Учебное пособие 2058
.pdfρ = |
Р1 |
М |
, |
(2.3) |
|
|
Тп.ср R
где R - универсальная газовая постоянная; Р1 – абсолютное давление в газо-
вом пространстве в начале закачки, принимаемое для дневных условий равным атмосферному давлению Ра.
Находим высоту газового пространства перед закачкой бензина НГ1 , м:
|
|
|
|
Н |
Г1 |
= Н |
|
− Н |
взл1 |
+ |
Нк |
. |
(2.4) |
|||||
|
|
|
|
р |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Находим объем газового пространства V |
Г1 |
, м3, перед закачкой бензина: |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
V |
|
|
= |
π D2 |
Н |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.5) |
|
Г |
1 |
4 |
Г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем объем закачиваемого бензина V , м3, по формуле |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
||
V |
|
|
= π D2 |
(Н |
взл2 |
− Н |
взл1 |
). |
|
|
(2.6) |
|||||||
H |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Находим высоту газового пространства после закачки бензина НГ 2 , м:
Н |
Г 2 |
= Н |
|
− Н |
взл2 |
+ |
Нк |
. |
(2.7) |
|||
р |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем время закачки бензина τз ,ч, по формуле |
|
|||||||||||
|
|
τ |
|
= |
VН |
. |
|
|
|
(2.8) |
||
|
|
з |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем прирост относительной концентрации ∆C2 за время τ, рав-
CS
ное сумме времени простоя τпр и закачки τ по формуле
∆C2 =19,22 10−6τ 3 − 36,14 10−5τ 2 + 60,04 10−4τ + 47,57 10−3 . |
(2.9) |
CS
Находим скорость выхода паровоздушной смеси VВ , м/с, через дыхательные клапаны:
20
VВ = |
|
4Q |
|
|
||
|
|
|
. |
|
(2.10) |
|
3600πnd2 |
|
|||||
Определяем прирост относительной концентрации ∆C1 за время выкачки |
||||||
|
|
|
|
|
CS |
|
бензина по формуле |
|
|
|
|
|
|
∆C1 =1,455 10−2V + 7,273 10−3 . |
(2.11) |
|||||
CS |
|
В |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Находим среднюю относительную концентрацию паров ∆C |
в газовом |
|||||
|
|
|
|
|
CS |
|
пространстве: |
|
|
|
|
|
|
∆C = |
НГ 2 |
+ ∆C1 + ∆C2 . |
(2.12) |
|||
|
||||||
CS |
|
НГ1 CS |
CS |
|
||
Исходя из физического смысла средняя относительная концентрация па-
ров в газовом пространстве должна быть не больше единицы ( ∆C ≤ 1). Если ре-
CS
зультат вычисления формулы (2.12) получается больше единицы, то для даль-
нейших расчетов принимается ∆C =1.
CS
Находим давление насыщенных паров PS , кПа, при температуре бензина Тп.ср по формуле
PS = −9 10−5 ∆Т3 + 207 10−4 ∆Т 2 −1,756∆Т + 57,676 ,
где ∆Т =Тнк -Тп.ср .
Находим среднее парциальное давление паров бензина РУ :
РУ = ∆C РS .
CS
Находим потери бензина от одного «большого дыхания» GБД ,кг:
|
|
= |
|
|
−V |
|
Р − Р |
Р |
ρ , |
|||
G |
|
V |
|
|
|
2 |
1 |
|
У |
|||
БД |
Н |
Г1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Р2 |
− РУ |
Р2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где Р2=Ра+Ркд – давление после закачки бензина, Па.
(2.13)
(2.14)
(2.15)
21
Пример расчета
Выполнить расчет потерь автомобильного бензина от «больших дыханий», если закачка производится днем в солнечную погоду.
Исходные данные:
-тип резервуара: РВС-5000;
-диаметр резервуара, D=22,6 м;
-высота корпуса, Нр=12 м;
-высота конуса крыши, Нк=0,6 м;
-нагрузка дыхательного клапана типа НДМКМ-200:
на вакуум – Ркв=196 Па; на давление – Ркд=1960 Па;
-количество дыхательных клапанов n=2 шт.;
-диаметр патрубка клапана d=190 мм;
-атмосферное давление Ра =10000 Па;
-температура начала кипения бензина Тнк =300 К;
-средняя температура бензина Тп.ср =280 К;
-производительность закачки бензина Q = 272 м3/ч;
-начальный и конечный уровень взлива Нвзл1 =0,9м, Нвзл2 =9 м;
-время простоя τпр.=8 ч.
Определяем среднюю температуру кипения фракций бензина, находящегося в парах, по формуле (2.2):
Тн = Тнк − 30 = 300 − 30 = 270 К.
