5.2 Обладнання і прилади

Лабораторна установка “Модель магістрального нафтопродуктопроводу” (див. рисунок 1.2, лабораторна робота № 1) дозволяє здійснювати послідовне перекачування двох або трьох різносортних рідин. Вона складається із чотирьох ємностей по 260 л кожна, в яких готуються і зберігаються транспортовані рідини. Обв’язка резервуарів виконана так, що робочі рідини можуть відкачуватись із будь-якої ємності і закачуватись у кожну з них. Перекачування рідин здійснюється по скляному трубопроводу, зістикованому із стальним трубопроводом. Розрахунковий внутрішній діаметр трубопроводу 56,5 мм, довжина трубопроводу 91 м. Перекачування рідин по замкнутому кругу дозволяє збільшити довжину шляху змішування послідовно транспортованих рідин у необхідне число раз, кратне 91 м. Для перекачування рідин установлений відцентровий насос WILO (імпортного виробництва).

Пробкові крани, передбачені на технологічних трубопроводах, що з’єднують резервуари із всмоктувальним патрубком насоса, дозволяють проводити швидку зміну рідин, які послідовно закачуються в трубопровід. Така обв’язка резервуарів зводить до мінімуму кількість первинної технологічної суміші.

Суміш, яка утворюється у випадку послідовного перекачування рідин, в кінці трубопроводу приймається в спеціальний пристрій – карусель. Карусель – це платформа із установленими на ній 48 металевими посудинами ємністю по шість літрів кожна. Привод каруселі здійснюється від електродвигуна через черв’ячний редуктор і клинопасову передачу.

Витрата робочих рідин у трубопроводі регулюється дроселюванням їх засувкою на нагнітальній лінії насоса. Для визначення витрати рідин служать п’єзометри, з’єднані з прокаліброваними резервуарами.

Робочими рідинами для виконання лабораторної роботи служать вода і водні розчини кухонної солі.

5.3 Порядок виконання роботи і обробка

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

1. В будь-яких двох резервуарах готуються робочі рідини і перед початком перекачування відбираються їх проби.

2. Заповнюється трубопровід водою, яка відкачується із резервуара, і витісняється повітря із трубопроводу.

3. Проводяться необхідні переключення запірної арматури і закачується в трубопровід певний об’єм підфарбованого розчину кухонної солі, засікаючи час зміни рівня рідини в п’єзометрі, підключеному до резервуара. Фіксують також час , за котрий “голова” суміші проходить віддаль 91 м (один круг при перекачуванні на кільце).

4. Здійснюється послідовне перекачування рідин по замкнутому колу, вибравши необхідну довжину шляху сумішоутворення.

5. Суміш, що утворилась внаслідок перекачування, приймається в посудини, встановлені на каруселі, яка обертається навколо вертикальної осі.

6. Після закінчення прийому суміші виключається насос і зупиняється карусель.

7. Ареометром вимірюється густина вихідних робочих рідин.

8. Результати вимірювань заносяться в таблицю 5.1.

9. У кожному бачку каруселі заміряється об’єм рідини, її температура і густина. Об’єм вимірюється за допомогою мірних стаканів з точністю до 10 мл, температура з точністю 0,5 ⁰С і густина з точністю до 0,0005 г/см³. Результати вимірювань заносяться в таблицю 5.2.

Таблиця 5.1 – Результати вимірювання режиму перекачування рідин

Параметр	Позначення	Одиниця вимірювання	Значення
Зміна рівня рідини в резервуарі з розчином		см
Час перекачування, за який рівень рідини в резервуарі змінився на величину		с
Час проходження “головою” суміші віддалі 91 м (одного кругу)		с
Час прийому рідини в бачки каруселі		с
Довжина шляху змішування	L	м
Густина води		г/см3
Густина розчину		г/см3

Таблиця 5.2 – Контроль зміни концентрації рідин у суміші

№№ пп	№№ бачків	Об’єм рідини в бачку , л	Густина суміші , г/см3	Температура рідини в бачку, 0С	Концентрації рідин у суміші, %		Об’єм зростаючим підсумком , л	Об’єм у рухомій системі координат , л
					розчину	води
1	2	3	4	5	6	7	8	9

10. Концентрації рідин у суміші визначаються за формулами

, (5.10)

. (5.11)

11. Об’єм зростаючим підсумком визначається таким чином

, , , (5.12)

де , , , ... – об’єм рідини в бачку каруселі з відповідним порядковим номером 1, 2, 3, ... в таблиці 5.2.

12. За даними таблиці 5.2 будується дослідна крива зміни концентрації розчину по довжині зони суміші .

13. На графіку проводиться вертикальна лінія, де , тобто вибирається початок рухомої системи координат.

14. Визначаються координати дослідних значень об’єму відносно рухомої системи координат і заносяться в таблицю 5.2.

5.3.1 Алгоритм обробки результатів експериментів

Визначаємо кінематичну в’язкість 50 % суміші рідин

(5.13)

де , - кінематичні в’язкості рідин, що перекачуються послідовно по трубопроводу ( ). Кінематичні в’язкості води і розчину кухонної солі залежно від температури наведені в додатках Б і В).

Витрата рідини в трубопроводі дорівнює

, (5.14)

де - зміна рівня рідини в резервуарі з розчином; - об’єм рідини в 1 см висоти резервуара, ; - час перекачування, за який рівень рідини в резервуарі змінився на величину .

Знаходимо швидкість рідини за зміною рівня рідини в резервуарі з розчином

, (5.15)

де - внутрішній діаметр трубопроводу.

