Теория / тема 2
.pdf
Режимы течения жидкости в трубопроводе.
Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение жидкости
Ламинарное течение (Re ≤ 2300) – слоистое |
Турбулентнное течение (Re ≥10 000) – хаотичное |
течение без перемешивания частиц жидкости и |
течение жидкости с постоянным перемешиванием |
без пульсации скорости и давления. |
ее частиц, пульсацией скорости и давления. |
Re υ d ρ
μ
– скорость течения жидкости, (м/с) d – внутренний диаметр трубы, (м)
– плотность жидкости, (кг/м3)
μ – коэффициент динамической вязкости (кг/м с)– коэффициент кинематической вязкости (м2/с)
Re υ d
ν
Исходя из числа Рейнольдса Re определяется коэффициент гидравлического сопротивления λ величина,
характеризующая потери энергии в трубопроводе
11
Режимы течения жидкости в трубопроводе.
Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение жидкости
Re |
υ d ρ |
|
υ d |
|
|
|
|
||
|
|
|
||
μ |
Re ν |
|||
|
||||
– скорость течения жидкости, (м/с) d – внутренний диаметр трубы, (м)
– плотность жидкости, (кг/м3)
μ – коэффициент динамической вязкости (кг/м с)– коэффициент кинематической вязкости (м2/с)
Внутренний диаметр трубопровода (м):
d D 2
D – наружный (внешний) диаметр (м); δ – толщина стенки трубы (м).
12
Гидравлические аспекты транспорта по трубопроводам Движение жидкости в трубопроводе
Направление перекачки
R
Х
Критерии определения толщины стенки трубопровода :
Несущая способность трубопровода (способность выдержать внутреннее давление)
Компенсация продольных и поперечных напряжений
«Противокоррозионный» запас на внешнюю среду
13
Расчет гидравлического режима магистрального трубопровода. Уравнение Бернулли
Основное уравнение гидравлики – уравнение Бернулли.
Физический смысл: закон сохранения механической энергии для движущейся в трубе жидкости
P1ρ g
|
v2 |
|
|
|
P |
|
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
z |
|
|
2 |
|
2 |
z |
|
h |
|
h |
|
h |
|
|
|
|
1 2 |
τ |
м |
||||||||||
|
2g |
1 |
|
|
ρ g |
|
2g |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Н – напор в трубопроводе, [м] Р – давление в трубопроводе, [Па]
– скорость потока жидкости, [м/с]
z – геодезическая высотная отметка, [м]
– плотность перекачиваемой жидкости, [кг/м3] g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2) h1-2 – потери напора по длине трубопровода, [м] h – потери напора на трение, [м]
hм – потери напора на местных сопротивлениях, [м]
Основная причина потерь напора по длине трубопровода – трение между перекачиваемой жидкостью и стенками трубопровода
Давление (напор) в трубопроводе определяется исходя из объема транспортируемого продукта, расстояния до потребителя, профиля земной поверхности, несущей способности трубы.
14
Расчет гидравлического режима магистрального трубопровода. Уравнение Бернулли
В уравнении Бернулли сумма в скобках в левой части называется полным напором.
