Задачник по трубопроводному транспорту нефти нефтепродуктов и газа

51

При расчете потерь напора на участках трубопровода необ­ ходимо учитывать возможность существования на этих участках перевальных точек и самотечных сегментов.

ЗАДАЧИ

71. Два последовательно соединенных насоса НМ 1250260, (Q - Н) - характеристики которых имеют вид:

Н = 331-0,451-10^ Q 2,

( Н - в м, Q - в м /ч), осуществляют перекачку дизельного топлива (р = 830 кг/м3, v = 9 сСт) по участку трубопровода

известно, что самотечных участков в трубопроводе нет. Ответ. 1071 м3/ч, 4,79 МПа.

72. В практически горизонтальном нефтепродуктопроводе ( D = 325 х 7 мм, L = 140 км, А = ОД мм) ведется перекачка дизельного топлива ( р = 840 кг/м , V = 5 сСт). Пере­ качка осуществляется двумя одинаковыми насосами, соеди­ ненными последовательно. Характеристика каждого насоса имеет вид: Н = 365-0,797• ИГ3 Q2 ( Н - в м, Q - в м3/ч). Как и насколько изменится расход перекачки, если один из насосов отключить? Принять h n = h K.

ствляется двумя центробежными насосами НМ 3600-230, 4*

52

соединенными последовательно. Характеристика каждого насоса имеет вид: Н = 285 - 0,644 • 10'5 • Q 2 ( Н - в м, Q - в

м /ч). Определить пропускную способность участка, если известно, что в трубопроводе самотечных участков нет.

Q в м3/ч), соединенные параллельно. Какую пропускную способность обеспечивает такой участок, если известно, что подпор станции равен 40 м, а давление в конце участка со­ ставляет 0,22 МПа?

Ответ. 691,5 м3/ч.

<5

75. Перекачка сырой нефти (р = 870 кг/м , v = 25 сСт)

ведется двумя насосами: НМ 2500-230 с характеристикой Н = 251 - 0,812 • 10‘5 • Q 2 и НМ 3600-230 с характеристикой

Н = 273 - 0,125 • 10-4 • Q 2, рассчитанными на подачу 1800

м /ч и соединенными последовательно. Известно, что гид­ равлическая характеристика обвязки нефтеперекачивающей

станции имеет вид Н = 0,15-10-4 • Q 2 (здесь и выше Н - в

о

м, Q - в м /ч). Определить расход перекачки, если известно, что участок нефтепровода (D = 820x10 мм, L = 150 км, zH=80 м, zK=120 м, hn = 70 м, hK= 40 м) носит относи­

тельно равнинный характер и на нем отсутствуют самотеч­ ные участки. Кроме того, известно, что потери напора на местных сопротивлениях составляют в данном участке = 2% от потерь напора на трение.

Ответ. 2246 м3/ч.

(х - координата сечения; z - высотная отметка). Перекачка керосина (р = 820 кг/м3, v = 3,0 сСт, рупр = 15 кПа) осуще­

Н - в м, Q - в м /ч. Найти расход перекачки, если известно,

что подпор hn перед насосной станцией равен 40 м, а напор

hKв конце участка трубопровода - 30 м.

Ответ. 864 м3/ч.

77. Перекачка авиационного керосина ( v = 3 сСт) осу­ ществляется в практически горизонтальном трубопроводе (D = 325x7 мм, А = 0,15 мм, L = 114 км) двумя центро­

бежными насосами НМ 360-460, соединенными последова­ тельно. Характеристика каждого насоса представляется

hK= 20 м в конце трубопровода. Определить, какой протя­ женностью должен обладать лупинг с диаметром, равным диаметру основной магистрали, чтобы пропускная способ­ ность трубопровода увеличилась на 20 %.

Ответ. 61,98 км.

78. По участку трубопровода (D = 530x8 мм, А = 0,15 мм, L = 114 км, zH= 20 м, zK= 60 м) перекачивают бензин ( v = 0,6 сСт), причем перекачка ведется двумя одинаковы­ ми соединенными последовательно насосами НМ 1250-260, с характеристиками Н = 331 - 0,451 • 10-4 • Q 2 каждого (Н - в м; Q - в м3/ч). К трубопроводу требуется подключить нефте­

54

базу, находящуюся в 6 км от магистрали (координата х0 точки подключения отвода равно 80 км, высотная отметка конца отвода Z k0 = 10 м). Какой диаметр должен иметь от­

вод (L 0 = 6 км, А = 0,15 мм, 6 = 6 мм) к нефтебазе, чтобы

о

обеспечить расход сброса не менее 120 м /ч? Принять, что подпор hn станции и остаточные напоры hK, Ьк0 в конце трубопровода и отвода одинаковы и равны по 30 м.

