1470
.pdf2. Длина горизонтального трубопровода, на которой будет из расходован напор одной насосной станции, по формуле (5.47) с уче том, что icp. = l,02-icp.
с = - |
672,9 |
= 64702 м. |
|
|
1,02-0,0104 |
3. Выполняем построения по расстановке насосных станций на профиле трассы по методике, описанной в главе 5, и находим длины
перегонов, а также перепады |
высот |
между ними: |
= |
62200 м; |
Az,= 20 м; £2 = 64800 м; Az2 = |
-5 м; |
£ъ = 64000 м; |
Дг3 = |
5 м; £А = |
64000 м; A Z 4= 7,5 м; £5= 67000 м; Az5 = -7,5 м; £6= 66000 м; Az6 = 2 м; £7= 62000 м; A Z 7 = -2 м.
4. Располагаемые потери напора на трение для первого перегона между станциями по формуле (7.57)
h, = 672,9 - 20 = 652,9 м, для последнего перегона по формуле (7.58)
h7 = 35,5 + 672,9 + 2 - 30 = 680,4 м. Для остальных перегонов по формуле (7.57) находим h2 = 677,9 м; h3 = 667,9 м; h4 = 665,4 м;
h5 = 680,4 м; h6 = 670,9 м.
5. Полагая, что течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима (р = 0,0246, m = 0,25) по формуле (7.59) для первого перегона между насосными станциями находим
652,9-0,512 4.75 \0Д5
VcPi |
= 174,М О -6 м2/с. |
|
0,0246- 0,344175 -62200 |
||
|
6. Проверяем правильность выбора величин р и ш. Число Рей нольдса по формуле (5.10)
Re, |
4-0,344 |
= 4916. |
|
|
3,14-0,512-174,1-10"6 |
Так как первое переходное число Рейнольдса Re, обычно со ставляет несколько десятков тысяч, то 2320 < Re, < Re, и, следова тельно, выбор величин р и m сделан верно.
7. Для других перегонов между насосными станциями аналогич но находим
VCP2 =171,1-10- |
м2/с; v |
с р 3 |
=169,9 10- |
м2/с; |
vm |
= 167,4-10" |
м!/с; |
|
’ |
|
Ср4 |
’ |
|
||
=152,3 1 (Г6 м2/с; |
Vq4 =150-10^ |
м!/с; |
|
= 207,7-10^ |
мг/с. |
8. Средняя температура нефти на перегоне, обслуживаемом го ловной насосной станцией, по формуле (7.60)
269
Т |
= 3 2 3 - |
1 |
|ПП Ц ;1 0 1 = 312, 7 к. |
|
0,0686 |
». |
, |
||
ср' |
|
|
85,7-10"6 |
Для остальных перегонов аналогично находим:
Т1Р! =312,9 К; Тср) =313,0 К; Тср_ =313,2 К;
Тср, =314,6 К; Тад =314,8 К; Ttpi =310,1 К.
9. Теплоемкость нефти при средней температуре нефти на пер вом перегоне между станциями по формуле (1.5)
С |
|
= 39^56. (762 + 3,39 - 312,7) = 2345 |
Дж |
|
PI |
кг К ' |
|||
|
л/945 |
|||
|
|
Дж у
Для остальных перегонов аналогично находим
кг-К J ’
С=2346; С =2346,4; С =2347,2;
СРз =2353;5 СРб =2354;’ СР7 =2334.
10.Число Шухова для первого перегона между насосными стан циями по формуле (7.61)
|
___________ 3,14-62200___________ |
|
|||||
|
Ш у,= |
|
|
|
|
= 0,272. |
|
|
0,344 • 945 • 2345 • (5,8 + 7,65 • In 0,53) |
|
|||||
Для других перегонов аналогично находим: |
|
||||||
|
Шу2 = 0,283; Шу3 = 0,279; Шу4 = 0,279; |
|
|||||
|
Шу5 = 0,292; Шу6 = 0,287; Шу7 = 0,272. |
|
|||||
11. |
Начальная температура нефти на первом перегоне между стан |
||||||
циями по формуле (7.62) |
|
|
|
|
|
||
|
Т „ ,= 2 7 5 + °-2721^ |
г+275) = 318,1 К. |
|||||
Аналогично для других перегонов находим: |
|
||||||
|
ТН2 =318,5 |
К; |
THj =318,6 |
К; |
Т„4 =318,8 |
К; |
|
|
ТН5 =320,7 |
К; |
ТНб =320,8 |
К; |
Тн? =315,1 |
К. |
Поскольку найденные величины меньше максимально допустимой величины, то расчет можно продолжать.
