- •Структура объектов системы нефтепроводного транспорта
- •1. Классификация магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов
- •2. Состав сооружений магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов
- •Физико-технические свойства нефтей и их поготовка к транспорту
- •3.Состав нефтей и их классификация
- •4. Физико-химические свойства нефтей
- •5. Подготовка нефти к транспорту
- •6. Прием-сдача нефтей определенного качества
- •Насосы для перекачки нефтЕй и нефтепродуктов
- •7. Нефтяные центробежные насосы
- •8. Принцип действия центробежного насоса
- •9. Гидравлические q-h зарактеристики центробежных насосов. Измененение насосных характеристик
- •11. Изменение насосных характеристик
- •12. Привод насоса. Выбор привода
- •13. Теоретический напор, мощность и к.П.Д центробежных насосов, коэффициент быстроходности цбн (основные рабочие параметры)
- •14. Расчет характеристик цбн в зависимости от плотности и вязкости перекачиваемой нефти
- •15. Пересчет характеристик цбн при изменении числа оборотов
- •16. Регулирование подачи цбн
- •17. Работа цбн в группе
- •18. Определение мощности насосов для перекачки нефти
- •Технологический расчет магистральных трубопроводов при стационарном режиме перекачки
- •19. Закон Паскаля
- •20. Уравнение Дарси-Вейсбаха
- •21. Уравнение Бернулли. Определение полного напора в различных сечениях трубопровода
- •22. Исходные данные для технологического расчета
- •23. Расчет параметров транспортируемых нефтей
- •24. Определение коэффициента гидравлического сопротивления внутренней поверхности трубопровода
- •25. Гидравлический уклон. Определение полных потерь давления в трубопроводе
- •26. Уравнение баланса напоров в рельефном трубопроводе
- •27. Потери напора в трубопроводе с лупингами и вставками
- •28. Определение расчетной длины нефтепровода. Перевальная точка
- •29. Характеристики трубопровода, насоса, насосной станции
- •30. Совмещенная характеристика «трубопровод-насос». Рабочая точка
- •31. Подбор насосно-силового оборудования
- •32. Определение необходимого числа насосных станций
- •33. Расстановка нефтеперекачивающих станций по трассе нефтепровода
- •34. Расчет нефтепровода при заданном положении перекачивающих станций
- •35. Расчет коротких трубопроводов
- •36. Изменение подпора перед станциями при изменении вязкости нефти
- •37. Режим работы нефтепровода при отключении нефтеперекачивающих станций
- •38. Нефтепроводы со сбросами и подкачками
- •39. Методы увеличения пропускной способности нефтепровода
- •40. Методы снижения гидравлических потерь
- •42. Регулирование режимов работы трубопроводов изменением параметров трубопроводов дросселированием, байпасированием
- •43. Соотношение диаметров трубопроводов, давления и пропускной способности
- •44. Определение экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода
- •Основные требования к проектированию магистральных нефтепроводов
- •45. Расстояния между трубопроводами при подземной прокладке
- •46. Требования к расстановке запорной арматуры на магистральном нефтепроводе
- •47. Нормативная методика расчета трубопроводов на прочность
- •48. Основные нагрузки и воздействия на нефтепровод
- •49. Расчет толщины стенки трубопровода
- •50. Требования к трубам и марки сталей струб, применяемых при строительстве магистральных нефтепроводов
- •51. Требования к фасонным изделиям и соединительным деталям, применяемым на магистральных нефтепроводах
- •Противокоррозионная защита нефтепроводов и резервуаров
- •52. Классификация коррозионных процессов
- •53. Основные сведения об электрических процессах на поверхности трубопровода, находящегося в почве
- •54. Защитные покрытия нефтепроводов
- •55. Электрохимическая защита нефтепроводов от коррозии
- •56. Расчет длины защищаемого участка при катодной защите мн
- •57. Методы определения состояния коррозионной защиты нефтепроводов
- •58. Противокоррозионная защита резервуаров
- •Эксплуатация линейной части магистральных нефтепроводов
- •59. Утечки нефти из трубопровода и причины их возникновения
- •60. Расчет утечек нефти через отверстия в трубопроводе
- •61. Методы обнаружения утечек нефти из трубопровода
- •62. Определение места утечки по диспетчерским данным
- •63. Истечение нефтепродукта через отверстия в трубопроводах
- •64. Расчет утечек нефтепродукта через отверстия в трубопроводе (см. П.60 Расчет утечек нефти через отверстия в трубопроводе)
