ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

25

Ответ.

известно, что профиль трубопровода монотонно поднимается вверх от отметки zн = 75 м в начале участка до отметки

zк = 180 м в его конце. Потерями на местных сопротивле-

ниях пренебречь. Указание. Заполнить пустые ячейки таблицы:

31. Нефтепродуктопровод состоит из двух последовательно соединенных участков: первого - D1 = 530 ×8 мм,

L1 = 60 км, и второго - D2 = 377 × 6 мм, L2 = 30 км. Скорость стационарного течения бензина ( ν = 0,6 сСт) в первом участке составляет 1,2 м/с. Зная что шероховатость ∆ внутренней поверхности участков составляет 0,15 мм, найти

потери напора в нефтепродуктопроводе.

Ответ. 501 м.

32. По участку нефтепровода ( D = 820 ×8 мм, L = 140 км, ∆ = 0,2 мм, zн = 120 м, zк = 160 м) перекачивают ма-

ловязкую нефть ( ρ = 850 кг/м3, ν = 7 сСт) с расходом 2500

м3/ч. Какое давление необходимо поддерживать в начале участка, если в конце участка оно равно 3 атм.? Известно также, что все сечения нефтепровода заполнены нефтью полностью.

Ответ. 31,6 атм. ( ≈ 31, МПа).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

26

лений между началом и концом участка, равной 15 атм.

Найти расход перекачки.

Ответ: 1809 м3/ч.

34. Бензин А 76 ( ρ = 740 кг/м3, ν = 0,6 сСт.) перекачивают по трубопроводу ( D = 530 ×7 мм, ∆ = 0,2 мм; L = 120 км; zн = 50 м, zк = 100 м), при этом давление в начале тру-

zн = 50 м, zк = 150 м, где zн ,zк − высотные отметки нача-

ла и конца участка, соответственно) составляет на бензине ( ρБ = 740 кг/м3, νБ = 0,6 сСт) 8,0 млн.т/год. Какова пропускная способность GД того же участка трубопровода на

дизельном топливе ( ρД = 840 кг/м3, νД = 6,0 сСт), если из-

вестно, что давления в начале и конце участка при переходе с перекачки бензина на дизельное топливо не изменяются, а 1 год составляет 8400 часов?

Ответ. 7,34 млн.т/год.

1.3. ТРУБОПРОВОДЫ С САМОТЕЧНЫМИ УЧАСТКАМИ; ВСТАВКИ, ЛУПИНГИ, ОТВОДЫ

Справочный материал

Самотечным называется участок [ x1 ,x2 ] трубопровода, на

котором жидкость течет неполным сечением, самотеком, под действием силы тяжести, рис. 1.5.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

27

y

H(x)

П

S(x)

v(x)

z1

z2

Рис. 1.5. Самотечный участок в трубопроводе

Давление в парогазовой полости над свободной поверхностью жидкости остается практически постоянным, равным упругости pу. насыщенных паров транспортируемой жидкости, по-

этому течение на самотечном участке называют безнапорным. При этом разность напоров между сечениями x1 (началом само-

течного участка) и x2 (концом самотечного участка) существует и равна разности ( z1 − z2 ) высотных отметок этих сечений

Стационарные самотечные участки в трубопроводе могут существовать только на нисходящих сегментах.

Начало П каждого стационарного самотечного участка в трубопроводе называется перевальной точкой, рис. 1.5. На этом рисунке представлено поведение кривой гидравлического уклона,

линии y = H(x), на самотечном участке. Видно, что на этом участке линия гидравлического уклона проходит параллельно оси трубопровода на расстоянии pу. ρg от нее. Гидравлический уклон течения на самотечном участке равен абсолютной величине

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

28

тангенса угла наклона профиля трубопровода к горизонту, то естьi = tgβ .

Расход Q жидкости на самотечном участке в стационарном

v,v0 − скорости жидкости на этих участках, соответственно. Степень σ = SS0 заполнения самотечного участка нефтью

может быть различной, она зависит от отношения γ = i tg β гид-

ненных нефтью. Обобщив многочисленные исследования в области безнапорных течений в каналах кругового сечения, можно предложить следующие аппроксимационные формулы для расчета степени заполнения сечения трубы нефтью на самотечном участке при расслоенном течении:

если γ = i tg β ≥1, σ = 1. В этом случае сечение трубы за-

если γ < 4,87 λ0 , то

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

29

σ= 0,1825 2γ 0,356 .

λ0

Формулы (29) позволяют рассчитать степень σ заполнения сечения трубопровода нефтью по известному отношению γ гид-

равлических уклонов i и tg β на напорном и самотечном участ-

ках, соответственно.

