1470
.pdfТак как три последовательно соединенных насоса совместно с подпорным дадут напор свыше 900 м, то к установке принимаем два последовательно соединенных насоса плюс один подпорный. При этом напор, расходуемый насосной станцией на преодоление гид равлических потерь, будет равен 300 • 2 = 600 м. Его и принимаем за расчетный напор станции, т. е. Нст= 600 м.
14. Необходимое число насосных станций
Н4 |
4609,6 |
п = — L |
= 7,68. |
Н600
Таким образом, для обеспечения перекачки по данному трубо проводу требуется 11,41 тепловых и 7,68 насосных станций. Необхо димо округлить полученные значения до целых чисел. Округление лучше делать в большую сторону, так как при этом несколько сни зятся температуры подогрева. Поэтому принимаем п = 8 и птс = 12.
Пример 7.5. Рассчитать оптимальную толщину тепловой изоля ции мазутопровода диаметром 426 мм (5 = 12 мм), длиной 100 км, по которому должен перекачиваться мазут M l00 в количестве 400 т/
ч. Характеристики |
перекачиваемого мазута: р293 = 972 кг/м3, |
Ср = |
|||||||
1926 Дж/(кг-К). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Остальные исходные данные принять следующими: |
|
||||||||
а т = 500 руб/м2; Др |
= |
1,2; q, = 104 Вт/м2; т\т = |
0,7; |
вн =0,15 |
1/год; |
||||
=£из = °Л 1/год; |
риз = 400 кг/м3; а из = 100 руб/м3; Хю = 0,062 Вт/ |
||||||||
(м-К); X |
= 1,211 Вт/(м-К); |
а, = 35 Вт/(м2-К); |
а 0 = |
11,63 Вт/(м2-К); |
|||||
Н = 1,2 м; |
Т н = 363 К; |
Тк = 323 К; Т0 = 273 К; |
А, |
= 15000 руб/год. |
|||||
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
1. По формулам (7.44) вычисляем коэффициенты |
|
||||||||
1 |
+ ■ |
1 |
|
1 |
In 0,426 = 7,57 м-К/Вт; |
||||
Г = • |
|
1п (4 -1 ,2 )- |
|||||||
2-11,63-1,2 |
2-1,211 |
2-0,062 |
|
|
|
|
|||
|
ЕЛ |
|
1 |
1 |
м-К/Вт. |
|
|||
|
1,0,062 |
= 7,65 |
|
||||||
|
|
2 |
1,211/ |
|
|
|
|
2. Необходимая поверхность нагрева тепловых установок по фор муле (7.43)
F = 400000 • 1926 • (363 - 323) ■1,2 = 1467,4 м2. 3600-104 -0,7
3.Капиталовложения в один пункт подогрева по формуле (7.42а)
К1тс =500-1467,4 = 733714 руб.
259
4. Эксплуатационные расходы и приведенные годовые затраты по одному пункту подогрева
Э1тс =0,1-733714 + 15000 = 88371 руб/год;
П1тс = (0,15 + 0,1) • 733714 +15000 = 198428 руб/год
5. Вычисляем постоянные коэффициенты по формулам (7.44),
(7.46) |
|
|
|
А 2 = 100 • 10-3 ■400 • |
• 100 • 103 = 3140000 руб/м2; |
||
А3 = 3 140000-0,4262 = 56984 |
руб; |
||
3,14-100-103 |
198428 |
РУб-м-К |
|
1 400-103 |
. |
363 -273 |
год-Вт ’ |
------------ 1926-In------------- |
|
||
3600 |
|
323-273 |
|
S2 =3140000 |
(0,15 + 0,1) = 785000 руб/(м2-год). |
||
6. Вычисляем правую часть (7.47) |
|
||
|
1495336-7,65 _ |
|
V2-785000
7.Решая методом подбора уравнение (7.47)
DH3-(7,57 + 7,65-lnD H3) = l,554,
находим оптимальный наружный диаметр тепловой изоляции рав ный 541 мм. Соответственно оптимальная толщина тепловой изоля ции составляет
биГ = (541-4 2 6 )/2 = 57,5 мм.