12. Конечная температура нефти на первом перегоне между на сосными станциями по формуле (7.1)
ТК| = 275 + (318,1-275)-е-0,272 =307,8 К.
270
Для других перегонов аналогично находим:
TKi =307,8 К; TKj =308,0 К; Т Ка =308,2 К;
TKj =309,1 К; ТКб =309,4 К; ТК7 =305,6 К.
Поскольку найденные величины больше минимально допустимой конечной температуры, то уточнять их нет необходимости.
Пример 7.9. Определить оптимальные параметры «горячей» пе рекачки по нефтепроводу длиной 100 км с только одной головной насосно-тепловой станцией. Остальные исходные данные приять по примеру 7.7.
Решение 1. Средняя вязкость нефти в трубопроводе по формуле (7.72)
4
(35,5 + 672,9 - 2 0 - 3 0 ) - 0 ,5124,75
V cp
= 26,9 -10-6 м2/с
0,0246-0,3441’75 100000
2. Соответствующая средняя температура нефти в трубопроводе по формуле (7.60)
Т = 3 2 3 - |
1 |
l n 26,9 1 Q = 3 3 9 9 к> |
|
0,0686 |
85,7 -10-6 |
|
|
ср |
|
||
3. Теплоемкость нефти при этой температуре |
|
||
'ЗО |
(762 + 3,39 -339,9) = 2463 |
ттж |
|
С „= ^ = г |
^ |
||
Р V945 |
' |
" |
кг-К |
4. Вычисляем расчетный коэффициент по формуле (7.63)
So = |
500-3,14-100000-1,2 |
■(0,12 + 0,1) - (339,9 —275) = |
|
|
10000-0,7 |
руб•м - К
= 384282
год ■Вт
5. Расчетные коэффициенты А2 и S2 по формулам (7.44) и (7.46), соответственно
3 14 |
DV6 |
А 2 = 100 • 10-3 • 400 - - — 100000 = 3140000 |
; |
м
руб
S2 = 3140000 • (0,12 + 0,1) = 690800
м -год
271
6. Левая часть неравенства (7.46)
DH(Г + Е • In DH) = 0,53 • (5,8 + 7,65 ■In 0,53) = 0,50
Вт
7. Правая часть неравенства (7.46)
[SpE_ |
/384282-7,65 _ |
|
46 м2 -К |
2S2 ~ \ |
2-690800 ~ |
’ |
Вт |
Так как 0,50 < 1,46, то, следовательно, неравенство (7.46) выполня ется и применение тепловой изоляции экономически целесообразно.
8. Задаваясь различными величинами DH3 , находим значение DH3 =0,633 м, при котором достигается равенство левой и правой частей уравнения (7.65).
Пример 7.10. Рассчитать кинематическую вязкость смеси нефти вязкостью 43,1 мм2/с и плотностью 850 кг/м 3 с 10% об. с бензино вым отгоном вязкостью 1 мм2/с и плотностью 750 кг/м 3.
Решение
1. Находим весовую концентрацию разбавителя в смеси по фор муле (7.81)
К. = |
750-0,1 |
0,0893. |
850-0,1 -(850 -750)
2.Подставляя найденную величину К в в формулу (7.80), получа
ем
lglg(vCM+ 0,6) = (1-0,0893) • lglg(43,l + 0,6) + 0,0893 • lglg(l + 0,6)
lg lg(vCM+ 0,6) = 0,134 ;
VCM= 1010" 37 - 0,6 = 22,4 MM2/ C
3. Величина эмпирического коэффициента в формуле (7.66)
а |
]_ |
43,1 |
l n ^ = - L In |
6,55. |
КVCM 0,1 22,4
Пользуясь найденной величиной коэффициента а, можно по формуле (7.78) найти vCMи при других концентрациях бензинового отгона.
