СБОРНИК ЗАДАН ПО СБОРУ И ПОДГОТОВКЕ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ НА ПРОМЫСЛАХ
.pdfгде Др, АН — перепады давления (Па) и напора (м), обусловлен ные трением; ру и Ни р2 и Н2— давления (Па) и напор (м)в се чениях 1 и 2 соответственно; L, D — длина и диаметр трубопрово да, м; v — средняя скорость жидкости, м/с; g — ускорение свобод ного падения, м/с2; р — плотность жидкости, кг/м3; X— коэффи циент гидравлического сопротивления, зависящей от режима и от шероховатости стенок труб.
Д л я л а м и н а р н о г о |
р е ж и м а |
при Re<2320 коэффици |
||||||||||
ент гидравлического сопротивления определяют по формуле |
||||||||||||
X= |
64/Re, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.4) |
|
Re = — = — . |
|
|
|
|
|
|
|
(3.5) |
||||
Подставляя в |
(3.3) вместо X его значение из (3.4), получим формулу |
|||||||||||
Пуазейля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АН = 128LvG |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.6) |
|||
|
xDV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Д л я т у р б у л е н т н о г о р е ж и м а д в и ж е н и я |
при Re>2320 |
|||||||||||
коэффициент .^гидравлического сопротивления X определяют |
||||||||||||
в зоне гладкого трения — по формуле Блазиуса |
|
|
||||||||||
X= |
0,3164/Re0-2^ |
|
|
|
|
Re > 560D/k3, — по |
(3,7) |
|||||
в зоне |
смешанного |
трения, |
когда |
формуле |
||||||||
Альтшуля |
[24] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
X= |
0,11 |
'68 . 2*э\0.25 |
|
|
|
|
|
(3-8) |
||||
Re |
D |
I |
|
|
|
|
|
|
||||
в зоне шероховатого трения — по формуле Шифринсона |
|
|||||||||||
|
|
/2/г,\0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
(3.9) |
||
Х= 0,11(-^) |
• |
|
|
|
|
|
|
|
||||
где k3—эквивалентная |
шероховатость |
стенок труб [24]. |
|
|||||||||
Сравнительно |
часто |
формулу |
(3.3) |
записывают |
в следующем |
|||||||
виде, подставляя вместо скорости v расход Gi |
|
|
||||||||||
АН = —0 L = |
ALG2= |
FG\ |
|
|
|
|
|
(3.10) |
||||
|
К2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где G— расход, |
м3/с; 5 — площадь поперечного сечения, |
м2; К — |
||||||||||
расходная характеристика (модуль расхода), м3/с |
|
|
||||||||||
K = V£1г2£>5/(8Х); |
|
|
|
|
|
|
|
(3.11) |
||||
А —удель^Ье |
сопротивление |
трубопровода, |
с2/м6: |
|
|
|||||||
А = |
8 Х |
___ 1_. |
|
|
|
|
|
|
|
(3.12) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
F —сопротивление трубопровода |
(полное), |
с2/м5; |
|
|
||||||||
|
|
|
8М |
к? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g^z?5 = |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Git м3/с |
|
|
V i t м/о |
|
Re, |
|
Н |
м |
нг, м |
||
|
0,001 |
|
|
0,13 |
|
|
620 |
0,123 |
3,19 |
33,19 |
|
|
0.003 |
|
|
0,39 |
|
1555 |
0,041 |
9,53 |
39,53 |
||
|
0,006 |
|
|
0.77 |
|
3080 |
0,042 |
38,50 |
68,50 |
||
|
0.008 |
|
|
1,03 |
|
4120 |
0,039 |
63,51 |
93,51 |
||
|
0,012 |
|
|
1,65 |
|
6200 |
0,036 |
132,1 |
162,1 |
||
Потери |
напора на трение |
|
|
|
|
|
|||||
|
Hi = 0,123 |
0.132 |
|
= 3,19 м. |
|
|
|
||||
|
2 |
• 9,81 |
|
|
|
||||||
С учетом рельефа местности потеря на |
|
|
|
||||||||
пора составляет |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Я2 = 3,19+ 30 = 33,19 м. |
|
|
|
|
||||||
Результаты расчетов сведены в табл. |
|
|
|
||||||||
3.1 |
(рис. 3.1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Согласно условию задачи при на |
|
|
|
|||||||
поре 85 м расход нефти получился |
|
|
|
||||||||
равным 7,0 и 9,5 л/с. |
|
дожимной на |
|
|
|
||||||
|
З а д а ч а |
|
3.2. На |
|
|
|
|||||
сосной станции (ДНС) в сепараторе |
|
|
|
||||||||
первой |
ступени поддерживают давле |
|
|
|
|||||||
ние 0,6 МПа. Длина сборного коллек |
|
|
|
||||||||
тора, идущего от «Спутника» до ДНС, |
|
|
|
||||||||
1 = 10 |
км |
и |
(внутренний) |
диаметр |
Рис. 3.1. |
Зависимости потерь |
|||||
его D = 0,3 м. |
Сборный |
коллектор го |
напора от расхода жидкости |
||||||||
ризонтален. |
|
Объем |
перекачиваемой |
|
|
|
|||||
нефти |
G = 3800 т/сут, |
ее |
плотность |
|
|
|
|||||
Р |
0,8 |
т/м\ |
кинематическая |
вязкость v=100 мм2/с. Определить |
|||||||
необходимый начальный напор Нв или начальное давление рн- |
|||||||||||
|
Р е ш е н и е . Вначале определяют скорость нефти |
|
|||||||||
|
V = <L - |
|
40 |
|
|
|
3800 - 4_________ |
|
|
||
|
|
s |
86400тс£>2р |
|
86 400 |
• 3.14 • 0,3 2 • 0 ,8 ~ U ,/D |
М /С’ |
|
|||
затем критерий Re
Re = vDh = 760 • 300/100 = 2280.