Пример 7.6. Определить толщину тепловой изоляции для ре зервуара РВС 5000 с мазутом М 100. Температура хранения мазута Т хр = 343 К. Температура окружающего воздуха Т0 = 263 К. Высота газового пространства 8Г= 1 м. Эквивалентный коэффициент тепло
проводности газового пространства |
Хэкв =0,58 |
Вт/(м-К). Данные о |
|||
резервуаре и коэффициентах теплообмена: D |
= 22,88 м; |
Нр = 11,74 |
|||
м; а 2 = а 20=12 |
Вт/(м-К); а 3 = 4,7 |
Вт/(м-К); |
а 1с=5,8 |
Вт/(м-К); |
|
а 1к =3 |
Вт/(м-К). Изоляцию выбираем из пенополиуретана с показа |
||||
телями |
риз = 80 |
кг/м3; Я.из =0,035 Вт/(м-К); стиз = 1,5 руб/кг. В ко |
тельной установлены котлы типа ДКВР-4-13 с поверхностью нагрева FK0T= 192 м2 и производительностью q = 20 кг/(м2-ч). Пар имеет энтальпию in =2,692-106 Дж/кг. Энтальпия конденсата iK=0,42-106 Дж/кг; к.п.д. подогрева т|п =0,7 Нормативный коэффициент оку паемости принимаем одинаковым для всех объектов и равным
260
0,19 1/год. Амортизационные отчисления и отчисления на текущий ремонт = £из = 0,082 1/год. Технико-экономические показатели по котельной: стк =550 руб/м2, а 5 = 20000 руб/год, ст6=200 руб/(м2-год).
Решение Оптимальную толщину тепловой изоляции стенки и кровли ре
зервуара вычисляем по формулам (7.51), (7.52):
0,035-80 |
- (0,082 + 0,19) • 550 + 20000 + 200 •3600 |
|
192 |
(0,082 |
+ 0,19) • 80 • 1,5 • 20(2,692 - 0,42)106 • 0,7 |
-0,035 |
Г 1 |
|
1 |
^ |
=0,058 м; |
— + -------- |
|||||
|
^5,8 |
12 + 3 J |
|
||
|
( |
1 |
1 |
+ |
1 |
Ът = 0 ,0 6 4 -0 ,0 3 5 |
0,58 |
+ - |
= -0,008 м. |
||
|
|
3 |
|
12 + 3 |
Отрицательная величина 8ИЗК свидетельствует о том, что тепло вая изоляция кровли экономически нецелесообразна.
Пример 7.7. Определить оптимальные параметры «горячей» пе рекачки 10 млн. т. нефти по трубопроводу с наружным диаметром 530 мм, толщиной стенки 9 мм на расстояние 450 км при Az = 20 м. Свойства перекачиваемой нефти: р293 =945 кг/м3, v293 = 670м м 2/с, v 323 = 85,7 мм2/с. Температура выкачки нефти из резервуаров 295 К. Максимально допустимая начальная температура нефти - 338 К, минимально допустимая конечная - 300 К. Температура грунта на глубине заложения нефтепровода - 275 К. Глубину заложения тру бопровода, теплофизические свойства грунта и тепловой изоляции принять по условию примера 7.5.
Решение 1. Ориентировочное число насосных станций
г |
= 450 |
, |
_ 450 |
mi" |
1 5() |
> шах |
5() |
2. Ориентировочная величина объемного часового расхода в неф тепроводе по формуле (5.2)
10- 109
Q4 = 24-356-945 = 1239 м3/ч
261
и секундный расход по формуле (5.7)
1239
Q = —— = 0,344 м3/с. 3600
3. По найденному расходу определяем тип насосов. В качестве основных принимаем насосы НМ 1250-260 с ротором Д 2 = 418 мм (Н0
= 298,8 м; а = 0; в = -34,8-1 O'6 |
ч2/м 5; |
ns = 75; п |
= 3000 об/мин), а в |
||
качестве подпорных НПВ 1250 |
- 60 с ротором Д 2 = 475 мм (Н0 = |
||||
59,9 м; а = 0; в = -0,89-10'5 ч2/м 5; ns =105 ; п = |
1500 об/мин). |
||||
4. Определяем вязкость нефти, при превышении которой пере |
|||||
счет напорных характеристик насосов необходим. |
|||||
Для НМ 1250 - 260 по формуле (7.69) |
|
||||
v |
нм |
3000 - 0,4182 |
-750,305 |
м2/с. |
|
п |
= --------------------------- |
103-10-6 |
|||
|
19 • 106 |
|
|
Для НПВ 1250 - 60 по аналогии
|
нпв |
1500-0,4752 -Ю50,305 |
|
|
V п |
19 *106 |
= 73,7 -10-6 м2/с. |
|
|
|
|
5. |
Определим вязкость нефти при температуре ее выкачки из |
||
резервуара. Крутизна вискограммы нефти по формуле (1.10) |
|||
|
|
и = ------!-------In — = 0,0686 1/К. |
|
|
|
323 -293 |
85,7 |
Вязкость нефти при температуре выкачки по формуле (1.9)
vp = 670 -exp[-0,0686(295 -293)] = 584,l мм2/с.
