8.Гидравлический расчёт трубопровода с перевальной точкой.

Самотечное расслоенное течение является разновидностью безнапорного течения, при котором жидкость движется неполным сечением под действием силы тяжести, причём остальная часть сечения трубы занята парами этой жидкости. Участки, на которых возникают указанные течения, называются самотечными. При этом давление в парогазовой полости самотечного участка остаётся практически постоянным и равным ДНП нефти. Начало каждого самотечного участка, которое всегда совпадает с одной из вершин профиля, называется перевальной точкой, причём таких точек может быть несколько. Однако отметим, что не всегда самая высокая точка трассы является перевальной (см. рис. 5.3).

Рис. 5.3. Перевальной точка и расчетная длина нефтепровода

При гидравлическом расчете трубопровода с самотечными участками уравнение

преобразуется к следующему виду

, (5.15)

где L_р – расчётная длина МН, за которую принимается расстояние от начального пункта до ближайшей перевальной точки, м;

z’=(z_П–z_Н) – разность геодезических отметок перевальной точки и начального пункта, м;

p_y=(P_s–P_a) – упругость паров нефти, которая может быть как положительной, так и отрицательной, Па. Однако как правило для нефтей (при p_y<0) согласно [3, 25, 26] третьим членом в уравнении (5.15) пренебрегают.

Рассмотрим течение жидкости за перевальной точкой (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Течение жидкости за перевальной точкой

Линия гидравлического уклона на самотечном участке проходит параллельно профилю трубопровода на расстоянии p_y/(g), откуда следует, что гидравлический уклон на самотечном участке равен тангенсу угла наклона профиля трубопровода к горизонту i=tgα_п.

Так как согласно уравнению (5.1)

,

то скорость движения жидкости на самотечном участке w больше скорости течения жидкости на заполненных участках трубопровода w₀ поскольку при том же расходе площадь S, занятая жидкостью на самотечном участке меньше площади полного сечения трубы S₀. Отношение указанных площадей

называется степенью заполнения сечения трубопровода, которую в зависимости от отношения гидравлического уклона полностью заполненного участка к гидравлическому уклону самотечного участка

можно определить по одной из следующих аппроксимационных зависимостей, приведённых в таблице

Протяжённость самотечного участка можно определить графически или выразив из уравнения Бернулли для участка AK (см. рис. 5.4)

. (5.16)

Геодезическую отметку конца самотечного участка z_A можно определить, зная z_П и координаты ближайшей точки трассы x и z_x, из простых геометрических соотношений

(5.17)

Подставляя уравнение (5.17) в (5.16) и выражая l_с.у. получим

. (5.18)

Для нахождения перевальной точки достаточно определить избыточное давление в каждой вершине профиля, начиная с конца: если p<p_y, то вершина является началом самотечного участка, с учётом этого находятся избыточные давления в следующих вершинах. Ближайшая к началу нефтепровода вершина, являющаяся началом самотечного участка, и будет перевальной точкой.