Так как Re < 2320, режим ламинарный. Коэффициент гидравличе ского сопротивления определяют по (3.4)
\ = 64/Re = 64/2280 = 0,028.
Гидравлические потери давления находят по (3.2)
Лп |
1 L v2 |
г. |
л поя 10 000о,7б2 |
Др |
ХF T |
Р - |
°>028 “ ад— Т~ 800 = 217000 Па = 0,217 МПа. |
С учетом рельефа местности |
|
|
|
||
др2= 9,32 + Дгрg = 9,32 + 20.800 • 9,81 |
10~6 ss 9,48 МПа. |
||||
Для других диаметров все расчеты сведены в табл. 3.2 (рис. 3.2). |
|||||
Таблица 3.2. |
Результаты расчетов перепадов давлений |
|
|||
Dit м |
V i t м/о |
Re/ |
h |
Ар/, МПа |
Aр2/, МПа |
0,05 |
2,93 |
7325 |
0,034 |
9,32 |
9,48 |
0,06 |
2,05 |
6150 |
0,036 |
4,32 |
4,48 |
0,10 |
0,74 |
3700 |
0,041 |
0,36 |
0,52 |
0,12 |
0,47 |
2820 |
0,043 |
0,13 |
0,29 |
0,15 |
0,34 |
2550 |
0,046 |
0,056 |
0,22 |
На рис. |
3.2 точке |
Др = 3 |
МПа соответствует искомый |
диаметр |
|
D = 65 мм. |
|
|
|
|
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СЛОЖНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Сложным называется трубопровод, который имеет участки с различными диаметрами и отводы по Длине.
Различают четыре категории сложных трубопроводов: I — кол лектор постоянного диаметра с распределенным по длине отбором
Ст Л, |
Р, л г Рг л.тft Да Рч ЛпЛ<Лп °п е |
||
h |
h |
\ г,: |
\ 1/г^ |
|
Л, |
Чг Уз |
Ячц Яп-i Я» |
|
|
|
рл |
Рис, 3.4. Сборный коллектор перемен ного диаметра с распределенным по ступлением продукции
Рис. 3.5. Коллектор с параллельным участком
продукции (рис. 3.3); II — сборный коллектор переменного диамет ра с распределенным поступлением продукции (рис. 3.4); III — коллектор с параллельным участком трубопровода (рис. 3.5, 3.6); IV — замкнутый коллектор (рис. 3.7).
Рис. 3.6. Замкнутый коллектор:
в —схема трубопровода; б — графическое решение задачи сложного трубопровода
При расчете таких трубопроводов обычно пользуются формулой Л. С.Лейбензона
Q2—тмш |
|
Ap = P l— Р2= Р р5—m PL» |
(3.15) |
где |
2—т |
(3.16) |
|
||
|
"-т(4) |
|
|
|
Л = 64, т = 1 — для ламинарного течения жидкости; Л = 0,3164, т=0,25 — для турбулентного течения жидкости; А =0,11 (2АЭ/^ )0,25* т = 0 — для квадратичного закона трения.
Рис. 5.7. Схема сложного кольцевого 'водовода
Рассмотрим решение задач для каждой категории трубопрово дов при условии установившегося изотермического течения.
