Практические работы по ПТХСП
.pdfОкончание таблицы 3
Исходные |
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напор, м |
95 |
130 |
80 |
125 |
70 |
75 |
115 |
60 |
85 |
130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина, м |
2700 |
2000 |
1000 |
1000 |
5500 |
2800 |
2800 |
1500 |
1900 |
6500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр, мм |
115 |
115 |
120 |
85 |
198 |
120 |
156 |
105 |
115 |
305 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кинематическая вязкость |
0,95 |
0,28 |
0,25 |
0,32 |
0,07 |
0,022 |
0,2 |
0,25 |
0,25 |
0,137 |
|
нефти*10-4, м2/с |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная эквивалентная |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,15 |
0,1 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
0,1 |
|
шероховатость, мм |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объемные расходы, м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q1 |
0,013 |
0,018 |
0,03 |
0,012 |
0,02 |
0,012 |
0,02 |
0,012 |
0,012 |
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q2 |
0,014 |
0,019 |
0,025 |
0,013 |
0,025 |
0,014 |
0,025 |
0,013 |
0,014 |
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q3 |
0,015 |
0,02 |
0,02 |
0,014 |
0,03 |
0,016 |
0,03 |
0,014 |
0,016 |
0,14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q4 |
0,016 |
0,021 |
0,015 |
0,015 |
0,04 |
0,018 |
0,04 |
0,015 |
0,018 |
0,16 |
|
Q5 |
0,017 |
0,022 |
0,01 |
0,016 |
0,05 |
0,020 |
0,05 |
0,016 |
0,02 |
0,18 |
|
Ответ, м3/с |
0,0156 |
0,0213 |
0,0270 |
0,0134 |
0,044 |
0,0184 |
0,039 |
0,0132 |
0,0177 |
0,17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
Типовая задача 3
Пример:
Задан перепад давления на сборном коллекторе Р=0,08 МПа. Известны: массовый расход нефти G=824 т/сут, плотность нефти ρ=870 кг/м3 и ее кинематическая вязкость ν=0,8*10-4 м2/с, длина его L=13 км,
шероховатость стенок трубы =0,15мм, d1=0,25, d2=0,29, d3=0,35, d4=0,4, d5=0,45 м. Определить диаметр коллектора для перекачки нефти.
Задача такого типа решается графоаналитическим способом, поскольку коэффициент гидравлического сопротивления λ зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного диаметра.
Решение:
Находим скорость по формуле (15)
ω = |
Q |
= |
|
G (824 *1000 / 3600) |
= 0,22 |
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ρ × S = 870 × 0,785 × 0,252 |
|||||||
1 |
|
S |
|
|
м/c; |
||||
ω2 |
= 0,17 |
м / с; ω3 = 0,11 м / с; ω4 = 0,09 |
м / с ; ω5 = 0,07 м / с . |
1.Находим параметр Рейнольдса по формуле (22)
Re = ω1 × d = 698,22 ;
1 ν
Re2 = 601,92 ; Re3 = 498,73; Re4 = 436,39 ; Re5 = 387,90.
Так параметр Рейнольдса меньше 2320, следовательно, ламинарный режим течения.
2.Определим коэффициент гидравлического сопротивления по формуле (21):
λ= 64 ,
Re
λ1=0,0917;λ2=0,1063;λ3=0,1283;λ4=0,1467;λ5=0,1650.
3.Определим перепад давления по формуле (14):
DP = λ × l × ω2 × ρ, d 2
23
∆P1=0,1035 МПа;∆P2=0,0572 МПа;∆P3=0,0269 МПа;∆P4=0,0158 МПа;∆P5=0,0099 МПа.
4.Строим график DРZ = ¦(d). Используя этот график и заданный перепад давления, определяем требуемый диаметр коллектора.
Задание:
Задан перепад давления на сборном коллекторе Р. Известны: массовый расход нефти G, плотность нефти ρ и ее кинематическая вязкость ν, длина его L, шероховатость стенок трубы . Определить диаметр коллектора для перекачки нефти.