Вычисляем молярную массу бензиновых паров М, кг/кмоль, по формуле
(2.1):
М = 52,629 − 0,246Тн + 0,001Тн2 = 52,629 − 0,246 270 +
+0,001 2702 = 59,109 кг/кмоль.
Принимая |
значение |
|
универсальной |
газовой |
постоянной |
|||
R =8314,3 Дж/(кмоль·К), находим плотность паров бензина ρ , кг/м3, по фор- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
муле (2.3): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р1М |
|
10000 59,109 |
3 |
|
||
|
ρ = |
|
|
|
= |
270 8314,3 = 2,539 кг/м . |
|
|
|
Т |
п.ср |
R |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем высоту газового пространства перед закачкой бензина НГ1 , м, по формуле (2.4):
22
НГ1 = Нр − Нвзл1 + Н3к =12 − 0,9 + 0,63 =11,3 м.
Вычисляем объем газового пространства VГ1 , м3, перед закачкой бензина по формуле (2.5):
|
V |
Г1 |
= π D2 |
Н |
Г1 |
= 3,14 |
22,62 |
11,3 = 4530,7 м3. |
||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем объем закачиваемого бензина V , м3, по формуле (2.6): |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
V = π D2 |
(Н |
взл2 |
− Н |
взл1 |
) = 3,14 |
22,62 |
(9 − 0,9) = 3247,7 м3. |
|||||
H |
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Высоту газового пространства после закачки бензина НГ 2 , м, вычисляем по формуле (2.7):
НГ 2 = Нр − Нвзл2 + Н3к =12 − 9 + 0,63 = 3,2 м.
Время закачки бензина τз ,ч, определяем по формуле (2.8):
τ з = VН = 3247,7 =11,94 ч. Q 272
Предварительно найдя значение времени τ суммированием времени простоя τпр и закачки τз (τ = 8 + 11,94 = 19,94 ч), определяем прирост относитель-
ной концентрации ∆C2 по формуле (2.9):
CS
∆C2 =19,22 10−6τ 3 − 36,14 10−5τ 2 + 60,04 10−4τ + 47,57 10−3 =
CS
= 0,00001922 11,943 − 0,0003614 11,942 + 0,006004 11,94 + 0,04757 = 0,176.
Скорость выхода паровоздушной смеси VВ , м/с, через дыхательные кла-
паны определяем по формуле (2.10): |
|
|
|
||
VВ = |
4Q |
= |
4 272 |
|
=1,33 м/с. |
|
|
|
|||
3600πnd2 |
3600 3,14 2 |
0,192 |
|||
23
Прирост относительной концентрации ∆C1 за время выкачки бензина
CS
определяем по формуле (2.11):
∆C1 =1,455 10−2V + 7,273 10−3 |
= 0,01455 1,33 + 0,007273 = 0,0266. |
||||||||
CS |
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднюю относительную концентрацию паров ∆C в газовом простран- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CS |
стве находим по формуле (2.12): |
|
|
|
|
|
||||
∆C = |
НГ 2 |
+ ∆C1 + ∆C2 |
= |
3,2 |
+ 0,176 + 0,0266 = 0,4858. |
||||
|
|
||||||||
CS |
|
НГ1 |
CS |
|
CS |
11,3 |
|||
Давление насыщенных паров PS , кПа, при температуре бензина Тп.ср на- |
|||||||||
ходим по формуле (2.13): |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
∆Т =Тнк -Тп.ср |
= 300 - 280 = 20 К, |
||||||
P = −9 10−5 |
∆Т3 + 207 10−4 |
∆Т 2 |
−1,756∆Т + 57,676 = −9 10−5 203 + |
||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+207 10−4 202 −1,756 20 + 57,676 = 30,116 кПа. |
|||||||||
Среднее парциальное давление паров бензина РУ , кПа, находим по фор- |
|||||||||
муле (2.14): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
= ∆C Р |
= 0,4858 30,116 =14,63 кПа. |
|||||
|
|
У |
CS |
S |
|
|
|
|
|
Определяем давление после закачки бензина:
Р2=Ра+Ркд = 100000+1960=101960 Па.
Потери бензина от одного «большого дыхания» GБД ,кг, определяем по формуле (2.15)
|
= |
|
|
−V |
|
Р − Р |
Р |
ρ = |
|||
G |
V |
Г1 |
|
2 |
1 |
|
У |
||||
|
|
|
|||||||||
БД |
|
|
Н |
|
Р2 |
− РУ |
Р2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
24
|
|
|
101960 −100000 |
14630 |
|
|
|
|||
= 3247,7 |
− 4530,7 |
|
|
|
|
|
2,539 |
=1146,14 |
кг. |
|
101960 −14630 |
101960 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
3. Расчет времени слива бензина из автоцистерны
Наиболее затратный по времени этап процесса доставки топлива - это разгрузка на автозаправочной станции, занимающая более тридцати трех процентов рабочего времени. Затратам способствует необходимость контроля качества каждого вида топлива перед разгрузкой, а также существующие технологические схемами. Временной промежуток слива нефтепродуктов является одной из важнейших величин, с помощью которой можно составить оптимальные графики загрузки и выгрузки бензовозов.
