3.3. Расчет требуемого объема резервуарного парка
Объём i-го резервуара для каждого нефтепродукта:
(5)
– ёмкость i-го резервуара,
м3
- годовая реализация i-го
нефтепродукта, л.
- период доставки продукта на АЗК, сут.
– коэф. неравномерного потребления
нефтепродуктов.
Найдём коэффициент неравномерности:
(6)
Для участка, находящегося на трассе М5, период поставки нефтепродуктов равен 1 сут., так как находится в пределах 100 км от «Володарская» РНПУ АО «Транснефть-Верхняя Волга».
Тогда, подставив в формулу (5) получаем:
Для бензина АИ-92:
Для бензина АИ-95:
Для бензина АИ-98:
Для дизельного топлива:
Зная объёмы для каждого нефтепродукта, подберём соответствующий набор резервуаров:
Для дизельного топлива, выберем одни двустенный, однокамерный резервуар типа РГСПД-20
Для бензина АИ-92, выберем один двустенный, однокамерный резервуар типа РГСПД-20
Для бензина АИ-95, выберем один двустенный, однокамерный резервуар типа РГСПД-10
Для бензина АИ-98, выберем один двустенный, однокамерный резервуар типа РГСПД-5
Характеристики указанных резервуаров для жидких моторных топлив приведены в таблице 6, в соответствии с каталогом производителя [17].
Таблица 6 - Характеристики резервуаров
Характеристика |
РГСП-20 |
РГСП-10 |
РГСП-5 |
Рабочий объём, м3 |
20 |
10 |
5 |
Длина, м |
5,0 |
3,5 |
2,0 |
Ширина, м |
2,4 |
2,01 |
1,81 |
Высота, м |
3,9 |
3,7 |
2,05 |
Диаметр, м |
2,4 |
2 |
1,8 |
Масса, кг |
4500 |
3000 |
1800 |
По таким же принципам производится расчёт необходимой ёмкости резервуаров для СУГ:
Выберем резервуар для СУГ:
Один резервуар, подземный, двустенный – РГСПД – 15 (Таблица 7).
Таблица 7 - Характеристика резервуара для СУГ [17]
Характеристика |
Значение |
Объем, м3 |
15 |
Рабочая среда |
Сжиженный углеводородный газ (пропан, бутан и их смеси) |
Диаметр, м |
1,6 |
Длина, м |
10 |
Высота, м |
2,3 |
Рабочее давление, МПа |
1,6 |
Расчетное давление, МПа |
1,8 |
Пробное давление гидравлическое, МПа |
2,25 |
Максимально допустимая, рабочая температура стенки, ℃ |
45 |
Минимально допустимая температура стенки, ℃ |
-40 |
Гидравлический расчёт жидких моторных топлив
Далее следует произвести выбор необходимого насосного оборудования, при установке которого возможно обеспечить нужный уровень подачи топлива к ТРК при наиболее сложных условиях работы АЗК, таких как:
При температуре воздуха наиболее холодной пятидневки (-28°С,);
При загрузке ТРК на 75% Расход одной ТРК примем 70 л/мин;
Плотность и вязкость соответствует их верхним границам по нормативным документам.
Весь расчёт будет проводится для дизельного топлива, так как у него самая большая плотность и вязкость в сравнении с бензином.
Плотность дизельного топливо при 18 ℃ по паспорту качества:
Вязкость при -28℃:
Так как резервуары находятся ниже глубины промерзания грунта, поэтому воспользуемся таблицей температур грунта на различной глубине для Московской области (Таблица 8).
Таблица 8 - Температура грунта на различной глубине [19]
H, м |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
0,8 |
1,7 |
1,3 |
1,1 |
2,2 |
7,5 |
11,2 |
14 |
14,9 |
12,7 |
9 |
5,1 |
2,6 |
1,6 |
2,7 |
2,2 |
1,8 |
1,9 |
6,4 |
11,4 |
15,4 |
17 |
15,2 |
11,1 |
7 |
4,1 |
3,2 |
3,8 |
3,7 |
2,6 |
2,4 |
5,6 |
10,3 |
14 |
16,1 |
15,3 |
12,1 |
8,5 |
5,5 |
Температура грунта на глубине 3,2 м, составляет 3,8 ℃
Расход, который способны развить три насоса при максимальной загрузке:
Примем среднюю рекомендованную скорость
равной
.
Диаметра трубопровода определяется по формуле:
|
(7) |
Расчетному наружному диаметру соответствует стандартная труба [4]:
Dн = 48 мм, δ = 2 мм.
