Гидравлический расчет простого трубопровода
Основные уравнения для гидравлического расчета трубопроводов.
Объемный расход:
Q=W*S, м3/с (5.1)
где W – линейная скорость потока, м/с; S – площадь поперечного сечения трубы, м2.
Для трубопроводов круглого сечения, т.к. S = 0,785*d2, то формула (5.1) примет вид:
Q=0.785*d2*W, м3/с (5.2)
Массовый расход:
G=W*S*
,
кг/с (5.3)
где r – плотность, кг/м3.
При движении жидкости по трубопроводу различают два вида потерь напора:
hП=hТР+hМ,
где hтр – потеря напора за счет преодоления сил трения по длине трубопровода; hм – потеря напора за счет местных сопротивлений.
Потеря напора на преодоление трения по длине трубопровода круглого сечения hтр при любом установившемся режиме течения определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:
(5.4)
Потери давления на преодоление сил трения:
(5.5)
В наклонном трубопроводе:
(5.6)
здесь «+» – когда сумма DZ участков подъема больше суммы DZ участков спуска и “-“, когда наоборот.
В формулах использованы обозначения:
L
– длина трубопровода, м; d
– внутренний диаметр трубопровода, м;
W – средняя скорость
потока, м/с; ρ - плотность жидкости,
кг/м3; Q - объемный
расход жидкости, м3/с; DZ
– разность геодезических отметок начала
и конца трубопровода, м; g
- ускорение силы тяжести, м/с2;
-
коэффициент гидравлического сопротивления.
Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенки трубы:
l = Ұ(Re, e),
где e =
,
D- абсолютная
эквивалентная шероховатость, мм.
(5.7)
Для ламинарного режима течения, Re< Reкр (2300):
(5.8)
При турбулентном режиме течения различают три зоны сопротивления.
Зона гидравлически гладких труб :
,
формула Блазиуса. (5.9)
Зона смешанного трения :
формула Альтшуля. (5.10)
Зона квадратичного закона сопротивления :
формула Шифринсона. (5.11)
Задача 5.1
На дожимной насосной станции (ДНС) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 0.6 МПа. Длина сборного коллектора, идущего от АГЗУ до ДНС, 10 км и (внутренний) диаметр его 0.3 м, абсолютная эквивалентная шероховатость Δ=0.11мм. Сборный коллектор горизонтальный. Объем перекачиваемой нефти 3800 т/сутки, ее плотность 800 кг/м3, кинематическая вязкость 1* 10-4 м2/с. Определить необходимое начальное давление в трубопроводе.
Дано:
Pк
= 0.6 МПа; d = 0.3 м; ρн
= 800 кг/м3;
ν = 1*
10-4
м2/с;
L
= 10 км; Q = 3800 т/сутки;
мм
Найти: Рн =?
Решение:
W
=
=
=
= 0.78
м/с;
Rе
=
=
= 2340
>
2320;
т.к. , то
ΔP
=
=
= 0.35
МПа;
Pн = Рк + ΔP = 0.6 + 0.35 = 0.95 МПа;
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задача 5.1
На ДНС в сепараторе первой ступени поддерживается определенное давление. Известна длина сборного коллектора, идущего от «Спутника» до ДНС, его внутренний диаметр, абсолютная эквивалентная шероховатость (Δ=0,15 мм), разность геодезических отметок начала и конца трубопровода, количество перекачиваемой нефти, ее плотность, кинематическая вязкость.
Определить необходимый начальный напор. Задания по вариантам приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1
Исходные данные |
Варианты |
||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|||
Давление конечное, МПа |
0,6 |
0,2 |
0,5 |
0,8 |
0,4 |
0,6 |
0,3 |
0,5 |
0,1 |
0,4 |
0,6 |
0,3 |
0,2 |
0,8 |
0,1 |
||
Длина трубопровода, км |
10 |
9 |
8 |
4 |
12 |
5 |
15 |
4 |
20 |
10 |
9 |
8 |
5 |
4 |
12 |
||
Диаметр трубопровода, м |
0,31 |
0,26 |
0,32 |
0,25 |
0,30 |
0,31 |
0,35 |
0,26 |
0,37 |
0,32 |
0,31 |
0,26 |
0,32 |
0,25 |
0,30 |
||
Разность геодезических отметок, м |
12 |
-5 |
15 |
-8 |
10 |
5 |
-20 |
-3 |
-8 |
10 |
12 |
-5 |
15 |
-8 |
10 |
||
Массовый расход нефти, *102 т/сут |
38 |
32 |
30 |
25 |
35 |
32 |
40 |
25 |
35 |
32 |
38 |
32 |
30 |
25 |
35 |
||
Плотность нефти, кг/м3 |
849 |
848 |
921 |
823 |
869 |
869 |
892 |
892 |
862 |
823 |
845 |
840 |
920 |
815 |
850 |
||
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с |
0,14 |
0,28 |
0,63 |
0,08 |
0,40 |
0,43 |
0,39 |
0,39 |
0,14 |
0,08 |
0,13 |
0,29 |
0,64 |
0,11 |
0,42 |
||
Исходные данные |
Варианты |
||||||||||||||||
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|||
Давление конечное, МПа |
0,6 |
0,2 |
0,5 |
0,8 |
0,4 |
0,6 |
0,3 |
0,5 |
0,1 |
0,4 |
0,6 |
0,3 |
0,2 |
0,8 |
0,1 |
||
Длина трубопровода, км |
11 |
10 |
9 |
5 |
12 |
7 |
15 |
8 |
18 |
16 |
14 |
10 |
5 |
6 |
9 |
||
Диаметр трубопровода, м |
0,31 |
0,26 |
0,32 |
0,25 |
0,30 |
0,31 |
0,35 |
0,26 |
0,37 |
0,32 |
0,31 |
0,26 |
0,32 |
0,25 |
0,30 |
||
Разность геодезических отметок, м |
-12 |
5 |
10 |
-8 |
-10 |
5 |
20 |
-3 |
8 |
-10 |
2 |
5 |
17 |
-7 |
8 |
||
Массовый расход нефти, *102 т/сут |
38 |
32 |
30 |
25 |
35 |
32 |
40 |
25 |
35 |
32 |
38 |
32 |
30 |
25 |
35 |
||
Плотность нефти, кг/м3 |
850 |
840 |
925 |
834 |
872 |
865 |
898 |
890 |
860 |
820 |
848 |
855 |
920 |
810 |
860 |
||
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с |
0,14 |
0,28 |
0,63 |
0,08 |
0,40 |
0,43 |
0,39 |
0,39 |
0,14 |
0,08 |
0,13 |
0,29 |
0,63 |
0,11 |
0,42 |
||