Гидравлический расчет для системы трубопроводов категории I (см. рис. 3.3)
Уравнение материального баланса
G = GT + Gn — GT + |
(3.17) |
|
1=1 |
Поскольку диаметр раздаточного коллектора одинаков на всем протяжении, а расходы жидкости на различных участках разные, то и режимы течения на каждом участке 1и 12, ..., 1п также будут разными. Перепад [давления на первом участке согласно (3.15) будет
р — р\ = Pi |
(О т + О п ) 2~ т Л |
/1 |
0 5 - т |
(3.18) |
на втором участке
- _ о (°т+О п-4.)2- тЛ / 2
P i - P = h ------------ |
5g= s------------ |
, |
на п-м участке |
|
|
|
|
[°т + °п~(?1 + ?2 + |
+ 4п-х)\*-п"‘т*1 |
(3.20) |
||
Р п - 1 — Р п — р п |
D5' |
|
|
|
|
|
|
|
|
Общий перепад на всей длине коллектора |
|
|
|
|
т„ Гп—1 / |
л—1 \2—т |
Л |
|
|
р —p« = 5 5 = s [S i (GT + |
Gn"_ tS |
/i+'l3‘+iJ, |
©-si) |
|
где q0= 0.
Для каждого участка трубопровода определяют режим движе ния жидкости и по (3.16) рассчитывают р, которые подставляют затем в формулы для этих же участков и определяют на них пере пады давления. Для получения общего перепада на всей длине коллектора перепады на отдельных участках складывают.
З а д а ч а 3.4. В начало сборного коллектора длиной L= 10 км,
диаметром D = 0,2 м подают |
товарную нефть |
в количестве |
G= |
= GT+G n=180 т/ч, вязкостью |
р = 20 мПа-с и |
р= 800 кг/м3. |
Из |
сборного коллектора нефть отбирают в трех точках соответственно с <7i= 20 т/ч, <72=50 т/ч и q3= 100 т/ч. Расстояния от начала коллек тора и до точек отбора нефти следующие: Zi= 4000 м, Z2=200 м, 13=3000 м. Определить общий перепад давления, если начальное давление равно 1,6 МПа. Сборный коллектор проложен горизон тально и местных сопротивлений не имеет.
Р е ш е н и е . |
Вначале |
определяют скорость нефти до первой |
||||
точки отбора <7i |
|
|
|
|
||
t»i = 4 - |
= ------------------------------з- = 1,98 м/с. |
|||||
SP |
3600 3.14 • 0,22 |
800 • 10_3 |
|
|||
Режим движения |
на данном |
участке турбулентный, так как |
||||
Rei |
V\D |
°iD? = |
1 ,9 8 .0 ,2 • 800 |
15 750 >2320. |
||
V |
И- |
2010_3 |
||||
|
|
|||||
Поскольку режим движения на первом участке турбулентный, то перепад давления можно определить или по (3.18) или, как обыч но, по каждому участку в отдельности.
Коэффициент гидравлического сопротивления К определяют по (3.7) для каждого участка в отдельности
ч |
0,3164 |
0,3164 |
0,028. |
1 _ |
Re0'26 |
4____ |
|
|
|
/75750 |
|
Потери давления на первом участке определяют по (3.2).
Др, = 0 ,0 2 8 ^ 1 ^ 8 0 0 = 0,875 МПа.
Для определения потерь давления на втором участке вначале рас считывают скорость нефти
V2 = |
(180 — 20) . 4 |
=; 1,76 М/С. |
|
3 6 0 0 .3 ,1 4 • 0,22 . 800 . 1 0 ~ 3
Режим движения на данном участке турбулентный, так .как
Re2 = |
|
= 1,76-0,2 -800 = 14 200 2 |
W |
Р- |
20 • 10_3 |
Коэффициент гидравлического сопротивления
4
Х2 = 0,3164/ V 14200 = 0,0292. Потери давления на втором участке
Др2 = 0,0292 ^ Ц^-800 = 37300 Па = 0,037 МПа.
