книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

Решение 1.Средняя скорость бензина в трубопроводе по формуле (5.8)

4-354

= 0,993 м /с .

3600-3,14-0,3552

2.Число Фруда по формуле (5.74а)

0,9932

0,283.

9,81-0,355

3.Рассчитываем число Этвеша Еб, безразмерную обратную вяз­ кость N r и функцию угла наклона нисходящего участка, на котором расположено первое по счету скопление, по формулам (5.76) - (5.78):

N , = ^ 9 ,8 1 -0 ,3 5 5 э -(7 5 0 -1 ,2 9 5 )/7 5 0 ]/0 ,61 • 1 O'6 = 1085105;

f ( а ) = |i/cos3,2° + 7sin3,2°j exp(l, 144 • sin 3,2°) = 1,172,

4.Число Фруда, при котором газовое скопление находится в не­ устойчивом равновесии в нисходящем участке трубопровода, по фор­ муле (5.75)

Frp = 0,082 ■420740,12 -10851050 06 • 1,1720’34 = 0,715 .

Так как неравенство (5.74) не выполняется, то, следовательно, из рассматриваемой вершины газовое скопление выносится не целиком, а за счет постепенного размыва - отрыва от их кормовой части газо­ вых пузырьков с последующим уносом вместе с жидкостью.

5.Для остальных вершин профиля расчет выполняется анало­ гично. Его результаты приведены в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Исходные данные и результаты расчетов по проверке возможности выноса паровоздушных скоплений в виде единой пробки

Как видно, из всех вершин профиля скопления выносятся их постепенным размывом потоком бензина.

179

6. Характерные числа Фруда по формулам (5.81) Fr, = 2615-42074-U2 - (sin 3,2° )° 34 =0,00627 ;

Fr2 = 3,106-42074*°’25 = 0,217;

l,05Fr2 =1,05-0,217 = 0,0228.

7. Так как Fr, > l,05F r,, то среднее газовое число для вершин по формулам (5.80)

Р, = 0 ,2 1 7 (0 ,2 8 3 -0 ,2 1 7)°’25 • (sin3,2°)°’35 = 0,0386.

А налогично находим [32 =0,0237; р3 =0,0262; р4 =0,0246; Р5 =0,0394 .

8. Площадь сечения нефтепродуктопровода и объемы участков между соседними вершинами:

F = 3,14 • 0,3552 = 0,0989 м ;

VTl_2 = 0,0989 -(3500 + 1500) = 494,5 м3;

Vt2_3 = 0,0989 • (1200 +1400) = 257,1 м3;

Vt3_4 = 0,0989 -(1300 + 1600) = 286,8 м3;

VT4_5 = 0,0989 • (2000 + 2100) = 405,5 м3;

VT5_K = 0,0989 • 1400 = 138,5 м 3

9.Продолжительность полной очистки от газовой фазы участка между вершинами № 1 и № 2 по формуле (5.85)

Ю.Объемы скоплений, которые останутся в вершинах профиля

кмоменту окончания очистки объема VTl_2 по формулам (5.86)

v£ = 1> 7 + (0,0386 - 0,0237) • 354 ■2,14 = 13,0 м3;

V<!> = 9,3 + (0,0237 - 0,0262)-354-2,14 = 7,41 м3 ;

180

Отрицательная величина объема скопления Vc^5 говорит о том, что газовое скопление в вершине № 5 перестало существовать, так как унос пузырьков газа преобладает над их поступлением из пред­ шествующих вершин.

11.Продолжительность полной очистки от газовой фазы участка между вершинами № 2 и № 3 по формуле (5.85)

12.Объемы скоплений, которые останутся в вершинах профиля

кмоменту окончания очистки объема Vt2_3

=7,41 + (0,0237 - 0,0262) • 354 • 2,28 = 5,39 м3;

Vju = 13,8 + (0,0262 - 0,0246) • 354 • 2,28 = 15,09 м!

