Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

.pdf
Скачиваний:
43
Добавлен:
22.01.2021
Размер:
8.8 Mб
Скачать

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

На площадке обслуживания наливных устройств эстакады следует предусматривать кнопки дистанционного отключения насосных агрегатов, подающих продукты на эстакаду. Расстояние между кнопками должно быть не более 50 м.

Должны устанавливаться также сигнализаторы до взрывных концен- траций. Один датчик сигнализатора концентраций следует устанавливать на две цистерны на нулевой отметке вдоль каждого фронта налива и слива. При двухстороннем фронте налива и слива датчики должны располагаться в «шахматном» порядке.

Автоматическое регулирование расхода пропускаемого продукта производится по поддержанию постоянного давления в напорном трубо- проводе подачи продукта на эстакаду.

10.4. Связь и пожаротушение

На эстакадах следует предусматривать двухсторонние переговорные устройства, обеспечивающие постоянные переговоры между сливо- наливщиком, машинистом и оператором.

Исполнение оборудования связи, устанавливаемого на эстакадах, должны соответствовать категориям и группам взрывоопасных смесей со- гласно ПУЭ-86 или вынесены за пределы взрывоопасной зоны.

Для производственной громкоговорящей связи вдоль эстакады во взрывоопасной зоне следует устанавливать взрывобезопасные рупорные громкоговорители, которые должны крепиться к металлоконструкциям эс- такады, столбам, прожекторным мачтам или иным сооружениям.

Расстояние между ними не должно превышать 100 м. Количество те- лефонных аппаратов на эстакадах должно быть не менее двух на каждой из указанных отметок.

Извещатели пожарной сигнализации общего назначения должны ус- танавливаться вдоль эстакады через 100 м друг от друга, но не менее двух на каждую эстакаду в районе лестниц для обслуживания эстакад.

Размещать пожарные извещатели следует на расстоянии 20 м oт эс- такад на колонках таким образом, чтобы нажимная кнопка была выше уровня земли не более чем на 1,5 м, и был обеспечен свободный доступ к ним и их достаточная освещенность.

Для пожаротушения открытых и расположенных под навесами эста- кад следует предусматривать:

стационарную установку пожаротушения воздушно-меха- нической пены средней кратности с дистанционным пуском;

111

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

водяное орошение лафетными стволами конструкций эстакады и железнодорожных цистерн;

установку стояков с соединительными головками на магистраль- ном (кольцевом) растворопроводе для подачи пены от переносных генера- торов на расстоянии 120 м друг от друга.

При размещении в зданиях должна предусматриваться стационарная установка пожаротушения воздушно-механической пеной средней кратно- сти с дистанционным пуском и внутренний противопожарный трубопро- вод, обеспечивающий подачу в любую точку помещения струй воды с рас- ходом по 5 л/с каждой.

Инерционность системы пенного пожаротушения эстакад должна быть не более 3 мин. Расчетная площадь пенного пожаротушения прини- мается по внешнему контуру сооружения, включая железнодорожные пу- ти, с учетом размещения на этой площади не менее 3 железнодорожных цистерн на каждой стороне налива.

Пеногенераторы следует располагать на строительных конструкциях эстакад с подачей пены сверху на цистерны и настил эстакады.

На каждую цистерну грузоподъемностью 60 т должна осуществлять- ся подача пены не менее чем с одного пеногенератора.

Проектирование лафетных установок для противопожарной защиты следует осуществлять в соответствии с отраслевыми нормативными доку- ментами.

Лафетные стволы системы орошения должны устанавливаться на расстоянии не менее 15 м от железнодорожного пути эстакады. Если по конструкции эстакад невозможно обеспечить указанное расстояние, упус- кается его уменьшение до 10 м.

Расположение лафетных стволов определяется из условия орошения каждой точки эстакады двумя струями.

Эстакада должна быть обеспечена первичными средствами пожаро- тушения в соответствии с правилами пожарной безопасности при эксплуа- тации нефтеперерабатывающих предприятий.

Совместно с пожарными извещателями, размещаемыми в районе эс- такад, следует предусматривать устройства для дистанционного включе- ния пожарных насосов.