Пример 7.11. Определить оптимальную концентрацию разбави теля плотностью 810 кг/м3, при перекачке 18 млн. т высоковязкой нефти по трубопроводу диаметром 720 мм (5 = 9 мм) на расстояние
272
600 км. Кинематическая вязкость перекачиваемой нефти при рас четной температуре равна 700 мм2/с, плотность - 930 кг/м3, коэффи циент а = 6.
Принять |
AZ = 30 |
м; Нкп=40 м; |
енс= 0,12 1/год; |
£пс = 0,0981/ |
год; ер= 0,12 1/год;; |
=0,108 1/год; |
Ср =20 руб/м3; |
а э= 500 руб/ |
|
кВт ч; а эд = |
39 руб/кВт-ч. |
|
|
Решение
1.По табл. 5.1 находим, что расчетное число суток перекачки для проектируемого нефтепровода составляет 354.
2.Задаемся концентрацией разбавителя К = 0,1.
3.Плотность смеси по формуле (7.82)
рсм = 930-(1-0,1) + 810-0,1 = 918 кг/м3
4. Кинематическая вязкость смеси по формуле (7.78)
veu = 700- е ^ - 1=384,2 |
ммг/с. |
|
5. Часовая производительность по высоковязкой нефти с ис |
||
пользованием формулы (5.2) |
|
|
Q, |
18-Ю9 |
|
= 2278 м3/ч, |
||
24-354-930 |
|
|
а секундная производительность |
|
|
|
2278 |
|
Qv = |
= 0,633 м3/ч. |
|
3600 |
|
|
6. Соответствующие расходы смеси по формуле (7.83): |
||
Q H см |
2278 = 2531 |
м3/ч; |
|
1- 0,1 |
|
0633 = 703 MJ
“1- 0,1
7.По расходу QCM предварительно выбираем насосы: основные
типа НМ 2500 - 230 с диаметром ротора D2 = 430 мм (Н0 = 287,9 м; а = 0; в = 9,47-1 O'* ч2/м 5; ns =109; п = 3000 об/мин) и подпорные типа НПВ 2500-80 с ротором диаметром D 2 = 820 мм (Н0 = 113,3 м; а = 0; в = 5,36-10-6 ч2/м 5; ns =120,6; п = 1500 об/мин).
8. Найдем коэффициенты пересчета характеристики основных насосов.
Число Рейнольдса по формуле (3.16)
273
Re = 3000 :°14-3L = 24063.
60-384,2-10^
Переходное число Рейнольдса по формуле (3.17)
Ren = 3,16• 105 -109-0*305 =75557.
Так как ReH< Ren, то пересчет напорной характеристики необ ходим. По формулам (3.19) коэффициент пересчета напора
1 |
= 0,936, |
kH= 1 —0,1281g- |
|
24063 |
|
а коэффициент пересчета подачи
kQ=0,936l>5 = 0,906.
По аналогии для подпорных насосов находим:
ReH=43753; Ren = 73262; kH= 0,971; kQ =0,957
9. Проверяем правильность предварительного выбора насосов. Для основных насосов:
0,8 ■KQ • QHOM= 0,8 • 0,906 • 2500 = 1812 м3/ч ;
1.2 • KQ • QHOl( = 1,2■ 0,906 • 2500 = 2871 м3/ч.
Так как 1812 < 2531 < 2718, то тип основных насосов выбран правильно. Для подпорных насосов
0,8-K Q -QHOM= 0,8-0,957• 2500 = 1914 м3/ч,
1.2 •Кр ■ = 1,2 •0,957 •2500 = 2871 м3/ч.
Так как 1914 < 2531 < 2871, то тип подпорных насосов также выбран правильно.
10. Коэффициенты напорных характеристик насосов по форму ле (3.21): для НМ 2500 - 230
Hv =0,936-287,9 = 269,5 м;
в =9,47 Ю-6- 0,936 = 10,8-КГ6 ч2/м 5. 0.9062
для НПВ 2500 - 80
Н„ =0,971-113,3 = 110,0 м;
в =5,36-1 O'5 0,9712 = 5,68 -10-6 ч!/м 5. 0,957
274
11.Напоры насосов при перекачке смеси по формуле (3.1): ЬМНм= 269,5 -10,8 • 10"6 • 25312 = 200,3 м;
Н2см = 110,0 - 5,68 • 1О^5• 25312 = 73,6 м.
