Лабораторна робота № 3 дослідження роботи магістрального нафтопроводу при ізотермічному режимі

Мета роботи: Моделювання роботи магістрального нафтопроводу за ізотермічного режиму перекачування, дослідження гідравлічних опорів і ділянки застосування основних розрахункових формул для гідравлічного розрахунку трубопроводів.

В результаті проведення лабораторного заняття студенти повинні:

знати зміст технологічного розрахунку магістрального нафтопроводу, основні розрахункові формули для гідравлічного розрахунку трубопроводів;

уміти виконувати гідравлічний розрахунок магістральних нафтопроводів, проводити розстановку нафтоперекачувальних станцій.

3.1 Основні теоретичні положення

Для визначення втрат напору на тертя при русі рідини в трубопроводі найчастіше використовується формула Дарсі-Вейсбаха

, (3.1)

де - коефіцієнт гідравлічного опору; - довжина і внутрішній діаметр трубопроводу; - швидкість руху рідини в трубопроводі,

, (3.2)

- об’ємна витрата.

Коефіцієнт гідравлічного опору залежить від режиму руху рідини і зони гідравлічного тертя (у випадку турбулентного режиму).

Якщо ламінарний режим руху ( ), то коефіцієнт визначається за формулою Стокса

, (3.3)

де - число Рейнольдса,

, (3.4)

де - кінематична в’язкість рідини.

У випадку турбулентного режиму руху виділяють три зони гідравлічного тертя:

1. зона гідравлічно гладких труб ( ):

за умови використовують формулу Блазіуса

; (3.5)

за умови можна користуватись формулою Конакова

. (3.6)

2. зона змішаного тертя або перехідна зона ( ). У цій зоні найчастіше використовується формула Альтшуля

. (3.7)

3. зона гідравлічно шорстких труб або квадратична зона ( ). Для цієї зони можна застосовувати формулу Шифрінсона

, (3.8)

де - перше і друге перехідне число Рейнольдса відповідно,

, ,

- відносна шорсткість труб, ; - абсолютна еквівалентна шорсткість труб.

Для гідравлічного розрахунку магістральних нафтопроводів нарівні з формулою Дарсі-Вейсбаха використовується узагальнена формула Лейбензона

, (3.9)

де і - коефіцієнти, що залежать від режиму руху рідини.

За ламінарного режиму , для турбулентного режиму в зоні гідравлічно гладких труб , в перехідній зоні , у квадратичній зоні .

Втрати напору на тертя на одиниці довжини трубопроводу називаються гідравлічним нахилом

, (3.10)

або

. (3.11)

Втрати напору в місцевих опорах визначаються за формулою

, (3.12)

де - коефіцієнт місцевого опору.

Значення для кожного виду місцевих опорів різні і їх визначають експериментально; величини наводяться у спеціальних таблицях. Для ламінарного режиму .

Для розрахунку магістральних нафтопроводів втрати напору в місцевих опорах за формулою (3.12) не визначаються, а приймаються рівними 1 – 2 % від втрат напору на тертя.

3.2 Обладнання і прилади

Лабораторна установка (рисунок 3.1) представляє собою модель магістрального нафтопроводу з чотирма перекачувальними станціями. На трубопроводі є головний і кінцевий пункти, якими служать дві частини ємності 1, головна (насос №1) і три проміжні станції (насоси № 2, №3 і №4).

При виконанні лабораторної роботи досліджується перекачування рідини по трубопроводу з однією головною станцією (насос №1).

Трубопровід змонтований із труб з внутрішнім діаметром мм. Для вимірювання тиску на трубопроводі встановлено вісім манометрів з різним діапазоном вимірювання тиску і різних класів точності. Перекачування рідини здійснюється відцентровим електронасосом “Кама-3”.

Площа дзеркала води у лівому відсіці ємності м², а в правому відсіці - м². Обидві половини ємності 1 з’єднані з п’єзометричними трубками, які дозволяють слідкувати за зміною рівня рідини в них. Час перекачування рідини фіксується секундоміром.

Довжини характерних ділянок трубопроводу наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Розрахункові довжини ділянок трубопроводу між манометрами

Ділянка трубопроводу між манометрами	Номер ділянки	Довжина , м
М1 – М2	1	15,65
М2 – М3	2	15,70
М4 – М5	3	32,25
М6 – М7	4	33,35

Загальна розрахункова довжина трубопроводу М1- М8 м.

На досліджуваній ділянці трубопроводу є місцеві опори, назва і кількість яких наведена у таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Місцеві опори на трубопроводі

Назва місцевого опору	Коефіцієнт місцевого опору	Кількість, шт.
Кран пробковий	0,90	3
Вентиль	3,50	2
Кутник 900	1,20	14
Муфта	1,50	18

Для розрахунку трубопроводу на окремих ділянках втрати напору в місцевих опорах слід враховувати для кожної ділянки окремо.

Розподіл місцевих опорів за ділянками наведено в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 – Розподіл місцевих опорів за ділянками трубопроводу

Назва місцевого опору	Номер ділянки
	1	2	3	4
Кран пробковий	2	-	-	-
Кутник 900	4	2	3	3
Муфта	5	3	6	4