И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСИКЕ ПОЛОЖЕНИЯ

И ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Аттестация студентов заочной формы обучения по дисциплине «Повышение эффективности и надежности функционирования магистральных нефтегазопроводов» предполагает обязательное выполнение контрольной работы. Контрольная работа выполняется студентами для закрепления теоретических положений лекционного курса, проверки качества самостоятельной работы, навыка самостоятельного принятия решений при выполнении инженерных расчетов. Контрольная работа предусматривает решение ряда практических задач в области обеспечения надежной эксплуатации магистральных нефтегазопроводов и их объектов.

Исходные параметры к решению задач принимаются по таблице 1, где в заглавии столбцов указана последняя цифра шифра зачетной книжки студента

Таблица 1

Исходные данные к выполнению контрольной работы

 

№ Задачи	Последняя цифра шифра зачетной книжки студента
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Задача 1,  D,мм × δ,мм	508×7	530×7	610×7	630×8	711×8	720×8	762×8	813×9	820×9	1016×9
Задача 2, D,мм × δ,мм	508×7	610×7	630×8	711×8	720×8	762×8	813×9	820×9	1016×9	1020×9
Задача 3 D1,мм × δ,мм×L1, км D2,мм × δ,мм×L2, км	508×7×40 377×7×20	610×7×30 508×7×10	630×8×70 610×7×30	711×8×60 630×8×50	720×8×50 711×8×20	762×8×40 720×8×30	813×9×80 762×8×40	820×9×40 813×9×30	1016×9×100 820×9×40	1067×9×80 1016×9×50
Задача 4 D,мм × δ,мм×L, км	508×7×100	610×7×110	630×8×120	711×8×130	720×8×140	762×8×150	813×9×80	820×9×90	1016×9×130	1067×9×150
Задача 5 D,мм × δ,мм× Т×Тнар	508×7× 650×10	610×7× 660×8	630×8× 630×7	711×8× 640×8	720×8× 645×7	762×8× 655×6	813×9× 635×5	820×9× 620×6	1016×9× 625×9	1067×9× 665×8
Задача 6 D,мм × δ,мм× δиз, мм	508×7×6	530×7×5	610×7×5	630×8×6	711×8×7	720×8×5	762×8×7	813×9×8	820×9×6	1016×9×7
Задача 7 P1(t); P2(t); P3(t); P4(t); P5(t)	0,92 0,98 0,97 0,92 0,95	0,96 0,95 0,96 0,99 0,92	0,94 0,93 0,94 0,95 0,98	0,92 0,95 0,96 0,91 0,92	0,93 0,94 0,97 0,95 0,93	0,92 0,98 0,96 0,95 0,91	0,94 0,95 0,92 0,94 0,95	0,96 0,97 0,93 0,94 0,90	0,90 0,94 0,95 0,92 0,99	0,96 0,95 0,93 0,96 0,95
Задача 8 P1; P2; P3	0,7 0,4 0,2	0,8 0,4 0,6	0,9 0,5 0,4	0,8 0,6 0,3	0,5 0,2 0,3	0,6 0,7 0,8	0,7 0,2 0,1	0,7 0,5 0,3	0,1 0,3 0,2	0,4 0,9 0,3
Задача 9 λ1; λ2; λ3; λ4; λ5	2·10-5 4·10-5 1·10-5 10·10-5 40·10-5	3·10-5 5·10-5 2·10-5 30·10-5 20·10-5	4·10-5 6·10-5 3·10-5 20·10-5 40·10-5	5·10-5 7·10-5 4·10-5 30·10-5 10·10-5	6·10-5 8·10-5 5·10-5 40·10-5 10·10-5	7·10-5 9·10-5 6·10-5 80·10-5 90·10-5	8·10-5 20·10-5 7·10-5 60·10-5 10·10-5	9·10-5 30·10-5 8·10-5 40·10-5 80·10-5	30·10-5 40·10-5 9·10-5 20·10-5 10·10-5	40·10-5 60·10-5 2·10-5 10·10-5 30·10-5
Задача 10 m×Tв,ч	3×25	6×15	4×20	5×30	9×10	10×5	10×30	7×25	2×30	8×15

 

 

Работа оформляется в виде пояснительной записки в бумажном варианте.