Так как vp >v™B, то пересчет напорной характеристики НПВ 1250-60 необходим.
6. Для насоса НПВ 1250 - 60 число Рейнольдса по формуле (3.18)
„ нпв |
1500-0,4752 |
ReH |
= ----------------- -Г =9657, |
|
60-584,1-10"6 |
а переходное число Рейнольдса по формуле (3.18а)
Ren = 3,16 • 105 • 105"0,305 = 76423 .
7. Коэффициенты пересчета напора и подачи по формулам (3.20)
k „ = l - 0 , 1 2 8 l g ^ ^ = 0,885; 9657
kQ =0,885 • =0,833.
Коэффициенты в напорной характеристике подпорного насоса по формулам (3.21):
262
H ov = 0,885 -59,9 = 53,0 м;
0 |
8K S |
в = -0,89 • 10"5 • |
= -1,14 • 10-5 ч2/м 5. |
v0,8332
9.Напор подпорного насоса НПВ 1250 - 60 при расчетной пода че по формуле (3.1)
H2v = 53,0 —1,14-10-5 -12392 =35,5 м.
10. При начальной температуре нефти, равной максимально до пустимой Т н=338 К, кинематическая вязкость по формуле (1.9)
vH= 85,7 • exp[-0,0686(338 - 323)] = 30,6 мм2/с.
Так как vH< v"M, то пересчитывать напорную характеристику основных насосов нет необходимости.
11. Напор одного основного насоса при расчетной подаче по формуле (3.1)
hMH= 298,8 - 34,8 • 1 ( Г 6 ■12392 = 245,4 м.
12. Плотность перекачиваемой нефти при начальной температу ре и температуре выкачки по формуле (1.2):
рн =945+ 0,581 (293-338) = 918,9 кг/м3; Рвык = 945 + 0,581 • (293 - 295) = 943,8 кг/м3.
13. Рабочее давление головной насосной станции по формуле
(7.70) при ш мн = 3 Р = 9,81-(918,9-3-245,4 + 943,8-35,5) = 6,97-106 Па.
Как видно, рабочее давление превышает предельно допустимую величину на 0,57-10б Па. Поэтому уменьшаем количество работаю щих основных насосов до т мн = 2, но берем ротор наибольшего диа метра Д2 = 460 мм (Н0 = 316,8 м; а = 0; в = -41,9 *10-6 ч2/м 5; ns =75).
14. Напор основного насоса при роторе с Д 2 = 460 мм hMH= 3 1 6 ,8 -4 1 ,9 -1СГ6 -12392 =252,5 м.
и рабочее давление головной насосной станции при т мн = 2 по фор муле (7.70)
Р = 9,81 (918,9 - 2 - 252,5 + 943,8-35,5) = 4,88-106 Па.
В этом случае трубопровод значительно недогружен по давле нию. Поэтому принимаем решение об обточке роторов основных насосов диаметром 418 мм.