13.Продолжительность полной очистки от газовой фазы участка между вершинами № 3 и № 4 по формуле (5.85)

7,41

т, =

Н.Объем скопления, который останется в вершине № 4 к мо­ менту окончания очистки объема Vt3_4

= 15,09 + (0,0262 - 0,0246) - 354-1,61 = 16,Ом3

^.Продолжительность полной очистки от газовой фазы участка от вершины № 4 до конца трубопровода по формуле (5.85)

3540,0246

^.Продолжительность полной очистки полости трубопровода от газовой фазы по формуле (5.87)

твр = 2,!4 + 2,28+ !,61 + 3,37 = 9,4 ч .

Пример 5.8. Проверить возможность выноса скоплений воды из нефтепровода целиком при условиях примера 5.1. наибольший угол наклона восходящего участка к горизонту равен 15°.

Решение 1.Число Фруда при условиях перекачки

181

Метод последовательной перекачки заключается в том, что различные по качеству углеводородные жидкости отдельными партиями определенных объемов перекачиваются по одному тру­ бопроводу.

При последовательной перекачке достигается максимальное ис­ пользование пропускной способности трубопровода, а другие виды транспорта освобождаются от параллельных перевозок нефтепродук­ тов. Однако в месте контакта последовательно движущихся жидко­ стей образуется смесь.

В ходе расчета последовательной перекачки решаются следую­ щие задачи:

-определение числа насосных станций;

-определение объема смеси, образующейся при вытеснении одной жидкости другой;

-определение объема партий нефтепродуктов;

-определение числа циклов последовательной перекачки;

-определение диаметра отвода от магистрали и др.

§6.1. Определение числа насосных станций

Исходными данными для расчета нефтепродуктопровода являются данные о годовом объеме и свойствах неф­ тепродуктов, предназначенных к транспорту, дальности перекачки, допустимых концентрациях нефтепродуктов друг в друге, а также профиль трассы.

При гидравлическом расчете нефтепродуктопроводов сохраня­ ется то же правило, что и при расчете нефте- и газопроводов: он выполняется для наиболее неблагоприятных условий.

Расчетная часовая пропускная способность нефтепродуктопровода определяется как сумма объемных расходов каждого из неф­ тепродуктов

183

где G ^ j, p. - соответственно годовой план перекачки и расчет­ ная плотность i-ro нефтепродукта; s - число последовательно пере­ качиваемых нефтепродуктов.

По известному часовому расходу подбираются основные и подпорные насосы, таким образом, чтобы Q4ac была максимально близка к их номинальной подаче, удовлетворяя условию

^>8'QHOM<^Q44C<'1>^'QHOM'

Определение экономически целесообразного диаметра нефтепродуктопровода производится, исходя из необходимости перекач­ ки с расходом наиболее вязкого из нефтепродуктов.

Далее строится совмещенная характеристика насосных станций и трубопровода при работе на каждом из нефтепродуктов. По совме­ щенной характеристике определяют соответствующие рабочим точ­ кам производительности перекачки каждого из нефтепродуктов Q ^ ,,

(рис.6.1).

Определяется фактическое число суток перекачки каждого неф­ тепродукта

(6.2)

P . Q ,

и проверяется выполнение условия, что суммарная продолжи­ тельность перекачки всех нефтепродуктов в течение года не превы­ шает 350 суток, т.е.

£ N ,5 3 5 0 . (6.3)

Проверку выполнения данного неравенства целесообразно вы­ полнить не только для найденного числа насосных станций, но и дли меньшего. Это связано с тем, что гидравлический расчет нефтегородуктопровода при принятых допущениях выполняется, как пра­ вило, с большим запасом.

К дальнейшему расчету принимается то количество насосных сташщий, которому соответствует суммарное число дней перекачки нефтепродуктов, ближайшее меньшее по отношению к 350.

Ж

§6.2. Объем смеси при перекачке прямым контактированием

Объем смеси, образующейся при перекачке прямым контактированием двух нефтепродуктов («а» и «б») опреде­ ляется по формуле

фузионный параметр Пекле для нефтепродуктов соответственно А и Б.

Для i-ro нефтепродукта

где u l5 DTl - соответственно средняя скорость и эффективный коэффициент турбулентной диффузии для него.