На титульном листе пояснительной записки отражается следующая информация: вуз, институт, кафедра, название дисциплины; курс, группа, Ф.И.О. студента; ученое звание, должность, Ф.И.О. преподавателя; шифр зачетной книжки студента.

Контрольная работа представляется преподавателю до выхода студента на экзаменационную сессию.

Студенты, не получившие зачет по контрольной работе, к сдаче экзамена (зачета) по дисциплине не допускаются.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ НЕФТЕ-

И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ

Основными уравнениями для расчета установившихся течений однородной несжимаемой жидкости в трубопроводе являются уравнение Бернулли

а также уравнение сохранения массы жидкости

 

записанные для потока жидкости в трубопроводами между сечениями 1 и 2. Здесь:

M − массовый расход жидкости (кг/с);

 

полный напор в сечении x , (м):

 

 

 

h₁₋₂ − потери напора между сечениями 1 и 2 (м).

 

Для участка трубопровода, все сечения которого полностью заполнены жидкостью,

 

Здесь:

 − потери напора на трение;

− потери напора на местных сопротивлениях (поворотах, задвижках, тройниках и т.п.);

λ = λ(Re,ε) − коэффициент гидравлического сопротивления;

Re = vd /ν – число Рейнольдса;

ε = Δ d – относительная шероховатость;

Δ − абсолютная шероховатость;

α_к − коэффициент Кориолиса ( α_к = 2 для ламинарного течения; α_к ≅ 1 для

турбулентного течения);

ς _k − коэффициент местного сопротивления.

Если трубопровод имеет постоянный диаметр, то уравнения упрощаются:

 

где L − расстояние между сечениями 1 и 2; Q − объемный расход жидкости.

 

Гидравлической (Q − H) − характеристикой участка трубопровода называется зависимость разности пьезометрических напоров ΔH = (p₁ − p₂ ) /ρg в начале и конце участка от расхода Q транспортируемой жидкости. Если участок трубопровода не имеет парогазовых полостей, т. е. все его сечения заполнены жидкостью, то

Коэффициент λ гидравлического сопротивления можно вычислить по следующим правилам.

Если течение жидкости в трубопроводе - ламинарное, то есть струйное, послойное (для этого число Рейнольдса Re должно быть меньше 2320), то для вычисления λ используется формула Стокса:

 

По мере увеличения числа Рейнольдса ( Re > 2300) течение жидкости в трубопроводе постепенно теряет гидродинамическую устойчивость и переходит в турбулентное, то есть завихренное с перемешивающимися слоями. Наиболее известной формулой для расчета коэффициента λ в этом случае является формула Альтшуля:

справедливая в широком диапазоне чисел Рейнольдса, начиная от 10⁴ до 10⁶ и выше.

Если 10⁴ < Re < 27 /ε^1,143 , то формула Альтшуля переходит в другую формулу - формулу Блазиуса:

имеющую ту характерную особенность, что в нее так же, как и в формулу Стокса для ламинарного режима, не входит величина ε относительной шероховатости внутренней поверхности трубопровода. Последнее означает, что в рассматриваемом диапазоне чисел Рейнольдса трубопровод ведет себя как гладкий, поэтому течение жидкости в этом диапазоне называют даже течением в гидравлически гладкой трубе.

В области перехода течения от ламинарного к турбулентному, т. е. в диапазоне чисел Рейнольдса от 2320 до 10⁴, можно использовать аппроксимационную формулу Гинзбурга:

в которой γ_∗= 1− e^{−0,002⋅( Re−2320)} − коэффициент перемежаемости. Конструкция последней формулы обеспечивает непрерывность перехода от формулы Стокса для ламинарного режима течения к формуле Блазиуса для турбулентного режима в зоне гидравлически гладких труб.

