Раздел 4 расчет технологических трубопроводов

Перекачивающих станций (пс) и нефтебаз

Гидравлический расчет технологических трубопроводов

Перекачивающих станций (пс) и нефтебаз

Трубопроводы на нефтебазах и перекачивающих станциях (ПС) подразделяются на технологические и вспомогательные. Технологическими называются такие трубопроводы, по которым перекачиваются нефть и нефтепродукты. При помощи технологических трубопроводов осуществляются операции по закачке и выкачке нефти и нефтепродуктов в транспортные емкости (железнодорожные цистерны, танкеры, автоцистерны), в резервуары – хранилища нефтебаз и ПС, подача на раздаточные устройства, а также внутрипарковые перекачки.

Вспомогательные трубопроводы используют для транспорта воды, пара, воздуха и т.д.

1 Расчет всасывающего трубопровода

1.1 Гидравлический расчет всасывающего трубопровода

1.1.1 Определяется объемная секундная пропускная способность трубопровода

Q_с = G_г /(365·24·3600·) = G_сут /(24·3600·) = G_ч /(3600·), м³/с,

где G_г – массовая годовая пропускная способность трубопровода, кг/год;

G_сут – массовая суточная пропускная способность трубопровода, кг/сут;

G_ч – массовая часовая пропускная способность трубопровода, кг/ч;

365 – число суток в году;

24 – число часов в сутках;

3600– число секунд в часе;

• – плотность перекачиваемой нефти (нефтепродукта), кг/м³. Выбирается по паспорту

на нефть или из справочника.

1.1.2 Выбирается скорость движения нефти или нефтепродукта v_т во всасывающем трубопроводе (на линии всасывания) в зависимости от кинематической вязкости нефти или нефтепродукта  ([5], стр. 199, табл. 9.2; [64], стр. 65, табл. 5.2 или таблицы 56 и 57 данного пособия).

Таблица 56  Скорость движения нефти и нефтепродуктов в зависимости от их

вязкости ([5], стр. 199, табл. 9.2)

Кинематическая вязкость жидкости	Скорость, м/с
 ·104, м2/с	на линии всасывания	на линии нагнетания
0,01 ÷ 0,11	1,5	2,5
0,11 ÷ 0,28	1,3	2,0
0,28 ÷ 0,72	1,2	1,5
0,72 ÷ 1,46	1,1	1,2
1,46 ÷ 4,38	1,0	1,1
4,38 ÷ 8,77	0,8	1,0

Таблица 57  Средняя скорость движения нефтепродуктов по трубопроводам

в зависимости от вязкости ([64], стр. 65, табл. 5.2)

3. Определяется расчетный диаметр трубопровода

d _расч =  4·Q_с /(·v_т) , м,

где 4 – коэффициент;

   число Архимеда,  = 3,14;

v_т - теоретически принятая скорость движения нефти (нефтепродукта) по трубопроводу, м/с.

1.1.4 Выбираются по ГОСТ или ТУ (техническим условиям) наружный диаметр трубопровода D (ближайший к расчетному) и толщина стенки трубопровода , которая проверяется механическим расчетом ([5], стр. 192, табл. 9.1;[2], стр. 27-29, табл. 9 или таблица 58 данного пособия).

Таблица 58 – Сортамент наиболее употребляемых бесшовных горячекатаных труб (ГОСТ 8732 – 70) ([5], стр. 192, табл. 9.1)

D = ,м

 = , м

1.1.5 Определяется внутренний диаметр трубопровода

d = D - 2·, м

1.1.6 Определяется фактическая (действительная) скорость движения нефти (нефтепродукта) по трубопроводу

v = (4·Q_с )/(·d²), м/с

1.1.7 Определяется режим движения нефти (нефтепродукта), который характеризуется величиной числа Рейнольдса

Re = v ·d / 

где  - кинематическая вязкость нефти (нефтепродукта), м²/с. Выбирается по паспорту на нефть или из справочника.

Если Re < 2300 , то режим движения ламинарный.

Если Re > 2300 , то режим движения турбулентный.

Ламинарное движение – это движение жидкости, наблюдаемое при малых скоростях, при котором отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу и оси потока.

Турбулентное движение – это движение жидкости при больших скоростях, при котором в движении жидкости нет видимой закономерности и отдельные частицы, перемешиваясь между собой, движутся по самым причудливым все время изменяющимся траекториям весьма сложной формы (хаотично).

8. Определяются линейные потери напора в трубопроводе по формуле Дарси - Вейсбаха

h_л.п = ·(L/d)·(v ²/2g), м,

где  – коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от режима движения нефти (нефтепродукта) и зоны трения (закона сопротивления);

L – длина трубопровода, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²; g = 9,81м/с²

1. Ламинарный режим: Re < 2300. Коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле Стокса

 = 64/ Re

1.1.8.2 Турбулентный режим, зона гидравлически гладких труб (гладкого трения, зона Блазиуса): 2300 < Re < Re_1пер, где Re_1пер – первое переходное число Рейнольдса

Re_1пер = 40·d /e ,

где e – абсолютная шероховатость труб, м. Можно принимать абсолютную шероховатость

труб «e» равной эквивалентной абсолютной шероховатости труб k_э ([58], стр. 55,

табл. 5.5.; [59], стр. 45, табл. 4.4.)

В этой зоне коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле Блазиуса

 = 0,3164/ ⁴ Re

3. Турбулентный режим, зона гидравлически шероховатых труб (зона смешанного трения): Re_1пер < Re < Re_2пер, где Re_2пер – второе переходное число Рейнольдса

Re_2пер = 500·d / e

В этой зоне коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса и эквивалентной шероховатости k_э ([5], стр. 45; [59], стр. 45, табл. 4.4; [58], стр. 55, табл. 5.5) и определяется по формуле Альтшуля

 = 0,1· (⁴1,46· k_э /d + 100/ Re)

4. Турбулентный режим, зона впоне шероховтых труб (квадратичная зона):

Re > Re_2пер. В этой зоне коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от относительной шероховатости труб 

 = 2·e /d

и определяется по формуле Никурадзе

 = 1/ 1,74 + 2·lg1²

1.1.9 Определяются местные потери напора в трубопроводе

h_м.п = ··[v ²/(2·g)], м,

где  – поправочный коэффициент, зависящий от режима движения нефти (нефтепродукта) ([5], стр. 47);

 – сумма коэффициентов местных сопротивлений

 = ₁ + ₂ + … + _n = _i ,

где _i – коэффициенты местных сопротивлений, зависящие от вида местного сопротивления ([5], стр.48; [64], стр. 73, табл. 5.4.)

Таблица 59 – Исходные данные для расчета суммы коэффициентов местных

сопротивлений 

Вид местного сопротивления	Количество	Коэффициент местного сопротивления i	Примечание, ссылка на литературу
1 Задвижка 2 Обратный клапан 3 Компенсатор и так далее	3 2 1 и так далее	1 2 3 и так далее

1.1.10 Определяются скоростные потери напора в трубопроводе

h_с.п = v ²/(2·g), м,

11. Определяется сумма потерь напора в трубопроводе

h = h_л.п + h_м.п + h_с.п, м

1.1.12. Определяется общие потери напора в трубопроводе (сопротивление трубопровода)

Н_о = h + z, м,

где z–разность нивелирных отметок между конечной и начальной точками трубопровода, м