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

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

.pdf
Скачиваний:
60
Добавлен:
22.01.2021
Размер:
8.8 Mб
Скачать

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

 

 

 

 

 

Qн = k1Qв; Нн = k2 Нв; ηн = k3ηв ,

 

(8.84)

где

k1,

 

k2, k3

коэффициенты, зависящие от числа Рейнольдса насоса,

табл. 8.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.10

Значения поправочных коэффициентов для перерасчета характеристик

 

 

 

центробежных насосов при перекачке нефтепродуктов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Reнас.

 

k1

 

k2

 

 

k3

 

 

 

Reнас.

 

 

k1

 

k2

 

k3

100

 

 

0,35

 

0,52

 

0,1

 

 

 

 

5000

 

 

0,98

 

0,99

 

0,83

200

 

 

0,57

 

0,69

 

0,23

 

 

 

 

6000

 

 

0,99

 

0,99

 

0,85

300

 

 

0,66

 

0,77

 

0,32

 

 

 

 

7000

 

 

0,99

 

0,99

 

0,87

400

 

 

0,72

 

0,81

 

0,38

 

 

 

 

8000

 

 

0,99

 

0,99

 

0,88

500

 

 

0,77

 

0,84

 

0,43

 

 

 

 

9000

 

 

0,99

 

0,99

 

0,89

600

 

 

0,80

 

0,86

 

0,47

 

 

 

 

10000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,90

700

 

 

0,82

 

0,87

 

0,50

 

 

 

 

20000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,95

800

 

 

0,84

 

0,89

 

0,53

 

 

 

 

30000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,97

900

 

 

0,86

 

0,90

 

0,56

 

 

 

 

40000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,98

1000

 

0,87

 

0,91

 

0,58

 

 

 

 

50000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,99

2000

 

0,92

 

0,96

 

0,70

 

 

 

 

60000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,99

3000

 

0,96

 

0,97

 

0,77

 

 

 

 

70000

 

 

1,0

 

1,0

 

0,99

4000

 

0,97

 

0,98

 

0,80

 

 

 

 

80000

 

 

1,0

 

1,0

 

1,0

 

 

 

 

 

 

 

Reнас

=

 

 

 

 

 

Q

 

,

 

 

 

 

(8.85)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9Db

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Q

подача насоса, м3/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν

кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости, м2/с;

 

D

 

внешний диаметр рабочего колеса насоса, м;

 

 

 

 

b

 

ширина лопатки колеса на внешнем диаметре, м.

 

 

 

 

Необходимо также проверить условия всасывания центробежного

насоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимально допустимое превышение оси насоса над уровнем неф-

тепродукта в резервуаре Нs определяют по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

s

=

pa

 

ps

 

h

 

h

,

 

 

(8.86)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρg

 

ρg

 

доп.

 

 

τвс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

ра

абсолютное давление в резервуаре над уровнем нефтепродукта

при температуре перекачки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рs

давление насыщенных паров нефтепродукта при температуре

перекачки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hдоп. допустимый кавитационный запас насоса.

 

 

 

51

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

Допустимый кавитационный запас это минимальный избыток удельной энергии жидкости на входе в насос над давлением насыщенных паров, обеспечивающих нормальную работу насоса.

Кавитационный запас ∆h определяется из соотношения.

 

h =

p

+

v2

p

s

,

(8.87)

 

в

 

 

 

ρg

2g

 

 

 

 

 

 

ρg

 

где рв

давление во всасывающем патрубке насоса, Па;

 

рs

давление насыщенных паров нефтепродукта при температуре

перекачки, Па;

 

 

 

 

 

 

 

 

ν скорость потока во входном патрубке насоса, м/с.

 

Допускаемый кавитационный запас определяют по результатам ис- пытаний в зависимости от величины критического кавитационного запаса

hкр по формуле

 

hдоп. = (1,3 −1,5) hкр .

