3 Гідравлічний розрахунок пмтп-100

Гідравлічний розрахунок польового магістрального трубопроводу за заданою продуктивністю проводиться з метою визначення необхідної для даної продуктивності кількості насосних станцій і їх місцезнаходження на трасі трубопроводу.

Він (гідравлічний розрахунок трубопроводу) полягає в визначенні втрат тиску по довжині трубопроводу при перекачуванні пального. Знаючи втрати тиску в трубопроводі, можна визначити кількість насосних станцій, необхідних для перекачування пального по трубопроводу з заданою продуктивністю та місця їх встановлення на трасі трубопроводу.

3.1 Обробка вихідних даних

Початковими даними для проведення розрахунків є:

Густина палива ТС-1 при температурі 20 ºС = 805 кг/м³;

Температура перекачувального пального t = -10 ºС;

Продуктивність перекачування пального Q = 1100 т/добу;

Марка перекачувальної насосної установки : ПНУ-100/200М ;

Внутрішній діаметр трубопроводу d = 0,0976 м ;

Різниця геодезичних відміток початку і кінця траси ΔZ.

Для палива ТС-1 при температурі 20^оС густина ρ₂₀=805 кг/м³. Визначити значення в’язкості та густини при температурі - 10 ^оС.

На графіку (Рис. 3.1) знаходимо криву (2), яка проходить через точку -10 – на горизонтальній, і по цій кривій визначаємо в’язкість при -10^оС. Вона буде складати 0,0225, тобто в’язкість становитиме ν=0,0225·10^-4 м²/с.

На графіку (Рис. 3.2) знаходимо похилу пряму, яка проходить через точку з координатами ρ₂₀=805 кг/м³ і t₂₀=20^оС, і по ній визначаємо густину при температурі -10^оС. Густина ρ=830 кг/м³.

Рисунок 3.1 - Залежність в’язкості ν нафтопродукту від їх температури t:

1 – автомобільні бензини; 2,3,4 – реактивні палива ТС-1, РТ і Т-1; 6,7 – дизельні палива зимові; 5,8,9,10 – дизельні палива літні, 11 – вода.

Рисунок 3.2 - Залежність густини ρ нафтопродукту від їх температури t.

Продуктивність перекачування – кількість пального, що подається по трубопроводу за одиницю часу. У розпорядженні на розгортання ПМТ, як правило, вказується вагова продуктивність – G (т/добу), а для гідравлічного розрахунку використовується об'ємна продуктивність за одиницю часу – Q (м³/год).

Між об’ємною і ваговою продуктивністю існує залежність:

(3.1)

де ρ – густина пального при температурі перекачування, кг/м³.

Годинна об’ємна продуктивність визначається, виходячи із часу роботи НС за добу. Він приймається рівним 22 години, 2 години відводиться для обслуговування насосних станцій і трубопроводу, звідси:

(3.2)

Визначаємо годинну продуктивність перекачування:

Різниця геодезичних відміток, визначається з профілю траси та вираховується за формулою:

(3.3)

де – геодезична висота над рівнем моря кінця траси трубопроводу, м;

– геодезична висота над рівнем моря початку траси трубопроводу, м;

Визначаємо різницю геодезичних відміток :

3.2 Порядок виконання гідравлічного розрахунку трубопроводу

Знаючи продуктивність трубопроводу та густину пального, необхідно в першу чергу визначити можливість роботи насосних станцій без перевантаження їх двигунів по потужності.

У кожному випадку визначення можливого режиму роботи, спарених насосних станцій ПНУ-100/200М необхідно уточнити потужність, що відбирається від двигуна, для того щоб вона не перевищувала допустиме значення.

Потужність, яка відбирається від двигуна насосної станції N_вд (кВт) визначається за формулою.

(3.4)

де η_н – ККД насоса при розрахунковій продуктивності;

η_р – ККД редуктора ПНУ-100/200М і гідропередачі ПНУ-200;

Q – задана продуктивність трубопроводу, м³/год;

H_Q – створюваний насосною установкою напір при заданій продуктивності, м;

g – прискорення вільного падіння; g=9,81 м/с²;

ρ – густина пального при температурі перекачування, кг/м³.