Если же Re > 500 / ε , то вторым слагаемым в круглой скобке формулы Альтшуля можно пренебречь по сравнению с первым, откуда следует, что при “больших” скоростях трение жидкости определяется, главным образом, степенью гладкости внутренней поверхности трубопровода, то есть параметром ε . В этом случае можно использовать более простую формулу - формулу Шифринсона:

Задача 1

Средняя по сечению скорость v течения нефти ( ρ = 900 кг/м³) в трубопроводе ( D = 1020 мм; δ = 10 мм) равна 1,0 м/с. Определить годовую пропускную способность нефтепровода.

Решение:

Внутренний диаметр d нефтепровода равен 1000 мм

 

d = D − 2δ = 1020 − 2 ⋅10 = 1000 мм,

 

поэтому годовую пропускную способность G нефтепровода можно найти по формуле:

или

что составляет 21,365 млн. т/год. Здесь 8400 - годовое число часов работы нефтепровода (350 дней).

Ответ. 21,365 млн. т/год.

 

Задача 2

 

Перекачка нефти (ρ = 890 кг/м³; μ = 0,015 Пз.) ведется по нефтепроводу (D = 530 ×8 мм) с расходом 800 м³/ч. Определить режим течения и вычислить коэффициент гидравлического сопротивления.

Решение:

Находим внутренний диаметр d трубопровода:

 

d = D − 2δ = 0,530 − 2 ⋅ 0,008 = 0,514 м.

 

Кинематическая вязкость ν равна μ/ρ :

 

ν = 0,015/ 890 ≅16,9⋅10⁻⁶ м²/с или 16,9 сСт.

 

Далее вычисляем скорость v перекачки

v = 4Q / πd² = 4⋅800 / (3600⋅3,14⋅0,514² ) ≅ 1,07 м/с.

 

и число Рейнольдса Re :

Re = vd / ν =1,07⋅0,514 / (16,9⋅10⁻⁶ ) ≅ 32543 .

 

Отсюда видно, что течение нефти происходит в режиме гидравлически гладких труб и, следовательно, λ вычисляется по формуле Блазиуса:

 

Ответ: Турбулентный режим в области гидравлически гладких труб; λ ≅ 0,0236 .

 

 

Задача 3

 

Нефтепродуктопровод состоит из двух последовательно соединенных участков: первого - D₁ = 530 × 8 мм, L₁ = 60 км, и второго - D₂ = 377 × 6 мм, L₂ = 30 км. Скорость стационарного течения бензина ( ν = 0,6, сСт) в первом участке составляет 1,2 м/с. Зная что шероховатость Δ внутренней поверхности участков составляет 0,15 мм, найти потери напора в нефтепродуктопроводе.

Решение:

Сначала определяем скорость бензина во втором участке:

Эти скорости соответствуют числам Рейнольдса:

,

Далее по формуле Шифринсона рассчитываем коэффициенты гидравлического сопротивления:

 

И, наконец, вычисляем потери напора на трение:

 

 

Общие потери напора в трубопроводе определяются суммой 123,4 + 376,7 ≅ 501 м.

Ответ. 501 м.

Задача 4

 

По участку нефтепровода (D = 820 × 8 мм, L = 140 км, Δ = 0, 2, мм, z_н = 120 м, z_к = 160 м) перекачивают маловязкую нефть ( ρ = 850 кг/м³, ν = 7 сСт) с расходом 2500 м³/ч. Какое давление необходимо поддерживать в начале участка, если в конце участка оно равно 3 атм.? Известно также, что все сечения нефтепровода заполнены нефтью полностью.

Решение:

Сначала определяем скорость v течения нефти:

Затем вычисляем число Re Рейнольдса:

коэффициент λ гидравлического сопротивления:

и потери напора h_τ на трение:

Из уравнения Бернулли находим:

 

 

Таким образом, давление в начале участка составляет 31,6 атм. ( ≈ 3,1МПа).

Ответ. 31,6 атм. ( ≈ 3,1МПа).