Устройства для дистанционного включения насосов пенотушения должны располагаться на расстоянии не более 100 м друг от друга, но не менее двух на каждую эстакаду с расположением в противоположных кон- цах эстакады.

112

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

План лекции

1.Перевозка нефтепродуктов железнодорожным транспортом:

железнодорожные вагоны-цистерны;

классификация и оборудование железнодорожных цистерн.

2.Цистерны для перевозки застывающих грузов.

3.Сливоналивные операции.

4.Установки нижнего слива и налива нефтепродуктов:

устройство и принцип УСН.

5.Устройство для слива вязких нефтепродуктов в междурельсовый

желоб.

6.Расчет времени слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн.

7.Перевозка застывающих нефтей и нефтепродуктов.

способы слива и устройства, применяемые при сливе с двух с двухфазной средой.

8.Железнодорожные сливоналивные эстакады:

правило обустройства сливоналивные эстакад;

особые требования к устройству железнодорожных сливона- ливных эстакад;

требования к размещению эстакад.

9.Правила проведения сливоналивных операций:

рекомендации по режимам налива железнодорожных цистерн светлыми нефтепродуктами на наливных эстакадах.

10.Вспомогательное оборудование на железнодорожных эстакадах:

водоснабжение и канализация;

электротехнические устройства;

механизация, контроль и автоматизация;

связь и пожаротушение.

Вопросы для предварительного контроля

1.Перевозка нефтепродуктов железнодорожным транспортом:

железнодорожные вагоны-цистерны;

классификация и оборудование железнодорожных цистерн.

2.Цистерны для перевозки застывающих грузов.

3.Сливоналивные операции.

4.Расчет времени слива нефтепродуктов железнодорожных цистерн.

113

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Изучение процесса самотечного слива нефтепродуктов из железнодорожных систем

Цель работы

1.изучение зависимости коэффициента расхода сливного патрубка цистерны от числа Рейнольдса;

2.определение среднего за время слива коэффициента рас- хода сливного патрубка. Построение зависимости µ = f(τ);

3.определение времени самотечного слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн.

Краткая теория

Слив нефтепродуктов из железнодорожных цистерн происхо- дит при неустановившемся режиме истечения. Время слива (τ) в об- щем случае может быть теоретически вычислено в результате реше- ния дифференциального уравнения

 

dz

=

Q

,

(9.21)

 

d τ

 

 

 

 

F

 

где z

переменный уровень нефтепродукта в цистерне, м;

 

τ

время, с;

 

 

 

 

F –

площадь «зеркала» нефтепродукта в цистерне, м2, которое после

интегрирования в пределах от 0 до τ и от Д до 0 может быть записано в виде

 

 

−2L 0

1

 

 

z( Д z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

dz ,

(9.22)

 

 

f

 

 

μ

z + h

p1 p2

 

 

2g

 

 

 

 

ρg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где L –

длина цистерны, м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f –

площадь конечного сечения патрубка цистерны, м2;

 

Д

диаметр цистерны, м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

коэффициент расхода сливного патрубка;

 

 

 

 

h –

разность отметок между нижней образующей цистерны и ко-

нечным сечением сливного патрубка, м;

p1, p2 давление над поверхностью нефтепродукта в цистерне и ко- нечном сечении сливного патрубка, Н/м2.

114

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Как показали многочисленные опыты, m ¹ const и изменяется в те- чение всего времени слива. Следовательно, для интегрирования уравнения (9.22) необходимо знать функциональную зависимость μ от числа Рейнольдса и отношения h/d (где d внутренний диаметр сливного пат- рубка). Введение переменного μ = f(Re) привело к значительному услож- нению уравнения (9.22), решение которого в этом случае приводит к весьма сложным формулам, непригодным для практических рас- четов. Поэтому пользуются упрощенной методикой расчета, в которой для решения (9.22) принимается постоянное значение μ , равное усреднен-

ному по времени коэффициенту расхода μ . Время слива в этом случае будет равно

 

4L × Д

 

Д

 

h

 

 

 

t =

 

 

 

 

 

 

 

× j

0

 

,

(9.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

3m f

2g

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64

 

 

 

 

 

 

Vц

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t =

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

0

 

 

,

 

 

 

 

(9.24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3p2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

md 2

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Vц

объем цистерны, м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h + Д

 

 

 

p

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

Д + h

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

 

j

0

 

=

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

× Е k,

 

 

-

 

0

× F k,

 

,

(9.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

Д

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Д

 

2

 

 

 

где

 

p

 

p

полные эллиптические интегралы

1-го

и 2-го

Е k,

 

; F k,

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль и амплитуда полных эллиптических интегралов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

; ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9.26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

+ h0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h = h +

 

P P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9.27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График функции φ (h/Д) приведен на рис. 9.18.