Светлые нефтепродукты доставляются на АЗС автоцистернами, и далее они сливаются самотеком. При герметизированном сливе под уровень нефтепродукта (рис. 3.1) получение аналитического решения задачи по определению продолжительности слива крайне затруднительно. Подобные задачи решаются численно с реализацией на ЭВМ [18]. Структурная блок-схема реализации разветвленного циклического алгоритма данной задачи представлен на рис. 3.2.
Рис. 3.1. Расчетная схема к определению времени самотечного слива бензина на АЗС
25
Рис. 3.2. Структурная схема вычисления времени слива бензина
26
Блок 1. Ввод исходных данных: длина lт и диаметр dт приемного трубопровода АЗС; длина l и диаметр d рукава автоцистерны; длина l0 и диаметр d0 сливного патрубка; расстояние по вертикали между нижней образующей автоцистерны и поверхностью нефтепродукта в приемном резервуаре в момент на-
n
чала слива h(0); сумма местных сопротивлений ∑ξi , плотность бензина ρб; на-
i=1
чальный уровень бензина в резервуаре АЗС zр(0), эквивалентная шероховатость Кэ; размеры малой оси В, большой оси А и длина автоцистерны Lц; диаметр dр и длина Lр приемного резервуара; атмосферное давление Pa ; давление насыщен-
ных паров бензина Рs ; кинематическая вязкость бензина ν =0,7·10-6; регулируемое давление дыхательного клапана Pкд.А ; коэффициент Лейбензона m.
Блок 2. Расчет величин, входящих в трансцендентное уравнение. Вычисляются значения коэффициента гидравлического сопротивления рукава автоцистерны λу , значение функции f (A* ), коэффициент расхода сливной комму-
никации µра , относительный уровень в резервуаре z (0) в зависимости от коэффициента m. В зависимости от значения z (0) определяются начальный уровень бензина V (0), в приемном резервуаре, объем бензина в приемном резер-
вуаре V.
Блок 3. Решение уравнения вида (3.7) с заданной точностью.
Блок 4. Пересчет характеристик сливной коммуникации. Рассчитываются значения изменения высоты в резервуаре ∆zр , средняя скорость бензина υср
в приемном трубопроводе, устанавливается фактический режим движения, определяется новое значение коэффициента расхода сливной коммуникации µ*ра .
При разнице /µра − µ*ра / ≤ 0,01 переходим к блоку 5, в противном случае, воз-
вращаемся к блоку 2.
Блок 5. Расчет времени слива. Определяется площадь сечения сливного трубопровода fт и время полного слива автоцистерны τ .
Необходимо определить продолжительность слива бензина из автоцистерны АЦ-10-260 при следующих исходных данных.
1.Приемный трубопровод резервуара АЗС:
длина lт=3 м; диаметр dт=0,104 м.
2.Рукав автоцистерны:
длина l=3 м; диаметр d, м.
3. Сливной патрубок: длина l0=0,3 м; диаметр d0, м.
27
n
4.Сумма местных сопротивлений ∑ξi .
i=1
5.Плотность бензина ρб, кг/м3.
6.Начальный уровень бензина в резервуаре АЗС zр(0), м.
7.Расстояние по вертикали между нижней образующей автоцистерны и поверхностью нефтепродукта в приемном резервуаре в момент начала слива h(0)=4м.
8.Эквивалентная шероховатость Кэ=0,2 мм.
9.Параметры цистерны:
А=2,17м; В=1,63м; Lц=4,3м.
10. Параметры приемного резервуара: диаметр dр=2,76м;
длина Lр=4,278м.