12.Рабочее давление головной насосной станции при перекачке
смеси по формуле (5.4) при ш мн = 3
р = 918 • 9,81 • (3 • 200,3 + 73,6) = 6,07 • 10б Па
Так как Р < 6 ,4 МПа, то количество основных насосов на стан циях выбрано правильно.
13.Напор одной насосной станции по формуле (5.30)
Н=3-200,3 = 600,9 м
14.Определим режим течения смеси в трубопроводе. Внутрен ний диаметр трубопровода по формуле (5.6)
6 = 0,7 2 -2 -0 ,0 0 9 = 0,702 м
Средняя скорость перекачки по формуле (5.8)
4-0,703
= 1,82 м/с
3,14-0,7022
Число Рейнольдса по формуле (5.10)
1,82-0,702 = з з 25
Re
384,2-10-6
Так как течение соответствует зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима, то в формуле (5.16) р = 0,0246; ш = 0,25.
15.Потери напора на трение и местные сопротивления при пе
рекачке высоковязкой нефти в том же режиме, что и смеси
,, Л л^ „ 0 ,6 3 3 ,’75(700-10^)°’25-600000
h |
= 1,02-0,0246—--------------------Yii--------------- |
= 5916 м |
н |
0,7024,5 |
|
16. Расчетное число насосных станций по формуле (7.74)
-6-0,25-0,1
5916—------- ^ + 30 + 1(40 -73,6)
(1- 0, 1) ’ |
= 10,9 |
|
600,9 |
17.Напор, необходимый для перекачки смеси
нст = Н СТсм п = 600,9■ !0,2 = 6129 м
275
18. Так как основные затраты электроэнергии на перекачку связа ны с работой насосов НМ 2500 - 230, то в формуле (7.88) используется их к. п. д. Произведем его пересчет с воды на высоковязкую нефть.
Для НМ 2500 - 230 коэффициенты в формуле (3.3):
С0 = 6,86• 10-2; С ,= 7,1Ы < Г ‘ ч/м 1; Сг = -1 5 ,6 3 -КГ8 ч!/м 6.
По формулам (3.20):
Re^ =0,224-105 -109о>384 =135713 ;
а п =1,33-ЮР”0,326 =0,288.
Коэффициенты пересчета к. п. д. по формуле (3.19)
Кп = 1 -0 ,2 8 8 lg 135713 =0,784
п6 24063
Коэффициенты в уравнении (3.3) для случая перекачки смеси по формулам (3.21)
C0V= 0 ,784-6,86 10-2 ; С,„ = 7 ,1 1 - 1 < Г '£ ^ ч/м !;
|
0,906 |
С, = -15,63 |
10"8 ° ’784, = -14,93 10'" чг/м 6. |
2v |
0,906 |
Величина к. п. д. основных насосов при перекачке смеси в соот ветствии с формулой (3.3)
Лvc« =5,38-10"2 + 6 ,15-10-4 -2531-14,93-10"8 -25312 =0,654
19. Мощность, потребляемая при перекачке смеси, по формуле (7.76)
N = 918-9,810,73-6129 |
59,3-106 Вт |
0,654 |
|
20. Суточный объем перекачки высоковязкой нефти
Vc = 2278-24 = 54672 м3.
21. Объем резервуарного парка головной насосной станции для высоковязкой нефти
V0 =2-54672 = 109344 м3.
22. По табл. 1.15 для случая строительства насосных станций на новой площадке находим 0 ^ = 8 0 7 7 тыс. руб, Спнс=2170 тыс. руб и подставляем в формулы (7.77), (7.89)
276
П нс =[8077+ 2170-(10,9-1)] (0,12 + 0,098) +
+20 • 10"3 ■109344 • (0,12 + 0,108) +
+10'3 •59,3 -106(39 + 8400 -0,011) 10~3 =14782 ™ Cpy6
год
П= 14782 + 2-0,1 • 54672 • 2 0 -10“3-(0,12 + 0,108) =
=14832
год
23. Расчеты при других величинах концентрации разбавителя выполняются аналогично. Их результаты приведены в табл. 7.5.