Усредненный во времени коэффициент расхода m определяется по формуле

 

 

n

 

 

 

 

 

 

Dti

mi

 

 

 

m =

i =1

 

 

,

9.28)

n

 

 

 

Dti

 

i=1

115

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

где

 

μ

 

средний коэффициент расхода сливного патрубка за время ∆τi.

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μi =

 

 

 

 

 

 

 

,

(9.29)

 

 

 

 

 

 

 

 

πd

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g(zi + h0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

среднее значение расхода сливаемого нефтепродукта,

 

где

 

Qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

Vi ,

 

 

(9.30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

Δτi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Vi

замеренный объем вылившейся из цистерны жидкости за время

∆τi;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

средний уровень жидкости в цистерне за промежуток времени ∆τi,

 

 

zi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

zi + zi−1

.

 

 

(9.31)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9.18. График функции φ (h/Д)

Произведя п замеров в известные промежутки времени ∆τi,

определяют значения μ , а затем по уравнению (9.28) рассчитывают μ .

i

i

На рассматриваемой установке можно экспериментально опре- делить время полного опорожнения цистерны для двух систем слива (рис. 9.19): открытого через сливной патрубок цистерны (рис. 9.19, а) и закрытого через длинный сливной трубопровод (рис. 9.19, б).

116

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Рис. 9.19. Возможные схемы слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн:

а открытый слив, б закрытый слив

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 9.20) состоит из модели железнодо- рожной цистерны 1 (Д = 202 мм, L = 766 мм, Vц = 24070 см3, h = 43 мм и d = 10 мм), резервуара 2, насоса 3 для заполнения цистерны нефтепро- дуктом, напорного трубопровода 4 c задвижкой 5.

Рис. 9.20. Схема лабораторной установки

Для измерения вытекающего объема нефтепродукта на торце цис- терны для различных уровней жидкости нанесены мерные риски (п = 14), расстояние до которых от дна цистерны и объем, заключенный между двумя смежными уровнями, приведены в табл. 9.4.

117

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Таблица 9.4

Расстояние от дна цистерны до мерных рисок и объем, заключенный между двумя смежными уровнями

№ уровня

Расстояние

Объем нефтепродукта

от дна цистерны до риски

между смежными уровнями

i

zi

Vi, см3

0

500

20000

1

441

10000

2

406

10000

3

372

10000

4

340

10000

5

310

10000

6

281

10000

7

249

10000

8

217

10000

9

183

10000

10

148

10000

11

85

10000

12

0

10000

Порядок проведения работы

1.Перед началом проведения работы записывают основные пара- метры цистерны и определяют вязкость сливаемого нефтепродукта.

2.Одновременно с открытием клапана цистерны включают секун- домер и в момент прохождения уровнем жидкости каждой i-мерной риски записывают время τi.

3.Измерения прекращаются на риске № 12 или в момент образова- ния воронки жидкости.

4.Значение высоты залива нефтепродукта находятся по табл. 9.4.

5.Результаты измерений записываются в табл. 9.5.

6.Закрывают клапан цистерны и включают насос для обратной за- качки нефтепродукта в цистерну.

7.Заполнив цистерну полностью (риска № 0), выключают насос.

8.Присоединяют длинный сливной трубопровод.

9.Проделывают замеры аналогично описанным в пунктах 1 – 4.

10.Результаты измерений заносятся в табл. 9.5.

