13. Технологический расчет нефтепроводов

В технологический расчет нефтепровода входит решение сле­дующих основных вопросов:

определение экономически наивыгоднейших параметров нефте­провода: диаметра трубопровода, давления на нефтеперекачива­ющих станциях, толщины стенки трубопровода и числа насосных станций;

определение местонахождения станций на трассе нефтепровода;

расчет режимов эксплуатации нефтепровода.

Существуют два способа нахождения оптимальных параметров нефтепровода: а) сравнением нескольких вариантов; б) по спе­циальным формулам, учитывающим как экономические показа­тели, так и физические условия перекачки. Обычно пользуются первым методом. В этом случае для нескольких значений диаметра и давления выполняют гидравлический и механический расчеты,

определяющие (для каждого варианта) число нефтеперекачива­ющих станций и толщину стенки трубопровода. Экономическим расчетом (по сроку окупаемости или по приведенным расходам) находят вариант, имеющий наилучшие параметры.

Расположение нефтеперекачивающих станций находят графи­чески на чертеже сжатого профиля трассы.

В расчет режимов эксплуатации входит определение давлений? на станциях, подпоров перед ними и пропускной способностям нефтепровода при условиях перекачки, отличающихся от расчетных; решается вопрос о регулировании работы нефтепровода.

14. Потери на трение и местные сопротивления в магистр. Нп Потери напора от трения

Потери напора от трения в трубе круглого сечения определяют до формуле Дарси-Вейсбаха

где - длина трубопровода;

g - ускорение свободного падения;

-коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и шероховатости внутренней поверх­ности трубы.

Режим движения потока в трубопроводе характеризуется параметром Рейнольдса Rе, который равен

Если течение в трубе ламинарное (струйное, пуазейлевское), т. е. Rе < 2320, то по Стоксу

При турбулентном течении (при значениях критерия Рей­нольдса больше 2320) для определения имеется множество экспериментальных формул. Область турбулентного течения под­разделяется на три зоны: гидравлически гладких труб, когда потеря на трение, а следовательно, и коэффициент гидравлического сопротивления не зависят от внутренней шероховатости трубы; переходную зону (смешанного трения), когда величина зависит от режима течения и шероховатости; гидравлически шероховатых труб (квадратичного трения), когда зависит только от шерохо­ватости трубы и не зависит от режима течения. Эти зоны разде­ляются между собой так называемыми переходными числами Рейнольдса, которые найдены на основании экспериментальных данных. Эти зоны характеризуются следующими числами Рей­нольдса:

гидравлически гладкие трубы — 2320 < Rе < Rе_1пер;

переходная зона - Rе_1пср < Rе < Rе_2пер;

квадратичное трение — Rе > Rе_2пер.

Переходные числа Рейнольдса определяются по формулам:

где — относительная шероховатость трубы,

где е — абсолютная шероховатость трубы, е = 0,2 мм для нефтепроводных труб после нескольких лет эксплуатации.

В зависимости от вязкости и скорости движения жидкости одна и та же труба может быть гидравлически гладкой или шероховатой, поэтому, прежде чем вычислять значение λ, необходимо знать для заданной жидкости и условий перекачки зону течения.

Для зоны гидравлически гладких труб при Re≤10⁵ коэффи­циент гидравлического сопротивления определяется по формуле Блазиуса

Для определения коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения применяются «универсальные» формулы. Их структура такова, что при малых Rе они обра- щаются в формулы типа λ = λ (Rе), а при больших — переходят в формулы λ = λ (ε). Наибольшее распространение для вычисления λ в зоне смешанного трения получили формулы, предложенные А. И. Исаевым

и А. Д. Альтшулем

где — эквивалентная шероховатость.

В зоне квадратичного трения коэффициент гидравлического сопротивления не зависит от вязкости (от числа Рейнольдса) и определяется по формуле Никурадзе

.

В нефтепроводной практике режим квадратичного сопротивления не наблюдается. Он встречается при транспорте газа. В нефтепроводах чаще встречается режим гидравлически гладкого трения (режим Rе<Rе_{1 ПЕР}), в продуктопроводах — смешанное трение (Rе_{1 ПЕР} <Rе<Rе_2ПЕР).

Потери напора от трения могут быть также определены с по­мощью обобщенной формулы акад. Л. С. Лейбензона

где

Потери напора на местные сопротивления

На линейной части тр-да имеются местные сопротивления – задвижки, повороты, сужения и т. д. Потери напора на местные сопротивления определяют по формуле где ζ – коэффициент местного сопротивления, зависящий как от вида сопротивления, так и от характера течения жидкости.

Потери напора на местные сопротивления можно выразить длиной, эквивалентной местным сопротивлениям:

Обычно потери напора на местные сопротивления в магистр. тр-дах незначительны и составляют 1-2% от потери напора по длине.