При визначенні потужності яка відбирається від двигуна необхідно користуватися даними таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Дані для розрахунку потужності, яка відбирається від двигуна насосно

установки

Показник	ПНУ-100/200М	ПНУ-200
ККД редуктора (гідропередачі)	0,96	0,92
Допустима потужність двигуна, кВт	125 при 1700 об/хв	Згідно графіка

Визначаємо потужність при такому режимі роботи: Q=60,2 м³/год;

H_Q = 575 м; ρ = 830 кг/м³ при t = -10^оС.

Коли потужність, що відбирається від двигуна насосної станції перевищує допустиме значення, необхідно зменшити продуктивність перекачування пального по трубопроводу. Якщо ж потужність, що відбирається від двигуна насосної станції нижче допустимої, можна дещо збільшити продуктивність перекачування з обов'язковою перевіркою після цього величини відібраної від двигуна потужності.

Оскільки потужність яка відбирається від двигуна – 136,0 кВт перевищує допустиме значення, то зменшуємо кількість обертів двигуна від 1700 до 1500 об/хв. І перераховуємо:

Таким чином, потужність, яка відбирається від двигуна – 121,7 кВт не перевищує допустимого значення – 125 кВт.

Втрату напору (тиску) на 1 км трубопроводу можна визначити аналітичним і графічним способами. При визначенні втрати напору аналітичним способом спочатку знаходиться швидкість V (м/с) руху пального по трубопроводу

(3.5)

де F – площа перерізу трубопроводу, м²;

Q – продуктивність перекачування, м³/с;

d – внутрішній діаметр трубопроводу, м.

Знаходимо швидкість руху пального в трубопроводі:

Потім визначається режим перекачування, який характеризується числом

Рейнольдса Re

(3.5)

Коефіцієнт гідравлічного опору λ (коефіцієнт Дарсі) для трубопроводів ПМТП-100 визначається за формулою:

(3.6)

Втрата напору h (м) на 1 км трубопроводу визначається за формулою:

(3.6)

де l – довжина трубопроводу, що дорівнює 1000 м.

Втрата тиску P (МПа) визначається за формулою

(3.7)

Для розрахунку кількості насосних станцій, потрібних для перекачування пального по трубопроводу, необхідно визначити втрати тиску по всій довжині трубопроводу, які складаються з гідравлічних втрат на тертя по довжині трубопроводу і втрат тиску для підйому рідини на висоту перевищення кінцевої точки трубопроводу над початковою. Загальні втрати тиску Р_L (МПа) у трубопроводі визначаються за формулою

(3.8)

де К – поправочний коефіцієнт, що враховує збільшення довжини трубопроводу за рахунок рельєфу місцевості і його вигинів в горизонтальній площині; K=1,035;

р – втрата тиску на 1 км трубопроводу, МПа;

L – довжина трубопроводу, яка вимірюється курвіметром по карті, км;

∆Z – різниця геодезичних відміток кінця і початку трубопроводу, м.

Знаходимо робочий тиск кожної насосної станції :

(3.9)

Кількість робочих насосних станцій:

(3.10)

Приймаємо кількість насосних станцій n=6.

Величина n, знайдена за формулою, може вийти у вигляді дробового числа. Приймати слід меншу кількість насосних станцій, якщо це не спричинить збільшення робочого тиску кожної насосній станції більш ніж на 0,2 МПа. При більшому збільшенні робочого тиску кількість насосних станцій округляється до більшого числа і визначається новий робочий тиск P_роб1 кожної насосної станції. При цьому нове значення робочого тиску кожної насосної станції можна визначити за формулою

(3.11)

де b – різниця в підрахованому за формулою (3.10) і знову прийнятому значеннях числа насосних станцій;

n₁ – знову прийняте значення числа насосних станцій для трубопроводу.

Оскільки < то кількість насосних станцій приймаємо n=6.

Тоді робочий тиск станцій буде дорівнювати

Тиск на виході з насосної станції:

(3.11)

де P_вх – тиск на вході; для ПНУ-100/200М