Гідравлічний розрахунок складних газопроводів

Для збільшення пропускної здатності для газу при незмінному перепаді тиску, в порівнянні з простим лінійним газопроводом однакового діаметру, використовують такі складні газопроводи:

а) газопровід складений із послідовно з’єднаних відрізків різного діаметру і різної довжини;

б) газопровід складений із паралельно з’єднаних відрізків однакового або різного діаметру і однакової довжини;

в) газопровід з лупінгом.

Гідравлічний розрахунок складного газопроводу зводиться до розрахунку простого лінійного газопроводу з додатковим введенням у формулу пропускної здатності (2.14) коефіцієнта витрати К_В

Q _г = 103,15 (2.40)

Розрахунок здійснюють в такому порядку. За еталонний газопровід вибирають любий відрізок складного газопроводу, вважають, що його діаметр D_і має довжину складного газопроводу L у формулі (2.40). Визначають коефіцієнти витрати всіх відрізків за формулою

k_і = , (2.41)

де D_е і λ_е – відповідно діаметр і коефіцієнт гідравлічного опору еталонного газопроводу; D_і і λ_і – відповідно діаметри і коефіцієнти гідравлічного опору i - го відрізку (i = 1, 2, ..., n), які входять в складний газопровід.

Знаючи коефіцієнти витрати кожного відрізку, вираховують загальний коефіцієнт витрати К_В і пропускну здатність складного газопроводу за формулою (2.40).

а) газопровід складений з послідовно з’єднаних відрізків різного діаметру і різної довжини

На рис.2.6 наведена схема лінійного складного газопроводу складеного із послідовно з’єднаних відрізків різного діаметру і різної довжини.

На прикладі наведеної схеми, пояснений порядок гідравлічного розрахунку такого газопроводу.

Рис.2.6 – Розрахункова схема складного газопроводу

складеного із послідовно з’єднаних відрізків різного

діаметру і різної довжини

 

За еталонний газопровід приймаємо перший відрізок діаметром d₁ і визначаємо коефіцієнти витрати для кожного відрізку:

 

- перший відрізок

 

k₁ = = 1;

 

- другий відрізок

 

k₂ = ;

- третій відрізок

k₃ = ;

 

Загальний коефіцієнт витрати

К_В = .

або К_В = . (2.42)

 

б) газопровід складений з паралельно з’єднаних відрізків однакового діаметру і однакової довжини (рис. 2.7).

Рис. 2.7 – Розрахункова схема складного газопроводу

складеного з паралельно з’єднаних відрізків однакового

діаметру і однакової довжини

 

Коефіцієнти витрати для кожного відрізку k_і визначають за формулою (2.41).

Загальний коефіцієнт витрати дорівнює для паралельних газопроводів однакового діаметру

 

К_В = k₁ + k₂

 

К_В = (2.43)

 

 

г) газопровід з лупінгом (рис. 2.8).

Рис. 2.8 – Розрахункова схема газопроводу з лупінгом

Загальний коефіцієнт витрати

К_В = (2.44)

де L – загальна довжина основного газопроводу, м; k₁ – коефіцієнт витрати для основного газопроводу без врахування лупінгу; k_л – коефіцієнт витрати для лупінгу; l_л – довжина лупінгу, м.

 

Гідравлічний розрахунок конденсатопроводів і

Водопроводів

При транспортуванні негазованих рідин (конденсат, вода) необхідно враховувати рельєф траси трубопроводу.

Для одержання повної інформації для розрахунків, всю трасу трубопроводу замінюють еквівалентною (розрахунковою), яка складається із послідовно з’єднаних висхідних l_В.і і низхідних прямолінійних відрізків довжинами l_Н.і (і = 1, 2, 3, ....., n). Еквівалентну трасу будують для спрощення і скорочення числа розрахункових ділянок n.

Для прикладу, така розрахункова схема гідравлічного розрахунку рельєфного трубопроводу наведена на рис. 2.9.

 

l_і - довжина висхідних і низхідних прямолінійних відрізків трубопроводу; z_і - геодезичні відмітки початку і кінця висхідних і низхідних прямолінійних відрізків трубопроводу

 

Рис. 2.9 - Розрахункова схема гідравлічного розрахунку

рельєфного трубопроводу

 

За розрахункову довжину висхідної l_Ві і низхідної ділянки l_Ні приймають сумарну довжину всіх проміжних висхідних і низхідних відрізків реальної траси.