- •65. Планирование и расчеты периодических очисток нефтепровода от парафина
- •66. Внеплановая очистка нефтепровода от парафина и водяных скоплений
- •Технологические расчеты нефтепроводов при нустановившихся режимах
- •67. Инерционные свойства потока нефти
- •68. Гидравлический удар в нефтепроводах. Принципы расчета гидравлического удара
- •Перекачка нефтей с аномальными свойствами
- •69. Основные способы перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов
- •70. Реологические свойства нефтей
- •71. Гидротранспорт вязких нефтей и нефтепродуктов
- •72. Перекачка термообработанных нефтей и нефтепродуктов
- •73. Перекачка нефтей с присадками
- •74. Перекачка предварительно подогретых нефтей и нефтепродуктов
- •75. Использование антитурбулентных присадок к нефтепродуктам для снижения потерь напора на трение
- •76. Зависимости основных параметров нефти от концентрации разбавителя
- •77. Вычисление давления насыщенных паров смеси
- •78. Вычисление гидравлических потерь при перекачке с разбавителем
- •79. Гидравлическая характеристика трубопровода при перекачке разбавленной нефти
- •Применение противотурбулентных присадок в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов
- •80. Эффект Томса
- •81.Применение противотурбулентных присадок на отечественных нефтепроводах
- •82. Технология ввода присадки в поток в трубопровод
- •83. Механизм действия малых полимерных добавок на поток в трубопроводе
- •107. Классификация нефтебаз
- •108. Номенклатура и основные эксплуатационные характеристики нефтепродуктов, с которыми оперируют нефтебазы
- •109. Физико-химические свойства нефтепродуктов
- •110. Операции, проводимые на нефтебазах
- •111. Объекты нефтебаз и их размещение
- •112. Определение объема резервуарного парка нефтебазы
- •113. Коэффициент оборачиваемости резервуаров
- •114. Резервуары нефтебаз и перекачивающих станций
- •115. Типы резервуаров и их конструкции
- •116. Оптимальные размеры вертикальных стальных резервуаров
- •117. Потери нефти и нефтепродуктов
- •118. Классификация потерь нефти и нефтепродуктов
- •119. Упрощенная теория потерь нефтепродуктов от испарения
- •120. Мероприятия по сокращению потерь от испарения
- •121. Современные средства сокращения потерь бензинов от испарения
Технологические расчеты нефтепроводов при нустановившихся режимах
67. Инерционные свойства потока нефти
68. Гидравлический удар в нефтепроводах. Принципы расчета гидравлического удара
Гидравлический удар - явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе.
Гидравлический удар представляет собой колебательный процесс, возникающий в трубопроводе с капельной жидкостью при внезапном изменении скорости ее движения. Гидравлический удар возникает вследствие быстрого закрытия или открытия задвижки или иного устройства управления потоком, внезапной остановки насосов или турбин, аварии на трубопроводе (разрыв, нарушение стыка) и других причин. Этот процесс характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления, происходящих за достаточно малый промежуток времени.
Рассмотрим схему возникновения гидравлического удара. Пусть в конце трубы, по которой движется жидкость со скоростью υ, произошло мгновенное закрытие крана (рис. 1). В этом случае частицы жидкости, соприкасающиеся с краном, так же мгновенно остановятся. Скорость движения частиц жидкости непосредственно у крана будет погашена, а кинетическая энергия потока будет израсходована на сжатие жидкости и расширение стенок трубы. Вследствие сжатия жидкости давление в ней увеличится на величину Δp. Таким образом, непосредственно у крана (сечение nn) возникнет ударная волна, которая отделит поток жидкости с давлением р и скоростью υ от потока жидкости с давление р + Δp и скоростью υ = 0.
Рис. 1. Схема гидравлического удара
На остановившиеся частицы жидкости у крана набегают другие, соседние с ними частицы, и тоже теряют свою скорость, в результате чего сечение nn передвигается по трубопроводу от крана к резервуару, из которого вытекает жидкость в трубопровод. Когда ударная волна достигнет резервуара, вся жидкость в трубе от резервуара до крана будет остановлена и сжата, т. е. во всей трубе скорость будет равна нулю, а давление будет р+Δp.
Движение ударной волны против течения потока называется прямой волной, против течения потока – обратной волной. Скорости их движения одинаковы и равны с.
