Вопрос 31

Гидравлический расчет трубопроводов

Перед гидравлическим расчетом трубопроводов выполняют технологический план нефтебазы, по которому определяют от­метки плановое положение любого трубопровода и получают данные необходимые для гидравлического расчета. Расчет ведут исходя из максимальных расходов приемо-раздаточных устройств (нефтепричалов, железнодорожных эстакад и др.), заданной про­изводительности (грузооборота), вязкости и плотности нефтепро­дуктов и разности отметок основных технологических сооруже­ний (резервуаров, насосных станций). В процессе гидравличе­ского расчета трубопроводов определяют обычно оптимальный диаметр трубопроводов, исходя из обеспечения заданной произ­водительности перекачки с учетом потерь напора, и производят подбор насосно-силового оборудования.

Вну­тренний диаметр трубопровода, м,

(5.1)

где Q — производительность перекачки нефтепродуктов по трубо­проводу, м³/ч; v — скорость движения нефтепродуктов, м/сек.

Внутренний диаметр рекомендуется принимать не менее 50 мм..

Потери напора на трение по длине трубы и преодоле­ние местных сопротивлений, м,

(5-2)

где Lпр - приведенная длина трубопровода, м; dвн внутренний диаметр трубопровода, м, — коэффициент гидравлического сопротивления^-, v—скорость движения нефтепродукта, м/сек. Приведенная длина трубопровода, м,

(5-3)

где L - геометрическая длина трубопровода, определенная по . плану технологических трубопроводов, м; L_экв - эквивалентная длина местного сопротивления отдельного участка. Необходимый напор насоса, м,

(5.4)

где - потери напора на трение; h_CK — скоростной напор z—. разность отметок конечного и начального пунк­тов перекачки (обычно принимается максимальная разность отметок уровней нефтепродукта в железнодорожной цистерне и резервуаре).

Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от ре­жима движения в трубе (ламинарный или турбулентный), характеризуемого значением числа Рейнольдса Re и относительной шероховатостью стенок трубы.

(5.5)

где v - кинематическая вязкость перекачиваемого нефтепро­дукта.

При Re <2000 режим движения нефтепродукта ламинарный. В этом случае

= 64/Re. (5.6)

При Re > 2800 режим движения нефтепродукта турбулентный. Коэффициент гидравлического сопротивления для этой зоны зависит от Re, эквивалентной шероховатости трубы Kэ_э (для стальных труб принимается равной примерно 0,2мм) и D_y.

На основании результатов гидравлического расчета по требу­емым подаче и напору подбирается насос, а затем по его характе­ристикам определяется действительная подача для данного трубо­провода. При расчете сложных систем трубопроводов, т. е. трубо­проводов с ответвлениями при изменяющихся по длине диаметрах труб, исходят из следующего.

1. Потеря напора в трубопроводе, состоящем из ряда последо­вательных участков с разными диаметрами труб, определяется как сумма .потерь на всех участках трубопровода .

2. Потери напора для каждого участка системы трубопроводов, состоящей | из нескольких параллельно включенных участков, по которым происходит перекачка нефтепродуктов, будут равны между собой, а подача по всей системе - равна сумме подач по каждому трубопроводу.

1. Потери напора для системы разветвленного трубопровода при одинаковой подаче в каждый резервуар определяются сле­дующим образом: сначала определяются диаметр и потеря напора по наиболее протяженному трубопроводу, а затем по каждому из участков трубопроводов, которые ответвляются от этого, наиболее протяженного трубопровода.

