Теория / Транспортировка нефти
.pdfОсновные понятия в области транспорта и хранения углеводородов. Давление и напор
Давление физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности
Единица измерения давления в системе СИ Паскаль
Жидкости и газы одинаково передают давление по всем направлениям (закон Паскаля).
|
ДЛЯ ЖИДКОСТИ: |
|
|
ДЛЯ ГАЗА: |
|||
Нормальное давление: |
1 |
бар = 100 000 Па |
|
1 кгс/см2 = |
9,80665 |
Па |
|
101 |
325 Па = 0,101325 МПа |
1 |
техн. атм. = 98 066,5 Па |
|
(1 техн.атм) |
0,98067 |
бар |
760 |
мм рт. ст. |
1 |
мм рт.ст. = 133 Па |
|
|
736,6 мм рт. ст. |
|
|
|
1 |
мм вод.ст. = 9 807 Па |
|
|
100 000 |
мм вод. ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р = g h
Падение давления в горизонтальной трубе
31
Основные понятия в области транспорта и хранения углеводородов. Расход жидкости. Закон сохранения массового расхода
Массовый расход − масса жидкости, проходящая через данное сечение трубопровода в единицу времени (кг/с).
Объемный расход − объём жидкости, проходящий через данное сечение трубопровода в единицу времени (м3/с).
Средняя скорость потока жидкости в трубопроводе − отношение объемного расхода жидкости к площади поперечного сечения трубопровода (м/с).
Закон сохранения массового расхода жидкости в трубопроводе
G ρ υ S const |
ρ1 υ1 S1 ρ2 υ2 S2 |
G Qm mt
Q Vt
υ Q Q π d2
S 4
32
Учет количества транспортируемой жидкости. Расходомеры
СЕГОДНЯ |
РАНЕЕ |
электромагнитный
расходомер
ультразвуковой
расходомер
объемный расходомер винтовой
объемный расходомер с овальными шестернями
33
Гидравлический расчет нефтепровода
В случае перекачки по трубопроводу переменного диаметра, соотношение скоростей потока на участках с различными диаметрами можно определяется исходя из закона сохранения массового расхода, считая плотность постоянной:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
υ2 |
|
|
|
|
|
d1 |
|
|
|
υ S υ |
|
S |
|
тогда |
υ2 |
|
S1 |
или |
|
π d1 |
|
4 |
|
|
|
|
||
1 1 |
2 |
|
2 |
|
υ1 |
|
S2 |
|
υ1 |
|
4 π d |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
d2 |
|
|
34
Режимы течения жидкости в трубопроводе. Опыты Рейнольдса
В 1883 году английский инженер и физик Осборн Рейнольдс (1842 - 1912) экспериментально установил критическое значение безразмерного параметра, характеризующее переход от ламинарного движения к турбулентному (Re = 2300) Число Рейнольдса зависит от плотности, вязкости жидкости, скорости ее течения и диаметра трубопровода.
Физический смысл числа Рейнольдса:
1. Отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости.
2. Отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине.
35
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
36
Режимы течения жидкости в трубопроводе.
Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение жидкости
Re |
υ d ρ |
Re |
υ d |
|
μ |
|
|||
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).
37
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
38
Расчет гидравлического режима магистрального трубопровода. Уравнение Бернулли
Основное уравнение гидравлики – уравнение Бернулли.
Физический смысл: закон сохранения механической энергии для движущейся в трубе жидкости
|
|
|
2 |
|
|
P2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
P1 v1 |
|
|
|
v2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
z |
h1 2 |
h τ hм |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
z1 |
|
ρ g |
2g |
2 |
|||||
|
ρ g 2g |
|
|
|
|
|
|
|
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.
39
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):
H скор v2
2g
40