15. Необходимый напор одного основного насоса с обточенным рабочим колесом
263
h* |
245,4 |
0,57-106 |
224,3 м. |
3-918,9-9,81
16.Необходимый диаметр обточенного ротора по формуле (5.35)
д > |
0 , ш ] 224’3 +34’8 ' 0^ ™ * =0.403 м. |
|
2 |
V |
298,8 |
Это на 3,6 % меньше исходного диаметра, что вполне допустимо. 17. Таким образом, напор насосной станции по формуле (7.64)
|
|
Hcmv =3-224,3 |
= 672,9 |
м. |
|
||
18. Средняя вязкость нефти при выбранной Т н |
и числе насос |
||||||
ных станций п = 3 по формуле (7.72) |
|
|
|||||
vЧ>3 |
(35,5 + 3 -6 7 2 ,9 -2 0 -3 0 ) |
5,64-10-6 м2/с. |
|||||
0,0246-0,3441’75-450000 |
|||||||
|
|
|
|||||
Аналогично при числе НС от 4 до 9 находим: |
|
||||||
Vcp4 =17,9 |
мм2/с; |
=44,0 |
мм2/с; |
=91,5 |
мм2/с; |
||
vep7 =169,9 |
мм2/с; |
=290,2 |
мм2/с; |
=465,4 мм2/с. |
19. По формуле (7.60) находим среднюю температуру перекачки, соответствующую найденной средней вязкости. При числе насос ных станций, равном 3,
|
1 |
5 |
64 |
= 362,7 |
К. |
Т = 3 2 3 - |
1 п |
^ |
|||
4,1 |
0,0686 |
85,7 |
|
|
|
Аналогично находим: Т |
=345,8 |
К; |
Т |
=332,7 |
К; Т =322,0 К; |
т =313,0 К; Т =305,2 |
К; Т |
=298,3 |
К. |
|
Так как при выбранной начальной температуре и числе НС рав ном 3,4 и 5 средние температуры перекачки превышают максималь но допустимую температуру нагрева нефти, то дальнейшие расчеты по этим вариантам делать не надо. Вариант с числом НС равном 9 также в дальнейшем не рассматриваем, т. к. TCft меньше минималь
но допустимой температуре нефти. |
|
|
20. |
Для числа НС, равного 6, 7 и 8, по формуле (7.73) находим |
|
соответствующие значения конечной температуры. При числе НС, |
||
равном 6, |
|
|
|
ТКб = 0,5(3 -322 -338) |
= 314 К. |
Аналогично вычисляем: Тк? = 300,5 К и |
Т = 288,8 К. |
По результатам данного расчета из дальнейшего рассмотрения
264
исключаем вариант с 8 насосными станциями, т. к. Тк меньше ми нимально допустимой температуры.
Итак, из семи вариантов расчета при Т = 338 К достаточно рассмотреть в дальнейшем только два.
21. Вычисляем коэффициенты Г и Е по формулам (7.41):
Г = |
1 |
In(4 -1,2) |
! |
In0,53 = 5,80 м-К/Вт; |
|
+ |
|||||
|
2-11,63-1,2 |
2 - 1,211 v |
; |
2-0,062 |
|
|
Е |
1 |
1 |
} |
м-К/Вт. |
|
|
|
= 7,65 |
20,062 1,211,
22.Теплоемкость нефти при средней температуре перекачки 322 К, соответствующей перекачке 6-ю насосными станциями, по формуле (1.5)
СР6 = ^= = -(7 6 2 + 3,39 • 322) = 1903 Дж/кг-К.
23.Для варианта с 6-ю насосными станциями при коэффициен
те кратности cpN= 1 по формуле (7.74)
|
( |
|
|
|
\ |
D(,) = exp |
1 |
3,14 |
-450000 |
-5 ,8 |
= 0,52 м. |
|
|
-ЗТО_ 97с |
|||
И16 |
7,65 |
6-1-0,344-945 |
|
|
|
|
-1903-In |
|
У |
||
|
l |
|
314 -275 |
|
|
Так как D(1) < |
D H, то в тепловой изоляции нет необходимости, |
т. е. 5 ^ = 0. В'связи с этим необходимо уточнить начальную и ко нечную температуры нефти при сохранении ее средней величины.
24. |
По формуле (7.40) |
|
|
— = 5,8 + 7,65 - In 0,53 = 0,943 |
м-К/Вт. |
|
кб |
|
25. |
Число Шухова по формуле (7.75) |
|
|
3,14-450000 |
= 0,404 |
|
Шу = |
|
|
0,943 ■6 -1 ■0,344 - 945 -1903 |
26. Уточненное значение начальной температуры нефти по фор муле (7.62)
О 404
ТУ =275+ (322-275), ’ w = 332,1 К,
1 —е ’
265
а уточненная величина конечной температуры по формуле (7.1)
=275 +(332,1-275)е-°>404 =313,1 К.
Уточненная величина средней температуры перекачки
= i(3 3 2 ,l + 2-313,1) = 319,4 К,
что практически совпадает с ранее найденной.
Учитывая предварительный характер расчетов, возможным из менением hмн пренебрегаем. Тем более, что сохранение величин h[,H и Нст неизменными обеспечивается уменьшением степени обточки ротора основных насосов.
27.Увеличение (pN и числа НС ведет к уменьшению расчетной
величины DH3 по сравнению D(1) Следовательно, в вариантах с п = 6 и (pN= 2...5, а также п = 7 и cpN = 1...5 тепловая изоляция тоже не нужна, но и здесь требуется уточнить Тн и Тк. Расчеты выполняют ся аналогично. Их результаты приведены в табл. 7.4.
