2.2.3. Гідравлічний розрахунок конденсатопроводів і

водопроводів

При транспортуванні негазованих рідин (конденсат, вода) необхідно враховувати рельєф траси трубопроводу.

Для одержання повної інформації для розрахунків, всю трасу трубопроводу замінюють еквівалентною (розрахунковою), яка складається із послідовно з’єднаних висхідних l_В.і і низхідних прямолінійних відрізків довжинами l_Н.і (і = 1, 2, 3, ..... , n). Еквівалентну трасу будують для спрощення і скорочення числа розрахункових ділянок n.

Для прикладу, така розрахункова схема гідравлічного розрахунку рельєфного трубопроводу наведена на рис. 2.9.

l_і - довжина висхідних і низхідних прямолінійних відрізків трубопроводу; z_і - геодезичні відмітки початку і кінця висхідних і низхідних прямолінійних відрізків трубопроводу

Рис. 2.9 - Розрахункова схема гідравлічного розрахунку

рельєфного трубопроводу

За розрахункову довжину висхідної l_Ві і низхідної ділянки l_Ні приймають сумарну довжину всіх проміжних висхідних і низхідних відрізків реальної траси.

Для прикладу, згідно наведеної схеми на рис. 2.9, розрахункову довжину ділянок знаходять

l_{В i} = l_{В 1} + l_{В 3} + l_{В 5}

l_{Н i} = l_{Н 2} + l_{Н 4}

Якщо структура руху потоку газорідинної суміші на висхідній і низхідній ділянках однакова, то розрахунок ведуть для всієї довжини трубопроводу

L = l_{В i} + l_{Н i} ) (2.45)

Висота геодезичних відміток висхідних і низхідних відрізків рівна різниці геодезичних відміток на початку z_п і в кінці z_к кожного відрізку і її визначають:

- згідно схеми

h_{В1 =} z₂ - z_1; h_{Н 2 =} z₃ - z_2; h_{В3 =} z₄ - z_3;

h_{Н 4 =} z₅ - z_4; h_{В 5 =} z₆ - z_5;

- в загальному вигляді

h_{В i =} Z_{В П} + Z_{В К} ) (2.46)

h_{Н i =} Z_{Н П} + Z_{Н К} ) (2.47)

- сумарна висота висхідних і низхідних ділянок

h_{В =} h_{В i} (2.48)

h_{Н =} h_{Н i} (2.49)

Для визначення перепаду тиску вздовж трубопроводу користуються рівнянням Бернуллі

ΔР = ΔР_ТР + ΔР_МО + ΔР_ГС (2.50)

де ΔР = Р_П – Р_К - загальні втрати тиску, Па;

Р_П і Р_К - відповідно тиски на початку і в кінці трубопроводу, Па;

ΔР_ТР – втрати тиску на перемагання сил тертя по довжині трубопроводу, Па;

ΔР_МО – втрати тиску на перемагання сил тертя на місцевих опорах, Па;

ΔР_ГС – втрати тиску на перемагання гідростатичного стовпа рідини, Па.

Рівняння (3.6) можна представити у вигляді

ΔР = h_В - h_Н ) =

= λ ξ ± ρ_рg(h_В - h_Н ) (2.51)

де υ_Р – середня швидкість рідини, м/с; Q_Р – витрата рідини, м³/с; L – загальна довжина трубопроводу, м; d_ВН – внутрішній діаметр трубопроводу, м; ρ_р – густина рідини (нафти або води), кг/м³; g – прискорення вільного падіння, м/с²; h_В і h_Н – сумарна висота висхідних і низхідних ділянок (якщо h_В > h_Н у формулі ставиться „+”, якщо h_В < h_Н – ставиться „–”), м;

ξ – коефіцієнт місцевих опорів, який залежить від форми місцевого опору і числа Рейнольда (безрозмірний); λ – коефіцієнт гідравлічного опору труб, який залежить від числа Рейнольдса (R_е) і відносної шорсткості труб (ε), які визначають за формулами:

Re = = (2.52)

ε = (2.53)

де μ_Р – динамічна в’язкість рідини, Па∙с; k_е – абсолютна шорсткість стінок труби, мм (для нових труб і труб, які не підлягали корозії, приймають рівною 0,03 мм); d_ВН – внутрішній діаметр труб, см.

Враховуючи, що ΔР_МО << ΔР_ТР, втратами тиску на місцевих опорах нехтують ΔР_МО = 0 і формула (2.50) приймає вигляд

ΔР = ΔР_ТР + ΔР_ГС (2.54)

1) ламінарний режим руху рідини, коли R_е < 2320, коефіцієнт λ не залежить від абсолютної шорсткості труб k_е і визначається за формулою Стокса

(2.55)

2) турбулентний режим руху рідини, при R_е > 2320, поділяють на 3 зони, які розділяються між собою перехідними числами Рейнольдса:

а) гідравлічно гладкі труби, λ не залежить від ε,

2320 < R_е < R_{е пер1},

R_{пер 1} = (2.56)

при R_е < 10⁵ коефіцієнт λ визначають за формулою Блазіуса

λ = (2.57)

б) перехідна зона (змішане тертя), коли

R_{е пер1} < R_е < R_{е пер2},

R_{пер 2} = (2.58)

коефіцієнт λ визначають за формулою Альтшуля

λ = 0,11 (2.59)

в) квадратичний режим руху рідини, коли R_е > R_{е пер2}, коефіцієнт λ не залежить від числа Рейнольдса, при R_е > 10⁵ визначається за формулою Нікурадзе

λ = (2.60)

або за формулою Шифрінсона

λ = 0,11 (2.61)