ламинарный

=

с) сравниваем расчетные длины участков с заданной длиной трубопровода:

l_t + l_л = 830,9 + 13494 = 14325 м (l_t + l_л) = 14,3 км

т.е. заданная температура нефти в конце трубопровода может быть обеспечена без тепловой изоляции.

Расчет потери напора на трение:

а) рассчитываем вязкость при начальной температуре потока:

=

б) рассчитываем потери напора на турбулентном участке:

=

в)рассчитываем потери напора на ламинарном участке

=

=

Сумма потерь

h_nт + h_nл = 9,6 + 80,9 = 90,5 м

Рассчитываем температуру нефти в конце трубопровода:

=

=

Рассчитываем температуру нефти на расстоянии 12 км от начала трубопровода:

точка X находится на ламинарном участке трубопровода, т.к. l > X > l_т

Поэтому пользуемся следующей формулой:

=

=

Ответ: В трубопроводе 2 режима течения,

l_т = 0,831 км; l_л = 13,469 км; h_nт = 90,5 м; t_кон = 33,1 ^оС; t_x = 37,2 ^оС;