Розраховуємо швидкість рідини за рухом “голови” суміші

, (5.16)

де - час проходження “головою” суміші віддалі 91 м (одного кругу).

Середнє значення швидкості дорівнює

. (5.17)

Визначаємо число Рейнольдса

. (5.18)

Вважаючи, що середина зони суміші рухається в зоні гідравлічно гладких труб, знаходимо ефективний коефіцієнт змішування за формулою Асатуряна

. (5.19)

Обчислюємо параметр Пекле

, (5.20)

де - довжина шляху сумішоутворення.

Визначаємо об’єм внутрішньої порожнини трубопроводу

. (5.21)

Знаходимо значення параметра

, (5.22)

де - об’єм, що відраховується від початку рухомої системи координат (див. таблицю 5.2).

Обчислюємо інтеграли імовірності, які відповідають значенням параметра

. (5.23)

Значення також наведені в додатку Д.

Визначаємо концентрації рідин у суміші

, (5.24)

. (5.25)

Згідно з наведеним алгоритмом розроблена програма розрахунку “ ” на алгоритмічній мові “BASIC”. Текст програми наведено в додатку Ж. Перелік параметрів і відповідних їм ідентифікаторів у програмі наведені в таблиці 5.3.

Таблиця 5.3 – Перелік ідентифікаторів до програми “ ”

Параметр	Позначення		Одиниця вимірювання		Величина
	в алгоритмі	у програмі
Вхідні параметри
В’язкість води			сСт		Із додатку Б
В’язкість розчину			сСт	Із додатку В
Зміна рівня рідини в резервуарі з розчином		DH	см	За результатами досліду
Об’єм рідини в 1 см висоти резервуара			л/см	3
Час перекачування, за який рівень рідини в резервуарі змінився на величину	T	T	c	За результатами досліду
Внутрішній діаметр трубопроводу	D	D	мм	56,5
Час проходження рідиною віддалі 91 м	t1	T1	с	За результатами досліду
Довжина шляху змішування рідин	L	L	м	За результатами досліду
Об’єм, що відраховується від початку рухомої системи координат	Vi	V(I)	л	За результатами досліду
Кількість значень об’єму	n	N	-	За результатами досліду

Продовження таблиці 5.3

Параметр	Позначення		Одиниця вимірювання				Величина
	в алгоритмі	у програмі
Сталі в підпрограмі		K A	- -				50 0
Проміжні і вихідні параметри
Кінематична в’язкість 50 % суміші рідин				м2/с
Витрата рідини	Q	Q		м3/с
Швидкість перекачування за зміною рівня рідини в резервуарі	W1	W1		м/с
Швидкість перекачування за рухом “голови” суміші	W2	W2	м/с
Середня швидкість	W	W	м/с
Число Рейнольдса	Re	RE	-
Ефективний коефіцієнт змішування рідин	De	DT	м2/с
Параметр Пекле	Pe	PE	-
Об’єм трубопроводу	Vтр	VTR	м3
Безрозмірний параметр, що відповідає об’єму Vi	zi	Z(I)	-
Інтеграл імовірності	Ф(zi)	FZ(I)	-
Концентрація рідини, що рухається попереду	Каі	КА(І)	%
Концентрація рідини, що рухається позаду	Кbi	КВ(І)	%

Якщо розрахунки виконуються без використання ЕОМ, то їх результати зводяться в таблицю 5.4.

Таблиця 5.4 – Результати розрахунків теоретичної кривої зміни концент-

рації рідин

№№ пп	Vi, л	zi	Ф(zi)	Kpi, %	Kbi, %
1	2	3	4	5	6

Будується теоретична крива зміни концентрації рідин по довжині зони суміші. Для цього суміщаються перерізи, де (початок рухомої системи координат).

5.3.2 Визначення об’єму суміші

Об’єм суміші визначається за формулами (5.1) і (5.3) за граничних концентрацій 98 – 2 %, 95 – 5 %, 97 – 4 % і порівнюється з дослідними значеннями за тих же граничних концентрацій, використовуючи дослідну криву зміни концентрацій. Значення параметра залежно від граничних концентрацій знаходяться із додатку Е.

Обчислюється похибка визначення об’єму суміші

, (5.26)

де - дослідний об’єм суміші; - теоретичний об’єм суміші.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. В чому суть способу послідовного перекачування нафт і

нафтопродуктів?

2. Механізм утворення суміші у випадку ламінарного і турбулентного режимів перекачування.

3. Симетричні і несиметричні граничні концентрації.

4. Записати і пояснити формули для визначення об’єму суміші для симетричних і несиметричних граничних концентрацій.

5. Як визначаються концентрації послідовно транспортованих рідин за відомою густиною суміші і вихідних рідин?

6. Як визначаються концентрації рідин у будь-якому перерізі по довжині зони суміші?

7. Шляхи зменшення сумішоутворення нафтопродуктів у випадку їх послідовного перекачування.

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Середюк М.Д., Якимів Й.В., Лісафін В.П. Трубопровідний транспорт нафти і нафтопродуктів: Підручник. – Івано-Франківськ: Кременчук, 2001. – 517 с.

2. Середюк М.Д. Проектування та експлуатація нафтопродуктопроводів. – Івано-Франківськ: Факел, 2002. – 282 с.

3. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др. – М.: Недра, 1988. – 368 с.

4. Нечваль М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И. Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам.– М.: Недра, 1976. – 221 с.

5. Середюк М.Д., Якимів Й.В., Лур’є М.В. Оптимізація параметрів роботи розгалужених нафтопродуктопроводів. – К.: НМК ВО, 1992. – 136 с.