(8.88)

При этом ∆hкр. соответствует падению напора на 2 % на кавитацион- ной характеристике насоса.

На гидравлической характеристике насоса обычно приводят график ∆hкр (Q) и ∆hдоп(Q). Отрицательные значения Нs указывают на необходи- мость обеспечить на входе в насос подпор, численно равный этой величине.

Нефтебазы обычно имеют сложную систему трубопроводов, и один или несколько насосов могут одновременно обслуживать несколько тру- бопроводов и резервуаров.

Пример расчета

Произвести гидравлический расчет трубопроводных коммуникаций и подобрать насосное оборудование для распределительной нефтебазы, производящей прием, хранение и отгрузку бензина марки А-76, посту- пающего на нефтебазу железнодорожным транспортом в цистернах грузо- подъемностью 60 т.

Решение:

Слив нефтепродуктов происходит через длинный патрубок. Коэффи- циент расхода сливной коммуникации при этом определяется по формуле

mс

=

 

1

,

 

 

 

2200

× n + 3,78

где ν кинематическая вязкость нефтепродукта, м2/с.

52

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

Время полного слива одной цистерны рассчитывается по формуле

 

4 × L × D ×

D

 

 

 

h

 

t =

 

 

 

 

 

 

 

× j

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

3

×mc

× f × 2g

 

 

 

D

 

где L длина железнодорожной цистерны, м;

D диаметр котла железнодорожной цистерны, м;

f площадь сечения сливной коммуникации , определяемая по фор-

муле

f = p × d 2 , 4

где d диаметр сливного прибора, м; φ(h/D) = 0,6 – функция расхода. Определим время слива бензина А-76

 

mс

=

 

1

 

 

 

= 0, 264 ,

 

 

 

× 0,5 ×10−6

+ 3,78

 

 

 

 

 

2200

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×12,02 × 2,8 ×

 

 

 

 

 

 

 

tА−76

=

 

2,8

 

 

 

× 0,6

= 20

мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

× 0,0314 × 0, 264 ×

2 ×9,81

 

3

 

 

 

 

Для определения размера поперечного сечения сливных коллекторов необходимо знать величину расчетного расхода Qрасч определяется с уче- том неодновременности начала слива из различных цистерн.

Время запаздывания Δτ складывается из времени, затрачиваемого на подготовительные работы открытие люка цистерны и подключение слив- ной установки.

Расход из первой цистерны рассчитывается по формуле

q1 = mc × f × 2g × D .

Расход нефтепродукта из последующих цистерн рассчитывается как

 

 

 

2

 

 

 

Dt

 

 

q = q × 1 -

3

,

n 1

 

t

 

 

 

 

 

 

где Δτ= 5 мин время запаздывания слива нефтепродукта из цистерн. Для бензина А-76 расход из первой цистерны равен

q = 0,264 × 0,0314 ×

 

= 0,06

м3

 

2 ×9,8 × 2,8

,

 

1

 

 

с

 

 

 

 

 

53

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

 

 

 

 

 

5

2

 

 

 

 

м3

 

q

= 0,06 ×

1 -

 

 

3

= 0,05

 

 

,

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

2

 

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,04

 

 

 

 

q

= 0,06 ×

1 -

3

,

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

2

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,03

.

q

= 0,06 ×

1 -

3

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

Исходя из условия, что состав обслуживает один сливщик, одновре- менно слив может происходить только из 4-х цистерн, независимо от того, сколько цистерн находится в маршруте и поставлено под слив.

Расчетный расход бензина А-76 в коллекторе будет равен

Qр = Σqi ,

Qр = 0,06 + 0,05 + 0,04 + 0,03 = 0,18 м3 .

с

Зная расчетный расход в коллекторе, определим диаметр коллектора, для этого зададимся скоростью течения нефтепродукта в трубопроводе,

υ= 2,5 м/с.

