Расчет трубопровода по исходным данным

Для начала определим внутренний диаметр трубопровода по формуле (1):

, (1)

мм.

Теперь определим максимальный ореол протаивания, равный глубине заложения трубы по формуле (2):

, (2)

м.

Примем значение балансовой температуры в диапазоне t_бал = 0…20 °С, а в качестве контрольной температуры при которой приведем пример расчета примем t_бал = 7 °С.

Рассчитаем плотность при балансовой температуре по формуле (3):

, (3)

кг/м³.

Определим коэффициент крутизны вискограммы по формуле (4):

, (4)

где ν₁, ν₂– величины кинематического коэффициента вязкости при температуре t ₁, t ₂ соответственно, м²/с.

Так как формула Филонова подразумевает нахождение вязкости при температуре из диапазона температур t₁ и t₂, для корректного расчета заменим температуры t1 и t₂ в исходных данных на 5 и 35 ^оС соответственно.

.

Проведем расчет коэффициента кинематической вязкости по формуле Филонова-Рейнольдса (5):

, (5)

м²/с.

Определим производительность нефтепровода по формуле (6):

, (6)

где k_нп – коэффициент неравномерности перекачки, принимаемый для однониточных трубопроводов, образующих систему k_нп = 1,07;

N_p – расчетное число рабочих дней в году, N_p = 350 суток;

ρ – расчетная плотность нефти, кг/м³;

м³/ч м³/с.

Определим число Рейнольдса по формуле (7)

, (7)

.

Рассчитаем величину гидравлического уклона по формуле (8):

, (8)

где β, m – числовые коэффициенты, величина которых зависит от режима течения;

ν _р – вязкость при балансовой температуре.

Для данного режима течения величина β = 0,0246, а m = 0,25.

.

Значение коэффициента теплопроводности грунта λ_гр *в зоне теплового влияния трубопровода с температурой нефти t > t₀ > t_е, определяется как среднеинтегральное значение по формуле (9):

, (9)

Вт/(м·К).

Рассчитаем тепло трения, выделяемое в потоке нефти при балансовой температуре:

, (10)

Вт/м.

А теперь рассчитаем тепло трения, которое может принять грунт:

, (11)

Вт/м.

Для того, чтобы определить балансовую температуру для данного трубопровода, сведем в таблицу результаты расчетов до тех пор, пока у₁ = у₂.

 

Таблица 1 – Определение балансовой температуры

, кг/м^3	901,059	899,744	899,087	898,550	898,432	897,778	896,472
·10^-6, м^2/с	80,9		65,1	61,4	60,6	56,4	48,8
Q, м^3/с	0,27488	0,27528	0,27548	0,27565	0,27569	0,27589	0,27629
Re
i	0,0168	0,0163	0,0160	0,0158	0,0157	0,0155	0,0149
y1, Вт/м	40,842	39,493	38,835	38,304	38,188	37,552	36,311
y2, Вт/м	25,385	32,155	35,539	38,315	38,924	42,309	49,078
tбал, °С				6,8

 

Из таблицы 1 видно, что балансовая температура для данных условий составляет 6,8°С.

Для наглядного определения балансовой температуры воспользуемся графо-аналитическим способ и построим график зависимости балансовой температуры от тепла трения, представленный на рисунке 6.

Рисунок 6 – Определение балансной температуры

Из рисунка 2.1 видно, что балансовая температура составляет 6,82 °С.

Определим радиус протаивания грунта вокруг трубопровода R₀ используя формулу (12):

, (12)

м.

Рассчитаем радиус теплового влияния по формуле (13):

, (13)

м.

Так как R_0max = 1,213 м > R₀ = 0,818 м, то радиус протаивания меньше максимального, значит использование трубопровода данного диаметра возможно.

Определим потери напора на трение на 100 км по формуле (14):

, (14)

где l – длина трубопровода;

Для t _бал=6,82 °С гидравлический уклон i = 0,0158 м/м. Тогда:

м.