24
Таблица 4
Исходные данные к заданию 3
Исходные |
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная эквивалентная шероховатость, |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,1 |
0,15 |
|
мм |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовый расход нефти, т/сут |
2740 |
8220 |
2740 |
1900 |
2500 |
3500 |
4000 |
5000 |
6000 |
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перепад давления, МПа |
0,25 |
0,15 |
0,02 |
0,3 |
0,04 |
0,25 |
0,25 |
0,3 |
0,3 |
0,065 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина, км |
18 |
10 |
15 |
10 |
12 |
15 |
20 |
30 |
20 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность нефти, кг/м3 |
860 |
860 |
860 |
849 |
848 |
848 |
870 |
869 |
870 |
892 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с |
0,6 |
1,437 |
0,137 |
0,137 |
2,6 |
1,633 |
0,590 |
0,403 |
0,59 |
0,397 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметры, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,20 |
0,50 |
0,25 |
0,25 |
0,30 |
0,30 |
0,35 |
|
d2 |
0,25 |
0,35 |
0,45 |
0,25 |
0,55 |
0,30 |
0,30 |
0,35 |
0,35 |
0,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d3 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
0,30 |
0,60 |
0,35 |
0,35 |
0,40 |
0,40 |
0,45 |
|
d4 |
0,35 |
0,45 |
0,55 |
0,35 |
0,65 |
0,40 |
0,40 |
0,45 |
0,45 |
0,50 |
|
d5 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
0,40 |
0,70 |
0,45 |
0,45 |
0,50 |
0,50 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ, м |
0,31 |
0,447 |
0,456 |
0,225 |
0,55 |
0,355 |
0,37 |
0,41 |
0,413 |
0,405 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 4
Исходные |
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная эквивалентная |
0,2 |
0,1 |
0,15 |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,1 |
0,15 |
0,1 |
0,15 |
|
шероховатость, мм |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовый расход нефти, т/сут |
300 |
7200 |
3200 |
2900 |
4600 |
5800 |
4300 |
5250 |
4300 |
3200 |
|
0 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перепад давления, МПа |
0,55 |
0,25 |
0,02 |
0,45 |
0,02 |
0,25 |
0,7 |
0,5 |
0,25 |
0,065 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина, км |
11 |
10 |
18 |
10 |
12 |
6 |
14 |
18 |
13 |
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность нефти, кг/м3 |
860 |
860 |
856 |
849 |
848 |
848 |
870 |
870 |
860 |
875 |
|
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с |
0,6 |
1,437 |
0,137 |
0,137 |
0,6 |
1,8 |
0,7 |
1,4 |
1,7 |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметры, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
0,22 |
0,30 |
0,5 |
0,22 |
0,50 |
0,23 |
0,25 |
0,30 |
0,30 |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d2 |
0,25 |
0,35 |
0,55 |
0,25 |
0,55 |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
0,35 |
0,40 |
|
d3 |
0,3 |
0,40 |
0,6 |
0,30 |
0,58 |
0,3 |
0,35 |
0,40 |
0,40 |
0,45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d4 |
0,35 |
0,45 |
0,65 |
0,35 |
0,65 |
0,35 |
0,40 |
0,45 |
0,45 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d5 |
0,4 |
0,50 |
0,7 |
0,40 |
0,70 |
0,4 |
0,45 |
0,50 |
0,50 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ, м |
0,24 |
0,412 |
0,513 |
0,235 |
0,57 |
0,337 |
0,288 |
0,338 |
0,37 |
0,417 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
Окончание таблицы 4
Исходные |
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|||
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная эквивалентная |
0,15 |
0,1 |
0,2 |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,15 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
||
шероховатость, мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовый расход нефти, т/сут |
175 |
6020 |
5500 |
4600 |
8800 |
1200 |
4300 |
4000 |
6050 |
2000 |
||
0 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перепад давления, МПа |
0,75 |
0,65 |
0,2 |
1,25 |
0,1 |
0,45 |
1,1 |
0,25 |
0,7 |
0,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина, км |
18 |
10 |
17 |
10 |
11 |
19 |
20 |
23 |
20 |
14 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность нефти, кг/м3 |
850 |
865 |
855 |
846 |
877 |
890 |
845 |
888 |
836 |
864 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с |
0,39 |
1,437 |
0,135 |
0,167 |
1,2 |
1,2 |
0,7 |
0,95 |
1,3 |
0,6 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметры, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
0,17 |
0,3 |
0,25 |
0,20 |
|
0,4 |
0,17 |
0,25 |
0,3 |
0,3 |
0,22 |
|
d2 |
0,2 |
0,32 |
0,3 |
0,25 |
|
0,45 |
0,2 |
0,3 |
0,32 |
0,35 |
0,23 |
|
d3 |
0,25 |
0,4 |
0,35 |
0,30 |
|
0,5 |
0,25 |
0,35 |
0,4 |
0,38 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d4 |
0,3 |
0,45 |
0,4 |
0,35 |
|
0,55 |
0,3 |
0,4 |
0,45 |
0,45 |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d5 |
0,35 |
0,5 |
0,45 |
0,40 |
|
0,6 |
0,35 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ, м |
0,21 |
0,417 |
0,39 |
0,233 |
|
0,527 |
0,238 |
0,285 |
0,332 |
0,358 |
0,237 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Гидравлические расчёты сложных трубопроводов
Различают четыре категории сложных трубопроводов:
I.Коллектор постоянного диаметра с распределенным по длине отбором продукции (раздаточный коллектор в резервуарах, отстойниках, сепараторах).
II.Сборный коллектор переменного диаметра с распределенным по длине поступлением продукции (система сбора скважинной продукции).
III.Коллектор с параллельным участком трубопровода (байпас на
водоводах).
