- •Структура объектов системы нефтепроводного транспорта
- •1. Классификация магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов
- •2. Состав сооружений магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов
- •Физико-технические свойства нефтей и их поготовка к транспорту
- •3.Состав нефтей и их классификация
- •4. Физико-химические свойства нефтей
- •5. Подготовка нефти к транспорту
- •6. Прием-сдача нефтей определенного качества
- •Насосы для перекачки нефтЕй и нефтепродуктов
- •7. Нефтяные центробежные насосы
- •8. Принцип действия центробежного насоса
- •9. Гидравлические q-h зарактеристики центробежных насосов. Измененение насосных характеристик
- •11. Изменение насосных характеристик
- •12. Привод насоса. Выбор привода
- •13. Теоретический напор, мощность и к.П.Д центробежных насосов, коэффициент быстроходности цбн (основные рабочие параметры)
- •14. Расчет характеристик цбн в зависимости от плотности и вязкости перекачиваемой нефти
- •15. Пересчет характеристик цбн при изменении числа оборотов
- •16. Регулирование подачи цбн
- •17. Работа цбн в группе
- •18. Определение мощности насосов для перекачки нефти
- •Технологический расчет магистральных трубопроводов при стационарном режиме перекачки
- •19. Закон Паскаля
- •20. Уравнение Дарси-Вейсбаха
- •21. Уравнение Бернулли. Определение полного напора в различных сечениях трубопровода
- •22. Исходные данные для технологического расчета
- •23. Расчет параметров транспортируемых нефтей
- •24. Определение коэффициента гидравлического сопротивления внутренней поверхности трубопровода
- •25. Гидравлический уклон. Определение полных потерь давления в трубопроводе
- •26. Уравнение баланса напоров в рельефном трубопроводе
- •27. Потери напора в трубопроводе с лупингами и вставками
- •28. Определение расчетной длины нефтепровода. Перевальная точка
- •29. Характеристики трубопровода, насоса, насосной станции
- •30. Совмещенная характеристика «трубопровод-насос». Рабочая точка
- •31. Подбор насосно-силового оборудования
- •32. Определение необходимого числа насосных станций
- •33. Расстановка нефтеперекачивающих станций по трассе нефтепровода
- •34. Расчет нефтепровода при заданном положении перекачивающих станций
- •35. Расчет коротких трубопроводов
- •36. Изменение подпора перед станциями при изменении вязкости нефти
- •37. Режим работы нефтепровода при отключении нефтеперекачивающих станций
- •38. Нефтепроводы со сбросами и подкачками
- •39. Методы увеличения пропускной способности нефтепровода
- •40. Методы снижения гидравлических потерь
- •42. Регулирование режимов работы трубопроводов изменением параметров трубопроводов дросселированием, байпасированием
- •43. Соотношение диаметров трубопроводов, давления и пропускной способности
- •44. Определение экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода
- •Основные требования к проектированию магистральных нефтепроводов
- •45. Расстояния между трубопроводами при подземной прокладке
- •46. Требования к расстановке запорной арматуры на магистральном нефтепроводе
- •47. Нормативная методика расчета трубопроводов на прочность
- •48. Основные нагрузки и воздействия на нефтепровод
- •49. Расчет толщины стенки трубопровода
- •50. Требования к трубам и марки сталей струб, применяемых при строительстве магистральных нефтепроводов
- •51. Требования к фасонным изделиям и соединительным деталям, применяемым на магистральных нефтепроводах
- •Противокоррозионная защита нефтепроводов и резервуаров
- •52. Классификация коррозионных процессов
- •53. Основные сведения об электрических процессах на поверхности трубопровода, находящегося в почве
- •54. Защитные покрытия нефтепроводов
- •55. Электрохимическая защита нефтепроводов от коррозии
- •56. Расчет длины защищаемого участка при катодной защите мн
- •57. Методы определения состояния коррозионной защиты нефтепроводов
- •58. Противокоррозионная защита резервуаров
- •Эксплуатация линейной части магистральных нефтепроводов
- •59. Утечки нефти из трубопровода и причины их возникновения
- •60. Расчет утечек нефти через отверстия в трубопроводе
- •61. Методы обнаружения утечек нефти из трубопровода