Таблица 7.4
Результаты расчетов по вариантам с различными числами насосных станций, пунктов подогрева и начальной температуры нефти
т „ , к |
Число |
т . , к |
Фы |
Толщина тепловой |
ГР = П - S3, |
|
насосных |
изоляции, мм |
тыс.руб/год |
||||
|
станций |
|
|
расчетная |
принятая |
|
332,1 |
|
313,1 |
1 |
- |
- |
13251,2 |
326,9 |
6 |
317,4 |
2 |
- |
- |
13830,0 |
325,2 |
318,9 |
3 |
- |
- |
14032,4 |
|
324,4 |
|
319,7 |
4 |
- |
- |
14239,8 |
323,9 |
|
320,1 |
5 |
- |
- |
14394,0 |
320,1 |
|
306,7 |
1 |
- |
- |
13329,7 |
316,4 |
|
309,8 |
2 |
- |
- |
13852,5 |
315,3 |
7 |
310,8 |
3 |
- |
- |
14057,1 |
314,7 |
|
311,4 |
4 |
- |
- |
14261,4 |
314,4 |
|
311,7 |
5 |
- |
- |
14665,5 |
327,0 |
|
320,0 |
1 |
65 |
65 |
13052,3 |
326,4 |
6 |
317,0 |
2 |
14 |
0 |
13383,2 |
325,6 |
319,2 |
3 |
- |
- |
13632,4 |
|
324,8 |
|
320,0 |
4 |
- |
- |
13902,1 |
324,3 |
|
320,5 |
5 |
- |
- |
14101,2 |
320,5 |
|
307,0 |
1 |
- |
— |
12968,5 |
316,8 |
|
310,1 |
2 |
— |
- |
13251,0 |
315,6 |
7 |
311,1 |
3 |
— |
- |
13499,7 |
315,0 |
|
311,7 |
4 |
- |
— |
13742,1 |
314,7 |
|
312,0 |
5 |
- |
- |
13978,6 |
Для каждого из вариантов сочетания параметров Тн, Тк, n, (pN и DH3 необходимо определить суммарные годовые приведенные затра-
266
ты. Сделаем это на примере ряда: Т н = 327 К; Тк = 320 К; п = 6;
q>N = 1; |
= |
м - |
28. |
Необходимая поверхность нагрева тепловых установок по |
формуле (7.43)
1239-945-1904,2 • (327 - 320) • 1,2
= 754,6 м2.
3600-104 -0,7
29.Капиталовложения в один пункт подогрева по формуле (7.42а)
К1тс = 500 754,6 = 377300 руб.
30.Приведенные годовые затраты в один пункт подогрева по формуле (7.43в)
П1тс = (0,15 + 0,1) 377300 + 15000 = 109325 руб/год.
31.Постоянные числовые коэффициенты по формулам (7.44) и (7.46)
А2 = 100 • 10 '3 • 400 ■^ |
■450000 = 14130000 руб/м2; |
||||
|
А3 = |
14130000 |
0,522 = 3969117 руб; |
|
|
0 |
3,14-450000-109325 |
|
|||
|
|
|
|
=1769584; |
|
1" |
1239-945 |
1904,2-In 327 -273 |
|
||
|
3600 |
|
320-273 |
|
|
S2 = 14130000 |
(0,15 + 0,1) = 3532500 руб/(м2 |
год). |
|||
32. Суммарные приведенные годовые затраты в пункты подогре |
|||||
ва и тепловую изоляцию по формуле (7.45) за вычетом величины S3 |
|||||
равны |
|
|
|
|
|
П1 = |
1769584 |
+ 3532500• 0,66 = 1606265 |
руб/год |
||
|
|
||||
5,8 + 7,65 - In 0,66 |
|
|
|||
33. Так как основные затраты электроэнергии на перекачку связа |
|||||
ны с работой насосов НМ |
1250-260, то в формуле (7.83) надо использо |
вать их к. п. д. Произведем его пересчет с воды на высоковязкую нефть.
Для НМ |
1250-260 коэф ф ициенты |
в формуле (3.3) равны |
||
С0 = 0,206; С, |
= 11,3 |
10-4 ч/м3; С2 = - 5 |
10'7 ч2/м 6. |
|
По формулам (3.20): |
|
|
||
|
Rem = 0,224 • 105 • 750’384 =117563; |
7 |
||
|
гр |
7 |
|
a n = 1,33-75-0’326 =0,326.
Кинематическая вязкость перекачиваемой нефти при темпера туре Тн = 327 К по формуле (1.9)
vH= 670 ■exp [-0,0686 • (327 - 293)] = 65,0 мм2/с
Число Рейнольдса, характеризующее течение нефти в рабочем колесе, по формуле (3.18)
267