IV. Замкнутый коллектор (кольцевой водовод).
2.1. Гидравлический расчет трубопровода I категории
Введем понятие о двух расходах:
∙транзитный расход жидкости QT, который поступает на участки, примыкающие к рассматриваемому;
∙путевой расход жидкости (QП – суммарный путевой расход жидкости), который отбирается по длине коллектора через как
сумма всех отборов qi по длине. Уравнение материального баланса
n |
|
Q = QT + QП = QT − ∑qi , |
(34) |
i =1
где qi - объёмные расходы жидкости в ответвлениях.
Расчетная схема сложного трубопровода I категории представлена на рис. 2.
Рис. 2. Расчетная схема сложного трубопровода I категории
28
Поскольку диаметр раздаточного коллектора одинаков на всем протяжении, а расходы жидкости на различных участках разные, то и режимы течения на каждом участке могут быть разные (рис. 2).
Перепад давления при расчете сложных трубопроводов можно рассчитывать и по формуле Дарси-Вейсбаха и по формуле Лейбензона:
|
DP = P1 - P2 |
= β × |
Q2− m ×ν m ×l |
× ρ × g, Па . |
|
|
||||||||||
|
|
|
d 5− m |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для рассматриваемого случая перепад на 1-ом |
||||||||||||||||
трубопровода будет: |
|
|
|
(QT )2 −m ×ν m ×l1 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
P - P1 = β1 × |
× ρ × g . |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 5− m |
|
|
|
|
|
|
|
На втором участке: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
P1 - P2 = β |
2 × |
(QT - q1 )2−m ×ν m |
× l2 |
× ρ × g . |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
d 5−m |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На n-ом участке: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
P - P = β × |
[Q - (q + q |
2 |
+ L + q |
n−1 |
)]2−m ×ν m × l |
n |
× ρ × g . |
|||||||||
|
T |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
d 5−m |
|
|
|
|
|
||||
n−1 n |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общий перепад по всей длине коллектора:
|
|
ν m × ρ × g |
n−1 |
|
n −1 |
2−m |
|
|
|
|
P - Pn |
= |
|
|
× ∑ QT |
- ∑ qi |
|
× li |
× βi |
. |
|
|
d |
|||||||||
|
|
|
i =1 |
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(35)
участке
(36)
(37)
(38)
(39)
Таким образом, для сложного трубопровода I категории общий перепад давления равен сумме падений давления по участкам:
n |
|
DP = ∑ DPi . |
(40) |
i =1
Алгоритм решения задачи на определение перепада давления:
1.Находятся скорости движения жидкости по участкам.
2.Для каждого участка трубопровода определяется режим движения жидкости по значению параметра Rе и ε.
29
3.Рассчитывается коэффициент гидравлического сопротивления λ, если расчет ведется по формуле Дарси-Вейсбаха, или выбираются по табл. 1 значения коэффициентов β и m, если расчет ведется по формуле Лейбензона.
4.Рассчитываются потери давления на каждом участке.
5.Рассчитывается общая потеря давления по всей длине коллектора, как сумма потерь на отдельных участках.
2.2. Гидравлический расчет трубопровода II категории
Возможно два варианта трубопроводов данной категории.
Первый – последовательное соединение труб разного диаметра. В этом случае расход жидкости остается постоянным по всей длине трубопровода Q = const , а потери напора в трубопроводе будут равны сумме потерь напора на участках:
hT общ = hT1 + hT 2 + L+ hi . |
(41) |
Второй вариант – переменный диаметр трубопровода и переменный по длине расход.
Уравнение материального баланса:
n |
|
Q = QT + QП = QT + ∑qi . |
(42) |
i =1
Так как диаметры труб по участкам разные, то на разных участках возможны различные режимы течения (рис. 6.3).
Рис. 3. Расчетная схема сложного трубопровода II категории
Алгоритм задачи на определение потери давления по всему трубопроводу аналогичен алгоритму предыдущей задачи.
30
2.3. Гидравлический расчет трубопровода III категории
Ответвления от основной магистрали могут быть замкнутыми и разомкнутыми.
Для замкнутых ответвлений – лупингов (от англ. – петля) – справедливы соотношения:
1.Расход, проходящий через весь разветвленный участок, равен сумме расходов в отдельных ветвях:
QОБЩ = Q1 + Q2 + LQn . |
(43) |
∙Потери напора для всего разветвления и в любой его ветви равны между собой, так как разность напоров в точках A и B одинакова для всех ветвей:
hОБЩ = h1 = h2 = hn = H A − H B , |
(44) |
где Qобщ и hобщ – соответственно расход и потери напора на всем разветвленном участке.
Характеристика сложного трубопровода, имеющего замкнутое ответвление представлена на рис. 4.
Рис. 4. Характеристика сложного трубопровода, имеющего
замкнутое ответвление
2.4. Увеличение пропускной способности трубопровода
Для увеличения пропускной способности трубопровода можно использовать или вставку большего диаметра или лупинг. Ответить на вопрос: «Что лучше?» поможет расчет гидравлического уклона: лучшим будет тот вариант, где i - минимально.
31