- •62. Определение места утечки по диспетчерским данным
- •63. Истечение нефтепродукта через отверстия в трубопроводах
- •64. Расчет утечек нефтепродукта через отверстия в трубопроводе (см. П.60 Расчет утечек нефти через отверстия в трубопроводе)
- •65. Планирование и расчеты периодических очисток нефтепровода от парафина
- •66. Внеплановая очистка нефтепровода от парафина и водяных скоплений
- •Технологические расчеты нефтепроводов при нустановившихся режимах
- •67. Инерционные свойства потока нефти
- •68. Гидравлический удар в нефтепроводах. Принципы расчета гидравлического удара
- •Перекачка нефтей с аномальными свойствами
- •69. Основные способы перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов
- •70. Реологические свойства нефтей
- •71. Гидротранспорт вязких нефтей и нефтепродуктов
- •72. Перекачка термообработанных нефтей и нефтепродуктов
- •73. Перекачка нефтей с присадками
- •74. Перекачка предварительно подогретых нефтей и нефтепродуктов
- •75. Использование антитурбулентных присадок к нефтепродуктам для снижения потерь напора на трение
- •76. Зависимости основных параметров нефти от концентрации разбавителя
- •77. Вычисление давления насыщенных паров смеси
- •78. Вычисление гидравлических потерь при перекачке с разбавителем
- •79. Гидравлическая характеристика трубопровода при перекачке разбавленной нефти
- •Применение противотурбулентных присадок в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов
- •80. Эффект Томса
- •81.Применение противотурбулентных присадок на отечественных нефтепроводах
- •82. Технология ввода присадки в поток в трубопровод
- •83. Механизм действия малых полимерных добавок на поток в трубопроводе
- •107. Классификация нефтебаз
- •108. Номенклатура и основные эксплуатационные характеристики нефтепродуктов, с которыми оперируют нефтебазы
- •109. Физико-химические свойства нефтепродуктов
- •110. Операции, проводимые на нефтебазах
- •111. Объекты нефтебаз и их размещение
- •112. Определение объема резервуарного парка нефтебазы
- •113. Коэффициент оборачиваемости резервуаров
- •114. Резервуары нефтебаз и перекачивающих станций
- •115. Типы резервуаров и их конструкции
- •116. Оптимальные размеры вертикальных стальных резервуаров
- •117. Потери нефти и нефтепродуктов
- •118. Классификация потерь нефти и нефтепродуктов
- •119. Упрощенная теория потерь нефтепродуктов от испарения
- •120. Мероприятия по сокращению потерь от испарения
- •121. Современные средства сокращения потерь бензинов от испарения
24. Определение коэффициента гидравлического сопротивления внутренней поверхности трубопровода
Потери напора по длине для труб постоянного диаметра определяются по формуле Дарси-Вейсбаха
(1)
где — коэффициент гидравлического сопротивления (гидравлического трения); l — длина трубы; d — ее внутренний диаметр; — средняя скорость потока.
Входящий в нее коэффициент гидравлического сопротивления и является функцией числа Рейнольдса Rе и относительной шероховатости
где —кинематическая вязкость, перекачиваемой нефти, Q — объемный расход, е — абсолютная шероховатость стенок трубопровода.
При ламинарном течении, а также и при турбулентном в зоне сравнительно небольших Rе, выступы шероховатости плавно обтекаются потоком жидкости, шероховатость не влияет на потерю напора и коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса. С увеличением Rе коэффициент уменьшается.
Область, в которой называется областью гладкого трения.
Увеличение числа Рейнольдса приводит к тому, что от бугорков шероховатости начинают отрываться вихри. Это явление наступает тем раньше, чем больше шероховатость. Теперь сопротивление течению жидкости зависит не только от числа Рейнольдса, но и от шероховатости.
Область, в которой называется областью смешанного трения. Здесь с увеличением Rе его влияние на постепенно уменьшается, а влияние — возрастает (увеличивается интенсивность вихреобразования у выступов шероховатости).
При больших числа Рейнольдса коэффициент , перестает зависеть от Rе.
Область, в которой , называется областью совершенно шероховатого трения или областью квадратичного режима движения, так как здесь — постоянная величина и потеря напора прямо пропорциональна квадрату скорости.
