Гидравлический расчет сифонных трубопроводов

Сифонным трубопроводом (сифоном) называется трубопровод, часть которого располагается выше уровня откачиваемой жидкости в емкости. В условиях нефтебазы сифон имеется при сливе нефтепродуктов через верхний колпак железнодорожных цистерн. На примере этого способа слива рассмотрим основные положения расчета. Для наглядности воспользуемся графоаналитическим методом расчета одиночной сливной колонки.

Нормальная работа сливной колонки возможна при условии, когда остаточное давление в любой точке трубопроводной сети р₀ больше давления насыщенных паров р_у сливаемого нефтепродукта при температуре перекачки. При несоблюдении этого условия поток нефтепродукта в трубопроводе разрывается, образуются газовые мешки, вследствие чего пропускная способность сливной коммуникации резко снижается. Предельная высота одиночной сливной колонки над нижней образующей цистерны, при которой не происходит разрыва потока, равна

(2.58)

где р_а — атмосферное давление; р_у — давление насыщенных паров при температуре слива; h_τ — потеря напора на трение до наивысшей точки сливной колонки; ρ — плотность нефтепродукта.

Рис. 2.13. График остаточных напоров и вакуумов.

Расчет сливной коммуникации заключается в подборе отдельных ее элементов по средней скорости (w ≈ 1,5 × 2,5 м/с) и в построении графика вакуумов и остаточных напоров (рис. 2.13), при помощи которого соблюдается указанное выше условие.

Для построения графика вакуумов и остаточных напоров необходимо предварительно подсчитать гидравлические сопротивления отдельных участков коммуникации. График строят для наиболее неблагоприятного случая, когда атмосферное давление наименьшее, а уровень нефтепродукта в цистерне наинизший. Сливную коммуникацию вычерчивают в масштабе. Вверх от зеркала нефтепродукта (см. рис. 2.13) откладывают атмосферное давление в метрах столба откачиваемого нефтепродукта (отрезок аа')

Остаточный напор в конечной точке первого участка трубопровода (точка b) равен

(2.59)

где Δz_ab — разность нивелирных высот начальной точки трубопровода и точки b; h₁— потеря напора на трение на первом участке трубопровода (отрезок а'b'). Остаточный напор в точке с

Здесь Δz_ac — разность нивелирных высот начальной точки трубопровода и точки с; — сумма потерь напора на трение на первом и втором участках трубопровода.

Подобным же образом находят остаточные напоры в других точках коммуникации. Ломаная линия, соединяющая точки а', b', с' и т. д., есть линия падения напора в сливной коммуникации; любая ордината между напорной линией и коммуникацией представляет остаточный напор в данной точке трубопровода. На расстоянии h_y = p_y/ρg эквидистантно напорной линии, вниз от нее, строится линия давлений насыщенного пара перекачиваемого нефтепродукта (на рис. 2.13 показана пунктиром). Для соблюдения условия р₀ >Р_У необходимо, чтобы линия h_y не пересекала соответствующие участки линии коммуникации. Из графика видно, что наименьшее остаточное давление имеется в верхней точке колонки (точка с), а предельное р_у, при котором будет нормальная работа сливной колонки, равно отрезку с — с'. Если линия h_y пересекает линию коммуникации, то образования газовых пробок в трубопроводе можно избежать следующими методами: 1) увеличением диаметра участков коммуникации; 2) понижением температуры нефтепродукта; 3) заглублением насосной; 4) применением погружных эжекторов.

Если линию падения напора отложить под уровень нефтепродукта, как это показано на рис. 2.13, то получим линию вакуума. Линия вакуума а"b"с" . . . f" проходит эквидистантно линии падения напора на расстоянии Н_а. Любая ордината, проведенная между линией вакуума и линией коммуникации, представляет собой величину разрежения в данной точке коммуникации. Крайняя правая ордината линии вакуума характеризует разрежение, которое должен создать насос для выкачки нефтепродуктов с заданной производительностью. Если линия вакуума пересекает коммуникацию, это значит, что участки трубопровода, лежащие ниже линии вакуума, находятся под избыточным давлением.