Резервуар вместимостью 25 м3 оснащен дыхательным клапаном АЗТ 5- 890-820, Pкд.А =10кПа. Атмосферное давление Pa =101325 Па, давление насы-
щенных |
паров |
бензина |
Рs =99500 Па. Кинематическая вязкость |
бензина |
||||||||||||||
ν =0,7·10-6 м2/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения параметров d, d0, ρб, zр(0), ∑ξi принимаются в зависимости от |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
варианта по табл. 3.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вари- |
d0, м |
ρб, |
3 |
∑ξi |
|
zр(0) |
d, м |
Вари- |
d0, м |
ρб, |
3 |
∑ξi |
zр(0) |
|
d, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
ант |
|
|
кг/м |
i=1 |
|
|
|
ант |
|
кг/м |
i=1 |
|
|
|
|
||
|
1 |
|
0,08 |
720 |
|
3,00 |
|
0,9 |
0,08 |
16 |
0,065 |
750 |
|
2,25 |
1,05 |
|
0,065 |
|
|
2 |
|
0,079 |
722 |
|
2,95 |
|
0,91 |
0,079 |
17 |
0,064 |
752 |
|
2,20 |
1,06 |
|
0,064 |
|
|
3 |
|
0,078 |
724 |
|
2,90 |
|
0,92 |
0,078 |
18 |
0,063 |
754 |
|
2,15 |
1,07 |
|
0,063 |
|
|
4 |
|
0,077 |
726 |
|
2,85 |
|
0,93 |
0,077 |
19 |
0,062 |
756 |
|
2,10 |
1,08 |
|
0,062 |
|
|
5 |
|
0,076 |
728 |
|
2,80 |
|
0,94 |
0,076 |
20 |
0,061 |
758 |
|
2,05 |
1,09 |
|
0,061 |
|
|
6 |
|
0,075 |
730 |
|
2,75 |
|
0,95 |
0,075 |
21 |
0,06 |
760 |
|
2,00 |
1,1 |
|
0,06 |
|
|
7 |
|
0,074 |
732 |
|
2,70 |
|
0,96 |
0,074 |
22 |
0,059 |
762 |
|
1,95 |
1,11 |
|
0,059 |
|
|
8 |
|
0,073 |
734 |
|
2,65 |
|
0,97 |
0,073 |
23 |
0,058 |
764 |
|
1,90 |
1,12 |
|
0,058 |
|
|
9 |
|
0,072 |
736 |
|
2,60 |
|
0,98 |
0,072 |
24 |
0,057 |
766 |
|
1,85 |
1,13 |
|
0,057 |
|
|
10 |
|
0,071 |
738 |
|
2,55 |
|
0,99 |
0,071 |
25 |
0,056 |
768 |
|
1,80 |
1,14 |
|
0,056 |
|
|
11 |
|
0,07 |
740 |
|
2,50 |
|
1 |
0,07 |
26 |
0,055 |
770 |
|
1,75 |
1,15 |
|
0,055 |
|
|
12 |
|
0,069 |
742 |
|
2,45 |
|
1,01 |
0,069 |
27 |
0,054 |
772 |
|
1,70 |
1,16 |
|
0,054 |
|
|
13 |
|
0,068 |
744 |
|
2,40 |
|
1,02 |
0,068 |
28 |
0,053 |
774 |
|
1,65 |
1,17 |
|
0,053 |
|
|
14 |
|
0,067 |
746 |
|
2,35 |
|
1,03 |
0,067 |
29 |
0,052 |
776 |
|
1,60 |
1,18 |
|
0,052 |
|
|
15 |
|
0,066 |
748 |
|
2,30 |
|
1,04 |
0,066 |
30 |
0,051 |
778 |
|
1,55 |
1,19 |
|
0,051 |
|
28
Находим коэффициент гидравлического сопротивления рукава автоцистерны λу по формуле
λ = 0,0125 . (3.1)
у |
3 d |
|
В зависимости от коэффициента Лейбензона m (режим движения) находят значение функции f (A* ):
1 при m > 0,123;
|
|
|
dт |
|
|
|
f (A* ) = 100,127lg |
|
при m = 0,123; |
(3.2) |
|||
d0 |
||||||
|
|
0,25 |
|
|
||
dт |
|
|
|
при m = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
d0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
В первом приближении рекомендуется принять течение бензина в зоне смешанного трения турбулентного режима (m=0,123).
Принимая в первом приближении λу =λm , находим коэффициент расхода
сливной коммуникации µра по формуле
|
|
n |
dт |
|
4 |
l d |
т |
4 |
λт |
|
|
d |
|
|
4−m |
|
−0,5 |
|||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||||
µ |
ра = 1 |
+ ∑ξi |
|
|
+ λу |
|
|
|
|
|
+ |
|
lm |
+ l0 |
f (A* ) |
|
|
|
|
|
. |
|
di |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
i=1 |
|
|
|
d d |
|
|
dт |
|
dт |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем относительный взлив в резервуаре z (0) , м, по формуле
z (0) = zр (0) .
dр
(3.3)
(3.4)
Находим начальный уровень бензина V (0), м3 в приемном резервуаре:
V (0) = d2L |
|
0,25arcsin2 |
|
(1− |
|
) − (0,5− |
|
|
) |
|
(1− |
|
|
) |
, при |
|
(0) <0,5; |
(3.5) |
|||||||||||||
|
z |
z |
z |
z |
z |
z |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
p |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V (0) = dp2Lp |
0,25 |
π − arcsin2 |
|
(1− |
|
) + 4 |
( |
|
− 0,5) |
|
(1− |
|
) |
, при |
|
||||||||||||||||
z |
z |
z |
z |
z |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
(0) ≥0,5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.6) |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
29