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

Задачник по трубопроводному транспорту нефти нефтепродуктов и газа

..pdf
Скачиваний:
108
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
10.83 Mб
Скачать

М.В. ЛУРЬЕ

ЗАДАЧНИК

ПО ТРУБОПРОВОДНОМУ ТРАНСПОРТУ НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГАЗА

Допущено Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности

“Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ" направления “Нефтегазовое дело"

Москва НЕДРА 2003

УДК 621.643(076) ББК 33.36

Л 86

Книга выпущена при содействии ОАО "АК "Транснефть"

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра трубопроводного транспорта (СамГТУ, Самара); д-р техн. наук, проф. О. С. Брюховецкий (МГГРА, Москва);

д-ртехн. наук, проф. В.М. Максимов (ИПНГ РАН, Москва); д-р техн. наук, проф. М.Х. Хайруллин (НЦ РАН, Казань)

Лурье М.В.

Л 86 Задачник по трубопроводному транспорту нефти, неф­ тепродуктов и газа: Учеб, пособие для вузов. - М.: ООО

"Недра-Бизнесцентр", 2003. - 349 с. ISBN 5-8365-0154-8

Настоящая книга представляет собой учебное пособие к курсам тру­ бопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа, читаемым сту­ дентам технических вузов. Собранные в книге задачи необходимы для закрепления теоретических знаний, полученных студентами на лекциях, а также для приобретения практических навыков решения конкретных задач, встречающихся при транспортировке нефти и газа по трубопрово­ дам. Все задачи сборника снабжены ответами, а во второй части книги даны их подробные решения. Практически все задачи сборника ориги­ нальны.

Книга предназначена в первую очередь студентам и преподавателям вузов и факультетов нефтяных специальностей, но будет также полезна инженерно-техническим работникам систем трубопроводного тран­ спорта.

ISBN 5-8365-0154-8

© М.В. Лурье, 2003

 

© Оформление. ООО

 

"Недра-Бизнесцентр",

 

2003

3

 

Содержание

 

Предисловие......................................................................................

4

1. ЗАДАЧИ С ОТВЕТАМИ...........................................................

5

1.1. Физические свойства нефтей и нефтепродуктов..............

5

1.2. Гидравлические режимы работы нефте-

 

и нефтепродуктопроводов....................................................

17

1.3. Трубопроводы с самотечными участками;

 

вставки, лупинги, отводы....................................................

26

1.4. Гидравлические характеристики работы насосов

 

и насосных станций...............................................................

37

1.5. Совместная работа нефтеперекачивающих станций

 

и трубопровода.......................................................................

48

1.6. Истечение жидкости из трубопровода

 

при его повреждении............................................................

55

1.7. Неустановившиеся режимы работы трубопроводов....

65

1.8. Последовательная перекачка нефтепродуктов...............

79

1.9. Перекачка высоковязких нефтей и нефтепродуктов

 

с подогревом............................................................................

92

1.10. Физические свойства природных газов........................

105

1.11. Стационарные режимы работы простых

 

газопроводов........................................................................

114

1.12. Стационарные режимы работы сложных

 

газопроводов........................................................................

124

1.13. Расчет режимов работы центробежных

 

нагнетателей газа...............................................................

133

1.14. Переходные процессы в газопроводах.

 

Специальные задачи.........................................................

143

2. РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ..................................................................

155

Рекомендуемая литература.

349

4

Предисловие

Задачник по трубопроводному транспорту нефти, неф­ тепродуктов и газа представляет собой учебное пособие для студентов технических вузов, а также факультетов и других учебных заведений нефтегазового профиля. Основное на­ значение книги состоит в том, чтобы дать изучающим тео­ рию трубопроводного транспорта возможность приложить полученные знания к решению практических задач, а также проверить, усвоен ли пройденный материал настолько, что может быть использован на практике, или нет. Кроме того, задачи, содержащиеся в книге, ценны и сами по себе, по­ скольку служат методическим пособием по решению реаль­ ных проблем трубопроводного транспорта.

Для студентов и преподавателей нефтегазовых вузов настоящая книга служит материалом для учебной работы на семинарских занятиях. Задачи сборника сформулированы так, что содержат все необходимые данные для своего ре­ шения. В качестве технического средства для выполнения расчетов предполагается научный калькулятор. Подробные решения, содержащиеся во второй части книги, призваны помочь учащимся проверить правильность найденного ре­ шения, или в тех случаях, когда решение задачи вызывает трудности, показать, как оно находится.

Автор благодарит Е.Б. Герцог за всестороннюю под­ держку.

Автор благодарит А.И. Владимирова, ректора РГУ неф­ ти и газа И.М. Губкина, и С.М. Вайнштока, президента ОАО "АК Транснефть", обеспечивших издание задачника.

Профессор М Л Л урьеъ

Май-декабрь, 2002 г., Москва

5

Часть 1. ЗАДАЧИ С ОТВЕТАМИ

1.1.ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

ИНЕФТЕПРОДУКТОВ

Справочный материал

Физические свойства нефтей и светлых нефтепродуктов, имеющие существенное значение для организации технологиче­ ского процесса их транспортировки по трубопроводам, характе­ ризуются плотностью р , а также динамической |1 и кинемати­ ческой V вязкостями.

Плотность жидкости. Плотность р представляет собой

массу жидкости в единице объема. Размерность плотности дается

формулой

М /Ь3

Единицей измерения плотности в

системе СИ

служит 1

кг/м3. Например, плотность бензинов

составляет

730 —760

кг/м3,

керосинов 780-830 кг/м3, дизельных топлив

840 —850 кг/м3, нефтей - 840 —960 кг/м3 При изменении давления и температуры плотность нефти

или нефтепродукта также изменяется, поэтому р есть функция

от давления р и температуры Т , так что р = р(р,Т). Для расче­ та плотности в зависимости от температуры используется форму­

ла

 

р(Т) = р20 [1 + ^(20 - Т)].