Аналогично скорость нефти на третьем участке
1>3 < |
0 — (<7i + |
Ч2) |
[180 — ( 2 0 + |
50)] 4 —5- |
= |
1,21 |
м/с. |
||
|
5р |
|
3600 • 3,14 - 0,22 - 800 - 10- 3 |
|
|
|
|||
Режим движения |
на данном |
участке турбулентный, так как |
|||||||
|
t>,Dp |
1,21 • 0,2^ 800_ |
— 9 5 6 0 > 232 0 > |
|
|
|
|||
Re»— 5 г - |
20 - 10-3 |
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент гидравлического |
сопротивления |
|
|
|
|||||
Хз |
0,3164 |
0.3164 = 0,0321. |
|
|
|
|
|||
|
Re0,25 |
95600,25 |
|
|
|
|
|
|
|
Потери давления |
на третьем |
участке |
|
|
|
|
|||
|
3000 | о<2 |
|
|
Па = 0,278 МПа. |
|
||||
Др3= 0,0321 -QJ |
800 = 278 000 |
|
|||||||
Скорость нефти на четвертом участке |
|
|
|
|
|||||
|
[0-(<?1 + |
<?2+<?з14 _ |
[180 -(20 + |
5 0 + 100)]4 |
р ц |
м/с> |
|||
4 |
*D2P |
|
3600 • 3,14 • 0.21 -0,8 |
“ |
’ |
" |
|||
Режим движения на |
данном |
участке |
|
|
|
|
|||
R e |
. - Рg ' . |
|
20 • 10-3 |
|
= 884 < 2320. |
|
|
|
|
Коэффициент гидравлического |
сопротивления |
|
|
|
|||||
Х4 = 64/Re = 64/884 = 0,072. |
|
|
|
|
|||||
Потери давления |
на четвертом |
участке |
|
|
|
||||
Л/>4 = 0,072 |
|
goo = 4879 Па. |
|
|
|
|
|||
Общий перепад давления получают при сложении пер»паД°в на отдельных участках
ЛР = *2 APi = 0,875 + 0,037 + 0,278 + 0,049 = 1,24 МГ1а- i=i
Уравнение материального баланса |
|
П |
(3.22) |
G = GT+ Оп — GT ^ 9<. |
|
i=l |
|
Данную задачу решают как задачу 3.4. Вначале находят ско рости нефти на отдельных участках, затем режимы движения и коэффициенты гидравлического сопротивления. После чего все известные величины подставляют в (3.2) и определяют потерю давления на трение на каждом участке в отдельности. Общий перепад в коллекторе находят сложением перепадов на отдельных участках.
З а д а ч а 3.5. В начало сборного коллектора длиной = 0,5 км, диаметром Hi = 0,1 м подается товарная нефть в количестве GT= = 20 т/ч, вязкостью р = 20 мПа • с и плотностью р=800 кг/м3. К кол лектору в разных точках подсоединены три трубопровода с пода чами ^1 = 20 т/ч, 92=50 т/ч и 9з= 100 т/ч, по которым в него посту пает такая же нефть. Диаметр коллектора в местах поступления нефти изменяется. Протяженности отдельных участков сборного коллектора следующие (км): h —2; Z3= 3,5; U=4. Определить общий перепад на всей длине коллектора при условии, если на каждом его участке режим движения нефти, характеризуемый критерием Рейнольдса равным 3500, будет одинаковый, и диаметры отдель ных участков.
Ответ . Др=4,85 МПа; D,=0,1 м; £>2=0,17 м; П3 = 0,348 м; Л4= 0,348 м.
Гидравлический расчет параллельных трубопроводов категории III (см. рис. 3.5)
Потеря напора на единицу Длины трубопровода называется гидравлическим уклоном
|
(3.23) |
и-Ии из обобщенной формулы |
Л. С. Лейбензона |
Q2—т\т |
(3.24) |
1 ** Р Q5—т - |
Если трубопровод имеет вставку другого диаметра Du то гидрав лический уклон в этой вставке определяют через гидравлический Уклон и диаметр основной трубы по формуле
(3.25)
Если у трубопровода есть параллельный участок диаметром D2, то его гидравлический уклон также определяют через гидравличе ский уклон и диаметр основного трубопровода
(3.26)
В данной формуле предполагается, что течения в основной и параллельной трубах одинаковы, т. е. т = const.
Если DI *=D2=D, тогда при ламинарном течении (/п=1)
i*2 = t'i = 0,5t; |
(3.27) |
при турбулентном течении, когда применим закон Блазиуса (т — 0,25),
*2 = 0,297i. (3.28)
Суммарный расход на сдвоенном участке равен расходу в кол лекторе
GT = G, + G2. |
(3.29) |
Из равенства потерь напора на участке АБ и воспользовавшись (3.15) и (3.16) можно записать для основного и параллельного трубо проводов
5—m
Отсюда
5—m
G2 = Gi
Подставив расход G2 в (3.29), получим
GT==Gi +Gi( ^ J m— Gi |
(3.30) |
Откуда найдем расход в трубопроводе Gi на участке АБ, выражен ный через расход GT до разветвления,
G, |
От |
(3.31) |
5—т* |
З а д а ч а 3.6. На нефтепроводе диаметром £>=500 мм, перека чивающем 70,0 т/ч нефти с плотностью р=820 кг/м3 и вязкостью v=0,40 см2/с, имеется сдвоенный участок из труб с внутренним диаметром £>2 = 300 мм и Dj = 500 мм одинаковой длины. Опреде лить расходы и гидравлический уклон на сдвоенном участке.