Диаметр коллектора найдем из выражения

 

 

 

 

d =

 

 

 

 

4Q

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πϑ

 

 

 

d А−76 =

 

4 × 0,18

 

 

 

= 0,3м = 300 мм.

 

3,14 × 2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким

образом,

по сортаменту принимаем стандартное значение

dk = 325 мм ;

δ = 7 мм;

dквн = 311 мм

 

 

 

(в случае самотечного слива в кол-

лектор, его диаметр определяется по формуле (8.70)).

При стандартном диаметре коллектора уточним скорость течения

бензина по коллектору

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

 

4Q

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pd 2k

 

 

 

 

u =

4 × 0,18

 

 

 

 

= 2,37

м

.

 

 

3,14 × 0,3112

 

 

 

 

 

 

 

с

Определим диаметр отводной трубы.

54

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

Пропускную способность отводной трубы при подключении к середи- не сливного коллектора рассчитываем по удвоенному расходу в коллекторе

 

 

Q

= 2Q = 2 × 0,18 = 0,36

м3

.

 

 

 

 

отв

 

k

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаметр отводной трубы тогда равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

=

4 ×Qотв

,

 

 

 

 

 

 

 

отв

 

J× p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где J = 2,5

м

скорость течения бензина в отводной трубе.

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

=

 

 

 

4 × 0,36

 

= 0, 4 м .

 

 

 

 

 

 

 

 

отв

2,5 ×3,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По сортаменту принимаем

стандартное

значение Dотв = 400 мм;

δ = 8 мм; Dвн

= 384 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уточним скорость течения нефтепродукта в отводной трубе при стан-

дартном диаметре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

4Q

 

=

 

 

 

4 × 0,36

 

 

= 2,8 м/с.

 

 

pdотв2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 3,14 × 0,3842

 

 

 

 

 

Расчеты подбора насоса сводятся к определению потерь напора в коллекторе, отводной трубе и нагнетательном трубопроводе насоса.

Для определения потерь напора в коллекторе необходимо знать зна- чение критерия Re

 

 

 

 

Re =

 

4 ×QK

 

 

,

 

 

 

 

 

p × D × n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

где

Q

пропускная способность коллектора, м3/с;

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dk

внутренний диаметр коллектора, м;

 

ν –

кинематическая вязкость нефтепродукта, м2/с

 

 

 

Re =

 

4 × 0,18

 

 

 

 

 

= 95541.

 

 

 

 

× 0,311×8

×10

−6

 

 

 

3,14

 

 

 

 

 

Коэффициент гидравлического трения равен

 

 

 

 

 

 

 

D

 

68

0,25

 

 

 

l = 0,11×

 

 

 

+

 

 

 

,

 

 

 

 

Dk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re

где

= 0,02 мм шероховатость стенки для новой трубы;

55

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

0,02

 

 

68

 

 

0,25

l = 0,11×

 

 

+

 

 

 

 

 

 

= 0,018 .

 

 

 

 

 

 

0,311

 

95541

 

Длина коллектора равна длине эстакады

 

Lk = Lэ ;

 

 

 

 

Lk

= 72 м.

 

Значит, потери напора в коллекторе равны

 

Hk = l ×

l

 

×

u2

 

 

Dk

2g

 

 

 

 

 

 

где υ скорость течения нефтепродукта в коллекторе.

Hk

= 0,018 ×

72

×

2,52

 

=1, 4 м.

 

 

 

0,311

2 ×9,81

 

Для определения потерь напора в отводной трубе необходимо оп- ределить значение критерия Re для течения бензина А-76 в отводной трубе

Re =

4 ×Qотв

,

p × D × n

 

 

 

отв

 

где Qотв пропускная способность отводной трубы;

Dотв внутренний диаметр отводной трубы.

Re =

 

4 × 0,36

 

=143312 .