Расчёт необходимого напора будет считаться по уравнению Баланса напоров:
(8)
где 𝐻 – напор, развиваемый насосом, м;
Δ𝑍 – разность геодезических отметок, примем равной 2 м;
𝜌 – плотность нефтепродукта, кг/м3;
𝑘мс – коэффициент, местных сопротивлений, принимается равным 10% от потерь на трение 𝑘мс=1,1;
𝐷 – внутренний диаметр трубопровода,
𝑖 – номер участка трубопровода;
𝜆𝑖 – коэффициент гидравлического сопротивления;
𝜐𝑖 – скорость потока на участке, м/с;
– для корректной работы АЗК, давление
в узле подключения ТРК было не меньше
1атм.
Распишем скорость как:
(9)
Подставит выражение (8) в уравнение (7), получим:
(10)
Определим вязкость нефтепродукта на глубине 3,2 м и при температуре 3,8 ℃.
Воспользуемся вязкограммой для определения кинематической вязкости для топлив и масел, которая приведена на рисунке 4. Для этого будет достаточно знать значение двух температур t1 и t2.
1 и 3 – топливо авиационное, соответственно Т-1 и Т-5;2 – топливо дизельное ДЗ и авиационное ТС-1; 4 и 5 – топливо для быстроходных дизелей соответственно ДА и ДЛ; 6 и 7 – топливо дизельное для автотракторных дизелей соответственно З и Л; 8, 9, 10 и 11 – нефти обессоленные, соответственно мухановская, туймазинская, ромашкинская и альметьевская и мангышлакская; 12, и 13 – масла индустриальные соответственно ИС-12 и ИС-20.
Рисунок 4 - Вязкограмма кинематической вязкости [18]
Оценив график, можно получить значения:
Найдём коэффициент крутизны вязкограммы, 1/K:
(11)
где
и
- кинематическая вязкость при известных
температурах, м2/с;
Найдём вязкость при температуре 3,8 ℃ по формуле Формула Рейнольдса - Филонова:
(12)
Найдём плотность при температуре 3,8 ℃:
(13)
𝛽 – коэффициент объемного расширения.
Разделим весь технологический путь на участки и определим режимы течения для каждого из них.
Участок №1: от резервуара до колонки № 1.
Длина участка
Расход на первом участке составляет:
Скорость потока на первом участке:
(14)
Найдём число Рейнольдса:
(15)
Для турбулентного режима течения жидкости существуют три зоны и соответственно используются три различных закона.
Граница зон определяется переходным числом Рейнольдса и относительной шерховатостью труб, по которым течёт жидкость:
Значение шерховатости стенок трубопровода берем в соответствии с таблицей 9.
Таблица 9 - Значения шероховатости стенок трубопровода
Трубы |
κ, мм |
Чистые цельнотянутые из латуни, меди и свинца |
0,01 |
Новые цельнотянутые стальные |
0,05-0,15 |
Стальные с незначительной коррозией |
0,2-0,3 |
Новые чугунные |
0,3 |
Асбоцементные |
0,03-0,8 |
Старые стальные |
0,5-2,0 |
-
шероховатость внутренней стенки трубы
= 0,1 мм
Так как Рейнольдс попадает в границы
<Re<
–
зона шерховаты труб, поэтому
коэффициент гидравлического сопротивления
будет рассчитывать по формуле Альдшуля:
(16)
Участок №2: от колонки № 1 до колонки №2.
Длина второго участка
Расход на втором участке составляет:
Найдём скорость потока на втором участке:
(17)
Найдём число Рейнольдса:
Также определим режим течения для второго участка, рассчитав границы зон:
Так как Рейнольдс попадает в границы <Re< – зона шерховаты труб, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления будет рассчитывать по формуле Альдшуля:
(19)
Участок № 3: От колонки № 2 до колонки №3.
Длина этого участка
Расход на третьем участке составляет:
Найдём скорость потока на третьем участке:
(20)
Найдём число Рейнольдса:
(21)
Также определим режим течения для третьего участка, рассчитав границы зон:
Так как Рейнольдс попадает в границы <Re< – зона шерховаты труб, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления будет рассчитывать по формуле Альдшуля:
(22)
0,135
Необходимый напор насоса находится подстановкой полученных результатов в формулу (10).
Исходя из полученных данных, можно увидеть, что нам необходим насос способный выдавать расход Q = 210 л/мин и обеспечить напор H = 59,4 м.
Нашим целям могут соответствовать погружные насосы фирмы “Gespasa” [20].
На рисунке 5 представлена гидравлические характеристики насосов этой компании.
Рисунок 5 - Характеристики насосов
Рассмотрев все варианты насосного оборудования, можно увидеть, что наиболее подходящим является насос марки «ХЗР150U1» в количестве 3 штук. Его параметры указаны в таблице 10.
Таблица 10. Характеристики насоса «ХЗР150U1»
Показатель |
Значение |
Подача, л/мин |
350 |
Напор, м |
30 |
Мощность, кВт |
1,5 |
Тип конструкции |
«U» |
Напряжение питания, В |
230 |
Частота, Гц |
60 |
Число фаз |
3 |
Частота переменного тока, Гц |
50 |
Частота вращения вала двигателя, об/мин |
2500 |