При ламинарном течении (Rе < 2000) коэффициент гидравлического сопротивления находят то формуле Стокса:
Ламинарный режим бывает при перекачке вязких нефтей. Для вычисления при турбулентном режиме (Rе > 3000) в зоне гладкого трения служит эмпирическая формула Блазиуса:
Обычно этой формулой пользуются при расчете нефтепроводов для нефти средней вязкости.
В зоне квадратичного закона трения коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Никурадзе:
Альтшуль рекомендует пользоваться формулой Шифринсона:
где К — эквивалентная шероховатость, характеризующая суммарное влияние состояния внутренней поверхности стенки трубопровода на гидравлическое сопротивление.
В формуле Никурадзе и во всех остальных приведенных ниже формулах величину также следует определять по эквивалентной шероховатости
Квадратичного режима в нефтепроводах не бывает. Лишь приближенно иногда считают, что при квадратичном режиме могут перекачиваться светлые нефтепродукты. Квадратичный закон трения может быть в магистральных газопроводах.
Для определения коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения применяются «универсальные» формулы. Их структура такова, что при малых числах Рейнольдса они обращаются в формулы ,а при больших — переходят в формулы . Впервые такого типа формула была предложена Кольбруком и Уайтом:
.
Если, здесь пренебречь стоящим в скобках вторым членом, то останется формула Никурадзе для квадратичного закона трения.
Если же пренебречь первым членом получим формулу Прандтля для режима гладкого трения:
.
Результаты вычислений по формуле Кольбрука и Уайта хорошо совпадают с опытными данными, полученными на технических трубопроводах. Но эта формула имеет существенный недостаток: при вычислении необходимо прибегать к методу последовательных приближений.
От этого недостатка свободны аналогичные формулы (дающие практически такие же результаты), предложенные Френкелем
,
Исаевым
Особой простотой отличается формула Альтшуля
.
При она практически совпадает с формулой Блазиуса, а при — с формулой Шифринсона; можно считать границей между областями гладкого и смешанного трения, — границей между областями смешанного и совершенно шероховатого трения.
Обобщенная формула Лейбензона
Формулы Стокса, Блазиуса и Никурадзе (а также и Шифринсона) имеют следующий общий вид:
, (2)
где А и т — постоянные величины, т называется показателем режима движения жидкости.
Подставив (6) в уравнение Дарси-Вейсбаха (5) и учитывая , получим обобщенную формулу Лейбензона:
,
где
.
Формула Лейбензона широко применяется в тех случаях, когда зависимость от Q должна быть выражена в явном виде. Величины т, А и имеют следующие значения:
|
т |
А |
, сек2/м: |
Ламинарный режим |
1 |
64 |
|
Турбулентный режим в зоне Блазиуса |
0,25 |
0,3164 |
|
Область квадратичного закона трения |
0
|
|
|
На графике зависимость (2) для указанных в таблице режимов течения выглядит в виде прямых линий, тангенс угла наклона которых к оси lgRe равен т. В области смешанного трения, где зависит не только от Rе, но и от относительной шероховатости , линия оказывается плавной кривой. Показатель режима течения т в этой области — переменная величина.
Последнее обстоятельство исключает возможность использования формулы Лейбензона в области смешанного трения. Это большой недостаток, так как область смешанного трения охватывает широкий интервал чисел Рейнольдса, при которых обычно ведутся перекачки маловязких нефтей и светлых нефтепродуктов. Однако ценой некоторой потери в точности расчетов этот недостаток может быть устранен.
Отметим на графике (рис. 1) цифрой 1 точку на прямой Блазиуcа, где , и цифрой 2 точку на прямой Шифринсона, где (границы области смешанного трения). Подставив Re1 в формулу Блазиуеа, а Re2 в формулу Шифринсона, найдем и — ординаты точек 1 и 2.
Теперь проведем через точки 1-й 2 прямую. Ее уравнение приводится к виду
.
Приняв
,
получим
. (3)
Очевидно, замена кривой прямой 1—2 равносильна замене формулы Альтшуля формулой (7). Это дает возможность распространить формулу Лейбензона и на область смешанного трения. Для этой области в соответствии с (3) т =0,123. Коэффициент будет зависеть от (так как от зависит А). Но это не вызовет существенных неудобств при практических расчетах: величину при заданном значении можно найти в таблице, полученной на основании приведенных выше формул.
Рис. 1. Замена Кривой прямой линией