 

× 0,384 ×8 ×10

−6

3,14

 

 

Коэффициент гидравлического трения равен

 

 

 

D

 

 

68

 

l = 0,11×

 

+

 

 

;

Dотв

 

 

 

 

 

 

 

 

Re

0,02

 

 

68

 

 

0,25

l = 0,11×

 

+

 

 

 

 

 

= 0,0166 ;

 

 

 

 

 

0,384

143312

 

 

 

Принимаем длину отводной трубы равной 15 м (в соответствии с СНБ 3.02.01). Потери напора в отводной трубе равны

 

Hотв

= l ×

 

l

 

 

×

 

u2

,

 

 

Dотв

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hотв

= 0,0166 ×

15

 

 

×

 

2,82

 

= 0, 2 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,384

 

2 ×

9,81

56

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

Полные потери напора на всасывающем участке складываются из потерь на трение в коллекторе и в отводной трубе с учетом 10 % потерь напора на местные сопротивления.

H =1,1×( Hk + Hотв ) ,

(8.84)

H =1,1×(1,4 + 0, 2) =1,76 м.

Для определения потерь напора в нагнетательном трубопроводе найдем значение критерия Re

Re =

4 ×Q н

,

p × D × n

 

 

 

н

 

где Qн = Q = 0,18 м3 пропускная способность трубопроводных ком-

k

с

 

муникаций.

Определим диаметр нагнетательного трубопровода, исходя из ре- комендуемой скорости потока, равной 1,5 м/c,

 

 

D =

 

4 ×Qн

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

p × u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D =

4 × 0,18

 

= 0,3 м .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

3,14 ×1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем из сортамента

 

стандартные значения D = 325 мм ;

δ = 7 мм; Dвн = 311 мм .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cледовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re =

 

 

4 × 0,18

 

 

 

 

 

 

= 92162 .

 

 

× 0,311×8 ×10

−6

3,14

 

 

 

 

Коэффициент гидравлического трения равен

 

 

 

 

 

 

 

D

 

68

0,25

l = 0,11×

 

 

 

+

 

 

 

 

 

,

D

 

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,02

 

68

 

 

 

0,25

l = 0,11×

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,0185 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,311

 

92162

 

 

 

Принимаем длину нагнетательного трубопровода L = 100 м (не ме- нее значения рекомендуемого СНБ 3.02.01).

Тогда потери напора на трение для нагнетательного патрубка равны

57

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

Hн

= l ×

 

L

×

u2

,

 

Dн

2g

 

 

 

 

 

 

Hн = 0,0185 ×

100

 

×

 

1,52

 

= 0,68 м.

0,311

 

 

 

 

 

2 ×9,81

Полные потери напора в нагнетательном патрубке складываются из потерь напора на трение, потерь напора в местных сопротивлениях (10 % от потерь напора на трение) и напора, необходимого для преодоления разности высот между насосом и резервуаром (z=10 м).

H полн =1,1× Hн + Dz + Hк + Hотв ,

H полн =1,1× 0,68 +10 +1,76 =12,51 м.

По рассчитанным значениям потерь напора и необходимому расходу

Q

= Q ×3600 = 0,18 ×3600 = 648

м3

.

 

 

 

нас

k

ч

 

 

 

 

 

подбираем насос марки 12НДсНм, технические характеристики ко-

торого приведены в табл. 8.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.11

Характеристики насоса марки 12НДсНм

 

 

 

 

 

 

 

Подача насоса, м3/ч

 

 

 

 

800

Создаваемый напор, м

 

 

 

 

28

Частота вращения, об/мин

 

 

 

 

960

Допустимый кавитационный запас, м

 

 

 

4

кпд, %

 

 

 

 

86

Задания для практической работы

1.Произвести гидравлический расчет трубопроводных коммуника- ций и подобрать насосное оборудование для распределительной нефтеба- зы, производящей прием, хранение и отгрузку бензина марки АИ-95, по- ступающего на нефтебазу железнодорожным транспортом в цистернах грузоподъемностью 25 т.

