Лупинги и вставки. Их назначение. Основные формулы для расчета параллельно и последовательно соединенных участков трубопровода.

 

На практике в ряде случаев трубопроводы оборудуются параллельными участками (лупингами), а также участками другого диаметра (вставками). В этом случае гидравлический уклон на таких участках будет отличаться от гидравлического уклона основной магистрали. Согласно уравнению неразрывности для трубо­проводов без сбросов и подкачек

Q = w₁·F₁ = w₂·F₂ = w_n·F_n = idem , (1.17)

где w₁…w_n – скорость течения жидкости в сечениях F₁…F_n.

i

iЛ

i

iВ

i

D,Q

D,Q1

DЛ,Q2

D,Q1

DВ,QВ

Таким образом, чем больше площадь сечения трубопровода F, тем меньше скорость течения, следовательно, меньше и значение гидравлического уклона (рис. 1.8).

 

Рис. 1.8. Соотношение гидравлических уклонов

на различных участках трубопровода

 

Определим соотношение между гидравлическими уклонами лупинга (вставки) и магистрали. Будем при этом полагать, что режим течения нефти на этих участках одинаков (m, b = idem).

По формуле Лейбензона гидравлический уклон магистрали равен

; (1.18)

для участка с лупингом величина гидравлического уклона составит

 

. (1.19)

Из выражений (1.18) и (1.19) следует, что

. (1.20)

Выражая расход Q₂ через Q₁ , получим

. (1.21)

Учитывая, что Q = Q₁+Q₂ , можно записать

. (1.22)

Из очевидного соотношения , запишем с учетом (1.22) выражение для гидравлического уклона участка с лупингом

. (1.23)

При равенстве D = D_Л величина .

Тогда при ламинарном режиме w=0,5; при турбулентном режиме в зоне гидравлически гладких труб w=0,297; в зоне смешанного трения w=0,272; в зоне квадратичного трения w=0,25.

Рассуждая аналогично, получим соотношение гидравлических уклонов для участков со вставкой. На участке со вставкой величина гидравлического уклона определяется из выражения

. (1.24)

Из (1.18) и (1.24) вытекает очевидное соотношение

. (1.25)

Поскольку расходы нефти в магистрали и на участке со вставкой одинаковы, т. е. Q=Q_В, можно записать

. (1.26)

Отсюда следует

. (1.27)

Последовательное соединение. Возьмем несколько труб различной длины, разного диаметра и содержащих разные местные сопротивления, и соединим их последовательно (рис. 6.3, а).

Рис. 6.3. Последовательное соединение трубопроводов

При подаче жидкости по такому составному трубопроводу от точки М к точке N расход жидкости Q во всех последовательно соединенных трубах 1, 2 и 3 будет одинаков, а полная потеря напора между точками М и N равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах. Таким образом, для последовательного соединения имеем следующие основные уравнения:

Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q

Σ^h_M-N ⁼ Σ^h₁ ⁺ Σ^h₂ ⁺ Σ^h₃

Эти уравнения определяют правила построения характеристик последовательного соединения труб (рис. 6.3, б). Если известны характеристики каждого трубопровода, то по ним можно построить характеристику всего последовательного соединения M-N. Для этого нужно сложить ординаты всех трех кривых.

Параллельное соединение. Такое соединение показано на рис. 6.4, а. Трубопроводы 1, 2 и 3 расположены горизонтально.

Рис. 6.4. Параллельное соединение трубопроводов

Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно H_M и H_N , расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) - через Q, а в параллельных трубопроводах через Q₁, Q₂ и Q₃; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ₁ , Σ₂ и Σ₃.

Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали

Q = Q₁ = Q₂ = Q₃

Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках М и N :

Σ^h1 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ^h2 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ^h3 ^{= H}_M ^{- H}_N

Отсюда делаем вывод, что

Σ^h₁ ⁼ Σ^h₂ ⁼ Σ^h₃

т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Их можно выразить в общем виде через соответствующие расходы следующим образом

Σ^h1 ^{= K}₁Q₁^m; Σ^h2 ^{= K}₂Q₂^m; Σ^h3 ^{= K}₃Q₃^m

где K и m - определяются в зависимости от режима течения.

Из двух последних уравнений вытекает следующее правило: для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов следует сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах ( Σ h). Пример такого построения дан на рис. 6.3, б.

 

40.Термические режимы работы нефтепроводов. Перекачка нефти с подогревом ("горячая" перекачка). Теплообмен транспортируемой нефти с окружающей средой. Закон теплообмена Ньютона. Формула В.Г.Шухова для распределения температуры при стационарном течении жидкости по трубопроводу. Тепловая изоляция. Понятие о времени безопасной остановки.

 

T_H > T_oc,

Уравнение притока тепла:

1) , - закон изменения кинетической энергии.