Для прикладу, згідно наведеної схеми на рис. 2.9, розрахункову довжину ділянок знаходять

l_{В i} = l_{В 1} + l_{В 3} + l_{В 5}

l_{Н i} = l_{Н 2} + l_{Н 4}

Якщо структура руху потоку газорідинної суміші на висхідній і низхідній ділянках однакова, то розрахунок ведуть для всієї довжини трубопроводу

L = l_{В i} + l_{Н i}) (2.45)

Висота геодезичних відміток висхідних і низхідних відрізків рівна різниці геодезичних відміток на початку z_п і в кінці z_к кожного відрізку і її визначають:

- згідно схеми

h_{В1 =} z₂- z_1; h_{Н 2 =} z₃- z_2; h_{В3 =} z₄- z_3;

h_{Н 4 =} z₅- z_4; h_{В 5 =} z₆- z_5;

- в загальному вигляді

h_{В i =} Z_{В П} + Z_{В К}) (2.46)

h_{Н i =} Z_{Н П} + Z _{Н К}) (2.47)

- сумарна висота висхідних і низхідних ділянок

h_{В =} h_{В i} (2.48)

 

h_{Н =} h_{Н i} (2.49)

Для визначення перепаду тиску вздовж трубопроводу користуються рівнянням Бернуллі

ΔР = ΔР_ТР + ΔР_МО + ΔР_ГС (2.50)

де ΔР = Р_П – Р_К - загальні втрати тиску, Па;

Р_П і Р_К - відповідно тиски на початку і в кінці трубопроводу, Па;

ΔР_ТР – втрати тиску на перемагання сил тертя по довжині трубопроводу, Па;

ΔР_МО – втрати тиску на перемагання сил тертя на місцевих опорах, Па;

ΔР_ГС – втрати тиску на перемагання гідростатичного стовпа рідини, Па.

Рівняння (3.6) можна представити у вигляді

ΔР = h_В - h_Н ) =

= λ ξ ± ρ_рg(h_В - h_Н ) (2.51)

де υ_Р – середня швидкість рідини, м/с; Q_Р – витрата рідини, м³/с; L – загальна довжина трубопроводу, м; d_ВН – внутрішній діаметр трубопроводу, м; ρ_р – густина рідини (нафти або води), кг/м³; g – прискорення вільного падіння, м/с²; h_В і h_Н – сумарна висота висхідних і низхідних ділянок (якщо h_В > h_Н у формулі ставиться „+”, якщо h_В < h_Н – ставиться „–”), м;

ξ – коефіцієнт місцевих опорів, який залежить від форми місцевого опору і числа Рейнольда (безрозмірний); λ – коефіцієнт гідравлічного опору труб, який залежить від числа Рейнольдса (R_е) і відносної шорсткості труб (ε), які визначають за формулами:

Re = = (2.52)

ε = (2.53)

де μ_Р – динамічна в’язкість рідини, Па∙с; k_е – абсолютна шорсткість стінок труби, мм (для нових труб і труб, які не підлягали корозії, приймають рівною 0,03 мм); d_ВН – внутрішній діаметр труб, см.

Враховуючи, що ΔР_МО << ΔР_ТР, втратами тиску на місцевих опорах нехтують ΔР_МО = 0 і формула (2.50) приймає вигляд

ΔР = ΔР_ТР + ΔР_ГС (2.54)

1) ламінарний режим руху рідини, коли R_е < 2320, коефіцієнт λ не залежить від абсолютної шорсткості труб k_е і визначається за формулою Стокса

(2.55)

2) турбулентний режим руху рідини, при R_е > 2320, поділяють на 3 зони, які розділяються між собою перехідними числами Рейнольдса:

а) гідравлічно гладкі труби, λ не залежить від ε,

 

2320 < R_е < R_{е пер1},

 

R_{пер 1} = (2.56)

при R_е < 10⁵ коефіцієнт λ визначають за формулою Блазіуса

λ = (2.57)

б) перехідна зона (змішане тертя), коли

R_{е пер1} < R_е < R_{е пер2},

 

R_{пер 2} = (2.58)

коефіцієнт λ визначають за формулою Альтшуля

λ = 0,11 (2.59)

в) квадратичний режим руху рідини, коли R_е > R_{е пер2}, коефіцієнт λ не залежить від числа Рейнольдса, при R_е > 10⁵ визначається за формулою Нікурадзе

λ = (2.60)

або за формулою Шифрінсона

λ = 0,11 (2.61)