2.Произвести гидравлический расчет трубопроводных коммуника- ций и подобрать насосное оборудование для распределительной нефтеба- зы, производящей прием, хранение и отгрузку масла И-20, поступающего на нефтебазу железнодорожным транспортом в цистернах грузоподъемно- стью 90 т.

58

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

3. Произвести гидравлический расчет трубопроводных коммуника- ций и подобрать насосное оборудование для распределительной нефтеба- зы, производящей прием, хранение и отгрузку масла Тэп-15, поступающе- го на нефтебазу железнодорожным транспортом в цистернах грузоподъемностью 60 т.

ТЕСТЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ОБУЧЕНИЯ

На оценку «удовлетворительно»

1.Устройство насосных станций.

2.Технологический расчет трубопроводов:

механический расчет трубопроводов;

гидравлический расчет изотермических трубопроводов;

гидравлический расчет неизотермических трубопроводов;

гидравлический расчет коллекторов;

гидравлический расчет сифонных трубопроводов;

гидравлический расчет разветвленных трубопроводов.

На оценку «хорошо»

1.Оборудование насосных станций.

2.Подбор насосов и приводных двигателей.

3.Технологические схемы трубопроводов.

На оценку «отлично»

1.Оборудование насосных станций.

2.Подбор насосов и приводных двигателей.

3.Технологические схемы трубопроводов.

4.Технологический расчет трубопроводов:

механический расчет трубопроводов;

гидравлический расчет изотермических трубопроводов;

гидравлический расчет неизотермических трубопроводов;

гидравлический расчет коллекторов;

гидравлический расчет сифонных трубопроводов;

гидравлический расчет разветвленных трубопроводов.

59

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

Модуль 9

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Введение

У трубопроводного транспорта есть некоторые недостатки. Так для обоснованного строительства магистральных трубопроводов необходимо иметь мощный и на относительно длинный период времени устойчивый грузопоток транспортируемого продукта. При отсутствии или нарушении этого условия показатели работы трубопроводов ухудшаются, а при значи- тельных недогрузках их производительность делает эксплуатацию нерен- табельной. Однако трубопроводный транспорт следует рассматривать как наиболее экономичный и прогрессивный. Сопоставление основных техни- ко-экономических показателей (себестоимость, капитало-, металловложе- ния и пр.) трубопроводного и других видов транспорта убедительно под- тверждают это.

Себестоимость транспортировки грузов один из важнейших пока- зателей в оценке технико-экономических преимуществ того или иного ви- да транспорта. Себестоимость 1 т на 1 км перекачки нефтегрузов по трубо- проводам в 3 раза ниже себестоимости перевозки их по железной дороге и в 1,5 – 2 раза ниже себестоимости перевозки их водным транспортом. Се- бестоимость транспортировки природного газа при доставке его даже на дальнее расстояние также ниже себестоимости железнодорожных перево- зок эквивалентного количества угля.

Трубопроводный транспорт имеет также максимальную герметизацию процесса при транспортировке и перевалках нефти и нефтепродуктов. Под- считано, что все потери нефти и нефтепродуктов при транспортировке их железнодорожным, речным, морским транспортом и при хранении и пере- валках на нефтебазах в среднем за пять лет составляют около 35 – 50 млн. т или по стоимости 300 – 400 млн. руб. На эти средства можно было бы по- строить около 10 тыс. км трубопроводов диаметром до 500 мм и перека- чать по ним до 60 млн. т нефтепродуктов.

И все же, при всех преимуществах и достоинствах перевозки (пере- качки) нефтей и нефтепродуктов по трубопроводам роль железнодорожно- го транспорта продолжает оставаться одной из главных. Особое место же- лезнодорожный транспорт занимает при перевозке нефтепродуктов в «не- больших» количествах на значительное расстояние. Во Франции, напри- мер, нефтепродукты перевозят составами или отдельными цистернами.

60