Вставкой называют трубопроводный сегмент (ВС), как правило, большего диаметра, чем основная магистраль, подключаемый к ней последовательно с целью снижения гидравлического сопротивления и увеличения пропускной способности, рис. 1.6.

Рис. 1.6. Участок трубопровода со вставкой

Для вставки: справедливы соотношения:

одинаковы, а потери напора hА−В и hB−C в каждом из последова-

тельно соединенных трубопроводов складываются.

В развернутом виде система уравнений (30) имеет вид:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

30

где L1 ,d1 и L2 ,v2 − длины и внутренние диаметры составляю-

щих сегментов.

Лупингом (от английского слова “loop” - петля) называют дополнительный трубопровод, проложенный параллельно основной магистрали и соединенный с ней в двух сечениях: начальном x1 и конечном - x2 , рис. 1.7.

Рис. 1.7. Схема участка трубопровода с лупингом

Для лупинга справедливы соотношения:

Они означают, что при разделении (или слиянии) потоков жидко-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

31

Эта система служит для определения двух неизвестных: v1 и v2 ,

скоростей течения жидкости в каждой из ветвей трубопровода. Система легко разрешается в двух случаях.

1) Если режимы течения жидкости в каждом из трубопроводов находятся в зоне гидравлически гладких труб (зоне Блазиуса), то

Течение жидкости на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром dэ . Для этого доста-

точно принять:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

32

где v0 = 4Qπ d2 ,λ0 − скорость жидкости и коэффициент гид-

равлического сопротивления в неразветвленной части трубопровода, соответственно.

Течение жидкости на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром dэ . Для этого доста-

точно принять:

где λэ − коэффициент гидравлического сопротивления в нераз-

ветвленной части трубопровода, вычисленный по эквивалентному диаметру dэ .

ЗАДАЧИ

36. Профиль участка нефтепродуктопровода ( L = 120

(x - координата сечения; z - геодезическая отметка). Давле-

pу = 0,01 МПа) должен быть в трубопроводе, чтобы в нем

не возникали самотечные участки?

Ответ. 775 м3/ч.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

33

37. Профиль участка нефтепродуктопровода ( L = 120 км, D = 530 ×8 мм, ∆ = 015, мм) представлен таблицей к

предыдущей задаче № 36. Давление pк. в конце участка

равно 0,3 МПа. По трубопроводу перекачивают дизельное топливо ( ρ = 840 кг/м3, ν = 5 сСт., pу = 0,01 МПа) с расхо-

дом 650 м3/ч. Определить, имеется ли в трубопроводе самотечный участок и если имеется, то где он расположен?

Ответ. Имеется между 40 и 49,942 км.

38. Профиль участка нефтепровода L = 150 км, D = 530

(x - координата сечения; z - геодезическая отметка). По трубопроводу перекачивают нефть ( ρ = 850 кг/м3, ν = 15 сСт.,

pу. = 0,03 МПа). Определить давление pн в начале участка нефтепровода, если расход Q перекачки составляет 500 м3/ч, а давление pк в конце участка равно 0,3 МПа.

Ответ. ≈ 157, МПа.; в трубопроводе имеется самотечный участок, расположенный между 75 и 81,845 км.

(x - координата сечения; z - геодезическая отметка), ведется

конце участка равно 1 атм. Как изменится расход перекачки, если давление в конце участка увеличить на 5 атм.?

Ответ. Не изменится.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

34

40. Основываясь на условии предыдущей задачи, определить, на сколько нужно увеличить расход перекачки (сохранив при этом давление в конце участка трубопровода) для того, чтобы самотечный участок, имеющийся в трубо-

проводе, исчез.

Ответ. На 17,9 атм.

41. Данные о профиле нефтепродуктопровода, транс-

(x - координата сечения; z - геодезическая отметка). Определить, имеются ли в этом трубопроводе самотечные участки и, если есть, то где они расположены. Найти давления в сечениях, пропущенных в таблице. Давления, выраженные в МПа, округлять с точностью до десятых.

Ответ. Имеется один самотечный участок с началом в

42. Расход нефти на самотечном участке нефтепровода ( D = 720 ×10 мм, α = −10 ) равен 2000 м3/ч. Какова степень заполнения сечения трубопровода нефтью ( ν = 25 сСт) на этом участке?

Ответ. 50,4 %.

43. Профиль нисходящего участка АВ нефтепродуктопровода ( L = 5000 м, D = 530 ×8 мм, ∆ = 0,3 мм) наклонен

к горизонту под углом α = 50 . При перекачке бензина ( ρ = 735 кг/м3, ν = 0,6 сСт.) с расходом 700 м3/ч нем образу-

ется самотечный участок длиной 2000 м, считая от перевальной точки А. Определить объем парогазовой полости.

Ответ. 318 м3.