(1)

в которой £ ( l/ 0 С ) - коэффициент объемного расширения; Т — температура ( °С), а р20 - плотность жидкости при нормальных условиях (Т = 20°С, р0 = paTNl = 0,1013 МПа.) Для нефти и нефтепродуктов значения коэффициента £ представлены в таб­ лице 1. Из формулы (1) следует, что в тех случаях, когда Т > 20° С , р < р20, а в тех случаях, когда Т < 20° С , р > р20.

7

Вязкие свойства жидкостей. Для характеристик свойств нефти и нефтепродуктов учитываются касательные напряжения X, возникающие на площадках d a , разделяющих слои жидко­ сти, движущиеся с различными скоростями и(у), рис. 1.1.

Рис. 1.1. К определению закона вязкого трения

Если для характеристик свойств нефти или нефтепродукта ис­ пользуется модель вязкой ньютоновской жидкости, то каса­ тельное напряжение X полагается пропорциональным разности скоростей этих слоев, рассчитанной на единицу расстояния меж­ ду ними:

du

т = р - г - (4) dy

Касательное напряжение Т определяется как сила трения между слоями жидкости, разделенными выбранной площадкой, отнесенная к площади этой площадки:

г ,

сила

M

L/Т 2

М

 

площадь

~

т2

т —.2 '

 

 

 

L

L • Т

Единицей измерения X в системе СИ является Паскаль (Па) или

кг/(м с2).

Коэффициент |Х пропорциональности в законе (4) вязкого трения называется коэффициентом динамической вязкости.

Размерность этого коэффициента такова:

8

[М- ] = [х]-Т = М

L T

Единицей измерения р, в системе СИ является Пуаз, при этом

1 Пз = 1/10-кг/(м с). В частности, коэффициент динамичес­

кой вязкости воды равен 0,01 Пз = 0,001

к г /(м с ) или 1 санти-

Пуаз.

вязкости жидкости

Коэффициент V кинематической

определяется как отношение |i / p :

 

Iх] _ M /(L-T) _ L2

[V ]

T '

p j ~ M/L3

Единицей измерения V в системе СИ является Стокс, при этом 1 Ст = 10‘4 м2/с. В частности, коэффициент кинематической вязко­ сти воды равен 0,01 Ст = 10'6 м2/с = 1 санти Стокс (сСт). Кинема­ тическая вязкость бензина составляет примерно 0,6 сСт; дизель­ ного топлива - 4 —9 сСт; маловязкой нефти - 10 —15 сСт и т.д. Вязкость нефти и почти всех нефтепродуктов зависит от темпе­ ратуры. При повышении температуры вязкость уменьшается, при понижении - увеличивается.

Объемный расход Q ламинарного течения вязкой несжи­ маемой жидкости в горизонтальной трубе кругового сечения с радиусом г0 под действием разности давлений Ар определяется формулой Гагена-Пуазейля:

7С• 1о Ар

(5)

8|iL

в которой L - длина трубы. Расход аналогичного течения в верти­ кальной трубе, происходящего под действием силы тяжести, оп­ ределяется формулой

 

9

 

71-Гр pg _ 7Г-Ip g

(6)

Q =

8 v

S\i

где g - ускорение силы тяжести ( g = 9,81 м/с2).

Если шар с диаметром d0 весьма медленно движется в вяз­

кой несжимаемой жидкости со скоростью v, то со стороны жид­ кости на него действует сила F , называемая стоксовским сопро­ тивлением:

F = 37C-|lvd0.

(7)

В ряде случаев для характеристики свойств высоковязкой нефти или нефтепродукта используют модели неньютоновских жидкостей. Примером модели неньютоновской жидкости явля­ ется модель степенной жидкости Освальда. Для этой модели справедливо соотношение

Т= к-

(8)

где коэффициент к называется консистентностью, а п — показа­ телем. Если n < 1, жидкость называют псевдопластичной, если n > 1 - дилатантной [3,8].

Рис. 1.2. Кривые течения степенной жидкости:

1- псевдопластичной; 2 - дилатантной

10

Кривые течения, то есть зависимости касательного напряжения т трения от du/dy (1/с), называемой скоростью сдвига, изобра­ жены на рис. 1.2.

Объемный расход Q ламинарного течения степенной жид­ кости в горизонтальной трубе кругового сечения с радиусом г0 под действием разности давлений Др определяется формулой:

7ПЪ3П ^ibAp/L X

Q = Зп + 1 V 2k > (9)

Расход аналогичного течения в вертикальной трубе, происходя­ щего под действием силы тяжести, определяется формулой

71Г03П

( V p g 'i п

ТПЬ П

U

lo-g

Y

Зп + 1

2k

J

Зп + 1

-

k / pJ)

Другой моделью неньютоновской жидкости, используемой для характеристики свойств высоковязких нефтей, служит мо­ дель вязко-пластичной жидкости с предельным напряжением сдвига или модель жидкости Шведова - Бингама. Для нее спра­ ведливы следующие соотношения:

du

Т = Т0 + (I— , если Т > Т0 ; dy

du

, .

(11)

= 0, если |т| < Т0 ;

du

Т = - т 0 + (I— , если Т < —Т0 . dy

Эти соотношения означают, что до тех пор, пока модуль каса­ тельного напряжения т не превысит некоторой предельной ве­ личины Т0 , являющейся характеристикой данной среды и назы­ ваемой предельным напряжением сдвига, течение такой среды не

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]