Потери напора в кольцевой системе трубопроводов, когда нефтепродукт может быть подан в одну точку (в резервуар) по двум и более трубопроводам, вычисляют исходя из положения, что сопротивления линий между точками разветвления трубопро­водов должны быть одинаковыми

32

Расчет всасывающих трубопроводов для транспортировки светлых нефтепродуктов с высокой упругостью паров /бензин и др./ необходимо вести при максимальной температуре нефтепродукта, чтобы избежать разрыва струи и обеспечить нормальную работу насоса. Всасывающие трубопроводы для темных нефтепродуктов рассчитывают для наиболее низкой температуры нефтепродукта, при которой потери напора на трение будут наибольшими.Расчет нагнетательных трубопроводов для перекачки светлых и темных нефтепродуктов ведется по минимальной температуре нефтепродуктов для наиболее удаленных и высоко расположенных точек коммуникаций и объектов.Следует иметь в виду, что при выполнении технологических операций один и тот же трубопровод может быть как всасывающим, так и нагнетательным.Теоретически необходимый внутренний диаметр трубопровода определяется из уравнения неразрывности потока по формуле:

где Q - производительность трубопровода, м³/с, определяемая в зависимости от сроков слива или налива, грузоподъемности судов и маршрутов и т.д.; V - скорость движения жидкости в трубах, м/с, принимаемая в зависимости от вязкости нефтепродуктов /табл.7.1/.

Фактический внутренний диаметр трубопровода будет равен:

где - наружный диаметр трубы, м; δ - толщина стенки трубы, м.

Фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе:

Общие потери напора в трубопроводе равны:

- потери напора на трение в трубопроводе, м;

- скоростной напор жидкости в трубопроводе, м;

- разность нивелирных отметок конца и начала трубопровода, м.

Потери напора на трение в трубопроводах нефтебазы определяются по формуле Дарси - Вейсбаха:

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления; l_пр - приведенная длина трубопровода, м.

Коэффициент гидравлического сопротивления λ зависит от характера движения жидкости в трубопроводе и относительной шероховатости стенок труб.

Характер движения жидкости в трубопроводе определяется безразмерным параметром Рейнольдса:

/23/

Относительная шероховатость стенок труб:

/24/

где - абсолютная высота выступов шероховатости, м /табл. 7.2/.

При ламинарном режиме движения жидкости /R_e< 2320/ коэффициент λ зависит только от критерия Re и определяется по формуле Стокса:

/25/

При турбулентном режиме движения коэффициент λ определяется /зона гидравлически гладких труб/:

/26/

При турбулентном режиме / /

коэффициент λ определяется по формуле Черникина:

/27/

При турбулентном режиме /R_e≥R_e2/ коэффициент λ зависит только от степени шероховатости труб и определяется по формуле Никурадзе /квадратичная зона/:

/28/

Приведенная длина трубопровода lпр. определяется по формуле

/29/

где l_ф - фактическая длина трубопровода, м; l_э - эквивалентная местным сопротивлениям, м.

Эквивалентная длина определяется по формуле:

/30/

где - коэффициент, соответствующий местному сопротивлению.

Для ламинарного режима значения коэффициентов местных сопротивлений определяются:

/31/

где коэффициент φ в зависимости от значения параметра Re.

Скоростной напор жидкости в трубопроводе рассчитывается по формуле:

/32/

Расчет всасывающей и нагнетательных частей трубопровода производится раздельно с целью проверки работы насоса на всасывание.

Условием бесперебойной работы насоса при всасывании является

/33/

где - потери напора на всасывающей линии насоса, м;

- допустимая высота всасывания насоса, м.

Проверяя работу насоса на всасывание при перекачке светлых нефтепродуктов, необходимо учитывать упругость паров:

/34/

Если расчетная высота всасывания окажется больше допустимой, уменьшения ее можно достигнуть:

1/ расположением насосной ближе к резервуарам, чтобы уменьшить длину всасывающего трубопровода;

2/ увеличением диаметра всасывающего трубопровода для снижения скорости движения жидкости;

3/ заглублением насосной для уменьшения разности нивелирных отметок;

4/ установкой воздушного колпака на всасывающем трубопроводе при работе поршневых насосов;

5/ уменьшением температуры перекачиваемой жидкости для снижения упругости паров;

6/ увеличением высоты фундамента резервуара, если производится выкачка из резервуара.

Во многих случаях потери напора на трение удобнее вычислять по формуле Лейбензона, представляющей разновидность формулы Дарен - Бейсбаха, в которой принимается

Тогда:

/35/

Обозначая получим /35a/

где β и m - коэффициенты, зависящие от режима течения жидкости.