2) ,

из 2) вычитаем 1) => (*),

ε_внутр  m · c · T + const,

С – теплоёмкость, dε = m · c · dT.

С = [Дж · кг^-1 · ⁰С ^-1], С_нефти ≈ 2000 [Дж · кг^-1 · ⁰С ^-1].

Закон теплообмена Ньютона:

- тепловой поток с единицы площади поверхности.

T – температура внутри трубопровода,

T₀ – температура вне трубопровода,

α - коэффициент теплоотдачи.

Дифф. уравнение распределения тепла в трубопроводе:

,

Формула Шухова:

при x = L

=>

в стационарном течении:

 

Время безопасной остановки трубопровода – время, за которое нефть в трубопроводе остынет

до температуры, при которой наступает кристаллизация парафина.

41.Технология последовательной перекачки светлых нефтепродуктов. Смесеобразование в зонах контактирования последовательно движущихся партий. Физические причины смесеобразования. Расчет объема образующейся смеси (формула для расчета). Смесеобразование при остановках перекачки. Прием и раскладка смеси.

Светлые нефтепродукты перекачивают методом последовательной перекачки.

Смесеобразование в зонах контакта последовательно движущихся партий нефтепродуктов.

 

 

а) конвекция – перенос массы из-за неравномерности распределения скоростей,

б) турбулентная диффузия (перемешивание).

С – концентрация

, , С₁ + С₂ = 1,

,

, ,

уравнение продольного перемешивания:

,

k [м²·с^-1] – коэффициент продольного перемешивания.

Формула Съенитцера - Марона:

,

При остановках перекачки профиль трассы в основном предохраняет продукт от растекания.

Раскладка смеси:

Последоват. перекачка нефтей и нефтепрод. - спец технология трансп-ки нефтей и нефтепрод. по т-п, при кот. в одном т/п. в любой мом. времени находятся несколько жидкостей, различ. по своим физ.-хим. св-вам. Последоват. перекачка примен. в основ. при трансп-ке н-продуктов, в редких случаях – разных сортов нефтей. Нефтепродуктами, кот. перекач. по трубопроводу, явл. неск. сортов, дизел. топлив, авиац. керосинов.

Автомоб.бензины различ. по октан. числу, кот. указ-ся в их маркировке. Послед-ной перекачке чаще всего подверг. бензины след. марок: А-76, А-80, А-92

Маркировка дизел. топлив: Л-0.2-65, где Л – тип топлива (летнее, зимнее, арктич.); 0.2 – содер-ние серы (0.2, 0.4, 0.5); 65 – темп. вспышки (65, 40).

Авиац. керосины бывают сл. сортов: ТС-1 и ТС-2.

Сорта нефтей разл-ся по содерж. серы, солей и по коэфф. обводнённости (содержанию серы).

Перекачка нефтепродуктов:

Различные сорта нефти поступают с НПЗ, каждый в свой резервуар, а затем один за другим, закач. в маг. н-п-провод. При этом разделители между разл. жидкостями отсутствуют, поэтому такой метод также наз. последоват. перекачкой прямым контактированием.

Партия – любая последов. движ-ся в т/п. ж-ть.

Закачка партий нефтепродуктов организуется, чтобы друг с другом контактировали нефтепродукты, наименее различ-еся по своим св-вам.

Цикл перекачки – совокупность партий всех нефтепродуктов, перекач. по данному трубопроводу.

Преим-ва последоват. перекачки прямым контактированием:

1.Возм-сть использ. 1го т/п для перекачки неск. нефтепродуктов.

2.Наиболее полная загруженность трубопровода.

3.Равномерное снабжение потребителей.

4.Снижение себестоимости перекачки.

Осн. недостатком последов. перекачки прямым контактированием явл. образование смеси в зоне контакта партий. На конечном пункте трубопровода организуется раскладка смеси, то есть добавление смеси к партиям чистых нефтепродуктов с сохр. показателей качества.

Физич. причинами смесеобразования явл: конвективная и турбулентная диффузии.

Конвективная диффузия обусловлена неравномерностью скоростей частиц жидкости при её течении. Набл-ся при ламин. режиме течения.

турбулентная диффузия, которая обусловлена хаотическим движением частиц жидкости в области смеси. набл-ся при турбул.режиме течения, вместе с конвективной диффузией

 

Объём образующейся смеси

Объёмные концентрации: , . При этом должно выполняться условие: . Объемн. конц-ии показ-ют какую долю объема соста-ют объемы каждого нефтепрод.

Массу смеси можно определить по формуле: ;

При послед. перек-ке возм-ны ситуации, когда перекачка останавливается (аварии, рем.работы, нехватка ресурсов). При остановке перекачки объем смеси сущ-но увелич-ся.