При практических расчетах объем смеси вычисляют в симмет­

Диффузионный параметр Пекле удобно вычислять по формуле Съенитцера, получившей подтверждение в ходе промышленных эк­ спериментов

С учетом (6.5) и рекомендуемых величин Z „ Zj формула (6.4) принимает окончательный вид

где ХА, Хв — коэффициенты гидравлического сопротивления при перекачке каждого из нефтепродуктов в отдельности.

185

§6.3. Допустимые концентрации нефтепродуктов друг в друге

В основу раскладки смеси по резервуарам с товарными нефтепродуктами положено понятие допустимой кон­ центрации одной жидкости в другой. Эти величины определяются в результате лабораторных анализов.

Наиболее сложно раскладывать смеси «бензин-дизтопливо». Предельно допустимые концентрации дизельного топлива в бен­

где [tKJ , [tB] - температуры соответственно конца кипения бен­ зина и вспышки дизельного топлива, установленные ГОСТом, °С ; tKlc, tBфактические величины указанных температур, °С ; рд - плот­ ность дизельного топлива при температуре 20°С , к г/м 3

Поскольку фактические характеристики нефтепродуктов, выра­ батываемых на НПЗ, являются случайными величинами, то и значе­ ния 0Д, 0б для каждой конкретной партии бензина и дизельного топ­ лива являются различными.

Если информация о величинах t^, tBотсутствует, то ориентиро­ вочные значения допустимых концентраций нефтепродуктов друг в друге можно принять по табл.6.1.

186

Для одноименных нефтепродуктов аналогичные концентрации

§ 6.4. Определение числа циклов последовательной перекачки и объема партий нефтепродуктов

Выбор числа циклов Ц производится из следу­ ющих соображений. Весь годовой объем i-ro нефтепродукта можно перекачать за один раз. В этом случае Ц; = 1. Однако все остальные нефтепродукты в это время должны накапливаться в резервуарах головной перекачивающей станции, что потребует значительных объемов резервуарной емкости.

Максимально возможное число циклов перекачки i-ro нефте­

где £,i - доля i-ro нефтепродукта, которая доходит до конечного

дукта из условия реализации образовавшейся смеси; К - число партий i-ro нефтепродукта в цикле.

На рис.6 Л приведена одна из возможных схем последовательно­ го движения нефтепродуктов в трубопроводе.

Цикл

Рис.6.1. Схема цикла

В данном случае цикл образуют:

-дизтопливо летнее с температурой вспышки 40°С и содержа­ нием серы 0,2%;

187

-дизтопливо летнее с температурой вспышки 40°С и содержа­ нием серы 0,5%;

-дизтопливо летнее с температурой вспышки 40°С и содержа­ нием серы 0,2%;

-автомобильный бензин А-76;

-автомобильный бензин АИ-93;

-автомобильный бензин А-76.

В цикле, изображенном на рис.6.1, партии ДЛ-02-40 и А-76 встре­ чаются дважды, а ДЛ-05-40 и АИ-93 —по одному разу.

Минимально требуемый объем партии i-ro нефтепродукта в цикле определяется вместимостью резервуарного парка на головной на­ сосной станции нефтепродуктопровода и выбранным способом рас­ кладки смеси на конечном пункте.

При решении учебных задач наиболее предпочтительным спо­ собом раскладки образующейся смеси является ее деление_пополам. В этом случае отсутствует пересортица (уменьшение объема одного нефтепродукта и увеличение объема другого) и объемы подмешива­ емых нефтепродуктов строго определены.

Минимальный объем чистого нефтепродукта V4min (например, бензина), необходимый для приема половины объема смеси VCM (например, бензина и дизтоплива)

где 0П - допустимая концентрация примеси.

Минимальный объем партии чистого нефтепродукта определя­ ется как сумма минимальных объемов, требуемых для реализации половин смеси, образующейся в смежных контактах.

Недостатком данного способа раскладки смеси является необ­ ходимость создания больших (порядка 10000 м 3) запасов чистых нефтепродуктов на головной насосной станции магистрального неф­ тепродуктопровода.

При приеме всей смеси в один нефтепродукт (контакт топлива ТС-1 и

где 0П - допустимая концентрация примеси в нефтепродукте, в который принимается вся смесь.

В этом случае величина V4min в несколько раз больше, чем при делении пополам.

188