2. Гидравлический расчет нефтепровода

Целью гидравлического расчета является определение потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу.

Полные (общие) потери напора складываются из потерь напора на трение и на преодоление разности высот трубопровода где Н – полные потери напора в трубопроводе, м; h – потери напора на трение, м; z – разность геодезических отметок между концом и началом трубопровода, м.

где z₁ – геодезическая отметка начала трубопровода; z₂ – геодезическая отметка конца трубопровода.

Потери напора на трение представляются двумя составляющими где h_л – потери напора по длине нефтепровода; h_м – потери напора на местных сопротивлениях.

Потери напора являются функцией скорости движения нефти (ф. Вейсбаха дарси) и где  – коэффициент гидравлического сопротивления; g – ускорение свободного падения, м/с²; l – длина трубопровода, м;  – коэффициент местного сопротивления; – скорость течения нефти, м/с; Q – объемная производительность нефтепровода, м³/с; F – площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Для линейной части нефтепровода h_м=(0,010,02)h_л, поэтому ими можно пренебречь или принять

В общем случае, коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса Re и эквивалентной шероховатости k_э. Эквивалентная шероховатость определяется на основании гидродинамических испытаний. При расчетах нефтепроводов рекомендуется использовать k_э = 0,10,2 мм . Если Re < 2000 в трубопроводе наблюдается ламинарный режим течения и  является функцией только Re. В этом случае используется формула Стокса . При Re  3000 ламинарный режим переходит в турбулентный. В пристенном слое нефти, однако, сохраняется ламинарный подслой, покрывающий шероховатость труб. С увеличением Re толщина подслоя уменьшается и при Re=Re_I толщина подслоя становится равной е. Таким образом, при 3000  Re  Re_I =f(Re) и эта зона турбулентного режима получила название зоны гидравлически гладких труб

 определяется в этой зоне по формуле Блазиуса (зона Блазиуса) .

Далее до Re_II = 500·D/K_Э, имеет место зона смешанного трения, где  = f(Re, ). В настоящее время в этой зоне  определяется из формулы Альтшуля .При Re  Re_II влияние числа Рейнольдса становится незначительным и  = f(), трубопровод переходит в квадратичную зону. По формуле Шифринсона . Реально МН работает в зонах смешанного трения и гидравлически гладких труб (Блазиуса).

Если в формулу Дарси-Вейсбаха подставить обобщенную формулу то получим обобщенную формулу Лейбензона где

Ламинарный режим m = 1  = 4,15, с²/м;

Зона Блазиуса m = 0,25  = 0,0246, с²/м;

Зона смешанного трения m = 0,123  = 0,0802·10^{0,127lg(k/D)-0,627}, с²/м;

Квадратичная зона m = 0  = 0,0826·, с²/м;

Графическая зависимость полных потерь напора в трубопроводе от производительности получила название характеристики Q-H. Аналитически характеристика Q-H описывается уравнением

По данным эксплуатации нефтепровода полные потери напора могут быть определены следующим образом где P₁ – давление в начальной точке участка, Па; P₂ – давление в конечной точке участка, Па; 1мПа = 10 атм = 10 кгс/см²