Ответ. D = 273 х 6 мм.

79. Нефтепровод ( L = 250 км, D = 720 х 10 мм, А = 0,2 мм, zH= 130 м, hn = 60 м, z K= 100 м, hK= 30 м) состоит из

двух последовательно соединенных участков: 100 и 150 км, соответственно. По нефтепроводу перекачивают сырую нефть ( v = 25 сСт). На головной НПС работают два после­ довательно соединенные насоса НМ 2500-230 с характери­ стиками

Н = 251-0,812- 10“s Q 2

(Н в м, Q - в м /ч), а на промежуточной нефтеперекачи­ вающей станции (z c =200м ) - два последовательно соеди­ ненные насоса НМ 3600-230 с характеристиками

Н = 273 -0,125 -10" Q 2

При этом кавитационный запас насосов составляет 40 м. Определить пропускную способность трубопровода и под­ пор промежуточной нефтеперекачивающей станции, если известно, что перевальные точки в нефтепроводе отсутст­ вуют.

Ответ. 2066 м3/ч; 49,9 м.

80. Нефтепровод с протяженностью 450 км состоит из трех линейных участков, данные о которых представлены в таблице, приведенной ниже. Подпор h n головной нефтепе­

рекачивающей станции равен 50 м, а напор h K в конце тру­ бопровода - 30 м.

В начале каждого линейного участка находится нефте­ перекачивающая станция с двумя одинаковыми последова­ тельно соединенными насосами, характеристики которых

поры промежуточных нефтеперекачивающих станций.

Ответ. 1832 м3/ч, 52,7 и 48,0 м.

1.6. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА ПРИ ЕГО ПОВРЕЖДЕНИИ

Справочный материал

Истечение жидкости через отверстие в трубопроводе. При нарушении герметичности резервуаров и трубопроводов истече­ ние жидкости из отверстий в их стенках происходит, как прави­ ло, при переменном напоре.

Для преодоления жидкостью отверстия требуется некоторая разность давлений (рвнут. Рвнсш.) внутри трубопровода и вне него или в терминах напоров разность напоров ДН = (рвнут. - Рвнеш.)/Р ' g • Если при этом размеры отверстия мно-

56

го меньше ДН, то говорят о “малом " отверстии. Расход q жид­ кости через отверстие выражается формулой

q = |I -s->/2g -ДН , (53)

в которой s - площадь отверстия, а |I - так называемый коэффи­

циент расхода. Для отверстий в тонких стенках обычно прини­ мают |Д = 0,62. Таким образом, для малых отверстий особенно­ сти его формы не играют существенной роли, а важна лишь пло­

давление в том сечении трубопровода, в котором находится от­ верстие, а если истечение происходит в остановленном трубо­ проводе (самотеком), то возможны три случая [4].

Первый случай. Площадь s отверстия настолько мала, что вытекающая жидкость не создает в трубе сколько-нибудь замет­ ного движения и жидкость в трубе можно считать покоящейся. Тогда для распределения давления в трубопроводе справедлива гидростатическая формула

Р«*,. = Р ,+Р 8 (z - z .) .

где 1 — высотная отметка зеркала жидкости в трубопроводе, а

ж%— высотная отметка сечения, в котором расположено сквозное отверстие. Если при этом внешнее давление считать равным ат-

Риярт, Рммш. pg (* ^*) P«k'

Здесь pk = p w - р у — вакуумметрическое давление в полости,

насыщенной парами перекачиваемой жидкости. В терминах на­ поров последнее уравнение имеет вид:

то есть разность ДН напоров, заставляющая вытекать жидкость через отверстие в стенке трубопровода, равна высоте “давящего” столба жидкости над отверстием за вычетом вакуумметрической высоты, создаваемой разряжением, образующимся в парогазовой полости трубы над зеркалом опускающейся жидкости. С учетом (54) формула (53) приобретает вид:

По мере вытекания жидкости высота z зеркала жидкости изменяется, так что z есть функция времени t. Помимо

этого, нужно учитывать, что длина столба опускающейся жидко­ сти может уменьшаться как непрерывно, так и скачками - из нее могут исключаться целые участки трубопровода, имеющие U — образную форму. Это случается всякий раз, когда зеркало жидкости сравнивается по высоте с лежащей по ходу движения местной вершиной профиля.