Если обозначить длину трубы l, а время, за которое сечение nn дойдет от крана до резервуара, Δt то скорость распространения ударной волны с будет равна:
(1)
Сумма времени пробега прямой и обратной волны называется фазой гидравлического удара и равна:
. (2)
Количество фаз пробега ударной волны за время закрытия tзак определяется по формуле:
(3)
Гидравлический удар называется прямым (первофазным), если время закрытия запорного устройства меньше фазы гидравлического удара, т. е. времени двойного пробега ударной волны вдоль трубопровода:
При возникает непрямой гидравлический удар, при котором ударная волна, отразившись от резервуара, возвращается к крану раньше, чем он будет полностью закрыт. Повышение давления Δр при непрямом гидравлическом ударе будет меньше, чем при прямом ударе, и оно может быть найдено по формуле
зак = . (4)
Как только ударная волна дойдет до резервуара, давление жидкости во всей трубе будет на Δр больше давления в резервуаре, поэтому в следующий момент времени жидкость начнет поступать из трубы в резервуар. Вначале начнет обратное движение тонкий слой жидкости, ближайший к резервуару, затем все новые слои, и постепенно вся жидкость в трубе придет в движение в направлении к резервуару. Теперь сечение nn перемещается в обратном направлении - к крану с той же скоростью с, оставляя позади себя давление р и скорость υ, направленную в сторону резервуара, а впереди себя имея давление p+Δр и скорость υ = 0.
Как только ударная волна достигнет крана, слои жидкости, расположенные непосредственно у крана, будут стремиться оторваться от него, вследствие чего давление в них понижается на величину Δр, жидкость расширяется, а стенки трубы сжимаются. Непосредственно у крана возникает отрицательная ударная волна, которая распространяется со скоростью с от крана к резервуару, оставляя за собой давление р – Δр и скорость υ = 0.
После прихода ударной волны к резервуару вновь начнется движение жидкости к крану и так будет продолжаться до тех пор, пока колебания не затухнут вследствие потерь энергии на трение и деформацию стенки трубы.
Если непосредственно у крана установить датчик давления, то протекание гидравлического удара во времени можно зафиксировать графически в виде графика (рис. 2).
Рис. 2. Изменение давления во времени
Сплошной линией на диаграмме показано теоретическое изменение давления Δр. В начальный момент времени (после мгновенного закрытия крана) непосредственно у крана появляется ударное давление Δр; которое сохраняется в течение промежутка времени, необходимого для пробега ударной волны от крана до резервуара и обратно, т.е. в течение промежутка времени 2 l/c. Затем непосредственно у крана возникает отрицательное ударное давление, которое также сохраняется в течение промежутка времени 2 l/с. Штриховой линией на диаграмме показан примерный вид действительной картины изменения давления во времени. Как видно, давление нарастает, а также падает хотя и круто, но не мгновенно. Кроме того, наблюдается затухание колебаний давления, т. е. уменьшение амплитудных его значений.
Повышение давления в трубе при гидравлическом ударе можно определить следующим образом. Рассмотрим объем жидкости, непосредственно прилегающий к крану и расположенный между сечениями OO и nn, когда ударная волна, возникнув у крана, переместилась за время Δt вдоль трубопровода на расстояние Δl (рис. 3). Применим к рассматриваемому объему теорему механики об изменении количества движения, или, иначе, теорему импульсов, согласно которой приращение количества движения системы за некоторый промежуток времени равно сумме проекций импульсов сил на направление движения.
Рис. 3. Схема действия давления при гидравлическом ударе
3а время Δt рассматриваемый объем остановившись, потеряет количество движения ρvΔlv0. Если пренебречь силами трения и не считать силу тяжести, то импульс силы давления, действовавший в течение времени Δt в направлении движения, равен ΔpvΔt.
Согласно теореме об изменении количества движения получаем
откуда с учетом того, что Δl/Δt = с, после сокращения на v получим известную формулу Н. Е. Жуковского:
(5)
Скорость распространения ударной волны с зависит от рода жидкости, материала, диаметра и толщины стенок трубы и для прямого гидравлического удара может быть вычислена по следующей формуле:
(6)
где ρ - плотность жидкости; Ео - модуль упругости жидкости; d - внутренний диаметр трубы; Е - модуль упругости материала стенок трубы; δ - толщина стенок трубы.
Формула Н.Е.Жуковского справедлива для случая прямого удара при следующих условиях: отсутствуют гидравлические потери, справедлив закон Гука для жидкостей, скорости в сечении потока одинаковые.
В инженерной практике установлено, что в реальных условиях при высоких p, величина Δp выше на 10-20% расчетных значений, вследствие возрастания модуля упругости жидкости и нарушения линейности закона деформации.