Полный напор состоит из трех составляющих в конкретной точке (сечении) трубопровода: 1. Пьезометрический (избыточный) напор, связанный с действием силы давления):
H пьез p
g
2. Геометрический напор (геодезическая отметка), связанный с действием силы тяжести:
H геом z
3.Скоростной напор, связанный с изменением кинетической энергии движущейся жидкости (при изменении скорости, например, при изменении диаметра):
Hскор v2
2g
15
Расчет гидравлического режима магистрального трубопровода. Уравнение Дарси-Вейсбаха и гидравлический уклон i
16
Расчет гидравлического режима магистрального трубопровода. Определение коэффициента гидравлического сопротивления λ
|
|
– абсолютная шероховатость внутренней поверхности трубы (м). Значения |
|
d |
при расчётах: новые трубы – 0,05 мм; трубы после нескольких лет |
|
|
|
эксплуатации – 0,15 ÷ 0,25 мм; старые – 0,5 ÷ 1,0 мм. |
17 |
|
|
|
|
Удельный расход электроэнергии (кВт*ч/1000т*км), металловложения и стоимость магистральных нефтепроводов различного диаметра
|
Скорость перекачки |
|
|
|
|
Диаметр нефтепровода, мм |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нефти, м/с |
219 |
273 |
|
325 |
377 |
426 |
530 |
720 |
|
820 |
1020 |
1220 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
30,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
44,9 |
31,2 |
|
23,6 |
18,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
53,4 |
36,5 |
|
23,8 |
23,1 |
16,5 |
12,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
61,9 |
43,4 |
|
35,7 |
27,9 |
18,5 |
14,0 |
|
|
|
|
|
|
|
1,2 |
|
50,3 |
|
44,6 |
34,0 |
20,4 |
15,8 |
10,3 |
|
8,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3 |
|
|
|
|
41,5 |
23,4 |
18,1 |
11,8 |
|
10,4 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
23,6 |
20,5 |
13,3 |
|
11,5 |
9,5 |
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
23,6 |
14,8 |
|
12,8 |
10,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,6 |
|
|
|
|
|
|
27,4 |
16,4 |
|
13,9 |
11,4 |
10,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,7 |
|
|
|
|
|
|
|
18,4 |
|
15,2 |
12,2 |
10,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
|
|
|
|
20,4 |
|
16,6 |
13,3 |
11,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,9 |
|
|
|
|
|
|
|
22,8 |
|
18,3 |
14,4 |
11,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Металловложения |
31-37 |
46-52 |
|
55-64 |
64-82 |
85-102 |
95-105 |
150-165 |
174-192 |
268-298 |
396-430 |
|
|
|
(т/км) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стоимость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
строительства |
- |
- |
|
- |
- |
- |
350 |
500 |
|
650 |
1000 |
1250 |
|
|
(тыс. долл. за 1 км) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Пропускная способность, млн.т/год |
|
|
5-10 |
10-20 |
15-30 |
20-50 |
40-80 |
|||||||
Условный диаметр трубопровода, мм |
|
|
500 |
700 |
|
800 |
1000 |
1200 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
Насосы для перекачки нефти и нефтепродуктов
Насосы − гидравлические машины для перекачки жидкостей (устройства для принудительного перемещения жидкости) от сечения с меньшим значением напора (в линии всасывания) к сечению с большим значение напора (в линии нагнетания).
Насос нефтяной магистральный типа НМ – горизонтальный, одноступенчатый, с рабочим колесом двухстороннего входа и спиральным отводом жидкости от колеса.
Предназначен для перекачивания нефти и нефтепродуктов с температурой от -5°С до 80°С. Приводом служит электродвигатель, который соединен с насосом упругой муфтой
Насос нефтяной подпорный вертикальный типа НПВ – вертикальный, одноступенчатый, с рабочим колесом двустороннего входа.
Предназначен для перекачивания нефти к магистральным насосам и создания перед ними подпора, необходимого для обеспечения бескавитационной работы.
19
Центробежные нефтеперекачивающие агрегаты (ЦНА) для перекачки нефти и нефтепродуктов
ЦНА состоит из двух основных частей:
привода, вращающего вал насоса (мощный электродвигатель);
и центробежного насоса, внутри корпуса (статора) которого находится ротор (рабочее колесо).
С помощью этих лопаток ротора нефть перемещается из области низкого давления (линии всасывания) в область высокого давления (линию нагнетания).
Развиваемый насосом дифференциальный напор − это разность удельных механических энергий жидкости на выходе из насоса и на входе в него, т.е. создаваемое им увеличение давления, выраженное в метрах столба транспортируемой жидкости.
Брандемауэрная стенка
Насос |
Электродвигатель |
20 |