Таблица 9.5

 

 

 

 

 

 

 

 

Δτi

Vi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zi

 

 

 

 

 

Qi

 

 

 

i

τi

 

i

Rei

τi

 

z

i

 

µ

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вспомогательные данные:

 

 

ν, см2/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вязкость нефтепродукта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

температура нефтепродукта – t оС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

118

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Обработка полученных данных

1.По (9.27) – (9.31) определяются zi , Qi , µi , µ.

2.Рассчитываются значения чисел Рейнольдса

 

J d

 

mi ×

2g(

 

 

+ h0 )

 

 

 

=

zi

 

× d

Rei=

i

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

и строится график зависимости µi

от Re, отношение h/d и график зави-

симости μi = f (τi ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Определяется усредненный коэффициент расхода µ .

4.По (9.23) или (9.24) рассчитывается время слива нефтепродукта.

5.Рассчитывается погрешность определения τ по (9.23) или (9.24).

6.Делаются выводы.

Вопросы по теме

1.Объясните физический смысл уравнения (9.21).

2.На основании уравнения Бернулли выведите аналитическую формулу для расчета µ.

3.В каком случае увеличение дополнительного напора h не приво- дит к уменьшению времени слива?

4.Для каких условий слива нефтепродуктов коэффициент расхода может быть принят постоянным?

5.Что характеризует функция j h0 ?

Д

6.Объясните, какая связь существует между f и µ в (9.22).

7.Как изменится коэффициент расхода сливной коммуникации при увеличении вязкости сливаемого нефтепродукта.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Методика расчета (нормирования) времени слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн

Теоретическая часть

Значительное количество нефтепродуктов и нефтей доставляется же- лезнодорожным и автомобильным транспортом. При использовании любо- го из них невозможно обойтись без сливоналивных операций. В зависимо-

119

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

сти от свойств нефтепродуктов применяют открытые и закрытые системы слива (налива).

Темные нефтепродукты и другие наливные двухфазные грузы, пере- возимые в ж.-д. цистернах, по теплофизическим и физико-химическим свойствам разделяют на вязкие, застывающие и кристаллизующиеся.

К вязким относят продукты, которые во время транспортирования изменяют только свою вязкость. Важнейшим свойством таких грузов, оп- ределяющим работу установок слива, является их вязкостно-темпе-

ратурная характеристика. Слив грузов с кинетической вязкостью выше 1,5·102 м2/с без подогрева невозможен. К застывающим и кристалли-

зующимся относятся продукты, образующие при транспортировании твер- дую фазу или осадок.

Налив таких грузов обычно осуществляется в горячем состоянии. Изменение внешних условий при транспортировании (охлаждение) приво- дит к кристаллизации составляющих компонентов и образованию твердой фазы (осадка) в перевозимом продукте. В пункты назначения цистерны прибывают с грузом, разделенным на две фазы: жидкую и твердую. По- этому данная категория грузов получила определения наливных грузов с двухфазной средой. Жидкая часть этих грузов в большинстве случаев име- ет кинематическую вязкость до 1,5·102 м2/с.

Время удаления твердой фазы из цистерн является основным нормо- образующим фактором, т.к. на него приходится до 90 % общей продолжи- тельности операций слива. Оно зависит от величины осадка в цистерне и его теплофизических свойств. Теоретически рассчитать конечную величи- ну осадка в цистерне в пунктах слива трудно или вообще невозможно из-за большого количества факторов, влияющих на процесс образования твер- дой фазы.

Выгрузка наливных грузов из железнодорожных цистерн, как прави- ло, осуществляется через нижний сливной прибор самотеком (под дейст- вием силы тяжести) в промежуточную емкость, находящуюся под ж.-д. пу- тем выгрузки в непосредственной близости от него. Выгрузка из цистерн, не имеющих нижнего сливного прибора, осуществляется через верхний люк откачкой. В этом случае диаметр откачивающего трубопровода дол- жен быть не менее 200 мм.

Приемные устройства и средства перекачки пункта слива должны обеспечивать одновременную разгрузку поданных цистерн и при нижнем сливе не должны ограничивать максимально возможную пропускную спо- собность универсального сливного прибора цистерны (УСП). В настоящее время все железнодорожные цистерны оборудованы универсальным слив- ным прибором с улучшенной гидравлической характеристикой, обеспечи-

120