Если жидкость вытекает через малое отверстие из сосуда, площадь S(z) зеркала в котором известна в виде функции от его вертикальной отметки z, то время t,_2 снижения уровня жидко­ сти от отметки z, до отметки z2 (z, < z2 < z,) представляется формулой:

(56)

В частном случае, если сосуд, о котором идет речь, есть прямоли­ нейный участок трубопровода: S(z) = S0 = const., то

58

\Lsj2g

Второй случай. Площадь s отверстия в стенке трубы на­ столько велика, что можно пренебречь разностью напоров АН внутри и вне трубы в этом сечении. В этом случае предположе­ ние о гидростатическом распределении давления в трубопроводе неверно; в нем возникает интенсивное течение жидкости к месту аварии, так что значительная часть движущего напора теряется на преодоление сил внутреннего трения (гидравлические потери напора на трение). Поэтому для отверстий больших размеров разность АН напоров, входящая в формулу (53), не выражает­ ся формулой (54) через высотные отметки сечений трубопровода.

Для расчетов используют систему уравнений

Здесь x ,(t) — координата зеркала опускающейся жидкости в ле­ вой ветви трубопровода; x 2(t)— в его правой ветви; S0 =7td2/4 — площадь сечения трубопровода.

Для каждого момента времени t из первого уравнения на­ ходят скорость v, движения жидкости в левой ветви трубопро­ вода, из второго - скорость v 2 движения жидкости в правой вет­

59

ви трубопровода, а затем на основании третьего и четвертого уравнений сначала вычисляют изменения координат х, и х2:

dx, = v,dt и dx2 = - v 2dt,

и затем новые координаты х, (t + dt) и х 2 (t + d t):

x,(t + dt) = x,(t) + у, - dt, x2(t + dt) = x2( t ) - v 2 - dt.

Новые координаты зеркала жидкости в трубе позволяют найти соответствующие им высотные отметки z, и z2, и с помощью

уравнений (58) повторить весь расчет заново. При этом нужно учитывать также и скачкообразные изменения координат х, и х2 при отключении ^ —образных участков трубопровода, о

которых говорилось в предыдущем случае.

Третий (общий) случай. Отверстие в стенке трубопровода таково, что необходимо учитывать потери напора при течении жидкости слева и справа к аварийному сечению, однако разно­ стью напоров АН внутри и вне трубы в этом сечении пренебре­ гать также нельзя.

Течение слева от отверстия описывается уравнением:

а расход q истечения жидкости через отверстие связан с разно­ стью АН напоров формулой (53):

q= |l-s-V2g*AH.

Вэтом случае процесс истечения из отверстия описывается следующей системой уравнений:

(59)

■(p* Ратм.)

(v, - v 2) S0 = | i s

При известных значениях x ,,x2,x„ и z,,z2,z* первые три урав­ нения системы (59) позволяют рассчитать три неизвестные вели­ чины: v,,v2 и р„. Два последние уравнения дают возможность найти смещение границ х, и х2 жидкости в трубопроводе, после чего процесс расчета повторяется.

Остаточный объем жидкости в трубопроводе. В процессе эксплуатации трубопровода существуют технологические опера­ ции, когда жидкость, заполнявшая внутреннюю полость трубо­ провода, сливается в резервуары через один из концов участка. При этом столб жидкости разрывается, и в трубопроводе образу­ ются пустоты ( х 2,х3), (х 4,х5) и т.д., заполненные парами транспортируемой жидкости, рис. 1.11. Расположение и объем таких пустот определяются профилем трубопровода.

Линия гидравлического уклона в рассматриваемом случае состоит из отрезков [х ,,х 2], [х 3,х4] и т.д. горизонтальных пря­ мых над полностью заполненными сегментами трубопровода и отрезков наклонных прямых, параллельных профилю трубопро­ вода, там, где в трубопроводе образовались пустоты.