Таблица 7.5
Влияние концентрации разбавителя на технико-экономические показатели нефтепровода
К |
vCM, мм2/с |
Q |
CM |
l^MHCM»М |
Н2см , м |
N0 , тыс. кВт |
П, млн. руб/год |
|
|
» М |
|
|
|
||
0 |
700,0 |
|
0,633 |
199,7 |
74,6 |
44,1 |
11242 |
0,01 |
659,2 |
|
0,639 |
199,9 |
74,6 |
44,0 |
10795 |
0,02 |
620,8 |
|
0,646 |
200,9 |
74,6 |
43,6 |
10280 |
0,03 |
584,7 |
|
0,653 |
200,1 |
74,6 |
41,4 |
9568 |
0,04 |
550,6 |
|
0,659 |
201,3 |
74,5 |
60,9 |
14560 |
0,05 |
518,6 |
|
0,666 |
201,0 |
74,4 |
60,6 |
14477 |
0,06 |
488,4 |
|
0,673 |
200,6 |
74,2 |
60,2 |
14457 |
0,07 |
459,9 |
|
0,681 |
200,5 |
74,1 |
59,8 |
14438 |
0,08 |
433,2 |
|
0,688 |
200,5 |
74,0 |
59,6 |
14417 |
0,09 |
407,9 |
|
0,696 |
200,4 |
73,8 |
59,5 |
14583 |
0,1 |
384,2 |
|
0,703 |
200,3 |
73,6 |
59,3 |
14832 |
0,2 |
210,8 |
|
0,791 |
197,6 |
69,8 |
66,8 |
15871 |
Из выполненного расчета следует, что оптимальной в данном случае является концентрация разбавителя Копт = 0,03.
Пример 7.12. Определить продолжительность полного вытесне ния нефти вязкостью 0,005 м2/с и плотностью 950 кг/м3 из участка трубопровода длиной 100 км, диаметром 0,513 м с Az = 20 м. На насосной станции установлены подпорные насосы НПВ 2500-80 (Н0 = 79,7 м; а = 0; в = 1 10"6 ч2/м 5) и основные насосы НМ 2500-230 (Н0 = 281,5 м; а = 0; в = 8,32 10 6 ч2/м 5), включенные последова тельно. Максимально допустимое давление в нефтепроводе равно
277
6,4 МПа; остаточный напор равен 30 м. Вытеснение производится водой.
Решение 1. Полагая, что на насосной станции последовательно включены
3 основных насоса, вычисляем коэффициенты в ее напорной харак теристике
А = 79,7 + 3 |
281,5 = 924,4 м; |
|
||
Б = 1 10-67+ 3 |
8,32 |
10-6 = |
26,0 10-6 ч2/м 5 = |
93456 с2/м 5. |
2. Расход в трубопроводе в начале I этапа вытеснения по форму |
||||
ле (7.97а) |
|
|
|
|
9,81 • 0,5134 |
6,4-10б |
|
||
Q0= 128 |
|
|
- 2 0 - 3 0 |
|
-0,005 |
-100000 |
1000-9,81 |
У |
|
|
„ „Л^ , м |
__ _ м |
|
=0,0064 — =23,0 — .
сч
3.Проверим справедливость допущения о ламинарном режиме течения нефти при начале ее вытеснения. Число Рейнольдса по фор муле (5.10)
3,14-0,513-0,005
Так как Re < 2320, то режим принят верно.
4. Проверим условие существования I этапа вытеснения. Напо ры подпорного и основного насосов при подаче Q0 по формуле (3.1):
Н 2 = |
79,7 + 0 - |
1 |
10-6 |
232 = 79,7 м; |
|||
hMH= 281,5 + 0 - 26,0 |
10-6 |
232 = |
281,5 м. |
||||
Следовательно, левая часть неравенства (7.100) равна |
|||||||
1000 |
9,81 |
(79,7 + |
3 |
281,5) = 9,07 |
106 Па. |
||
Так как Р^ < 9,07 |
106 Па, то допущение о существовании I этапа |
||||||
вытеснения подтверждается. |
|
|
|
|
|||
5. Расход в трубопроводе в конце I этапа вытеснения по фор |
|||||||
муле (7.97) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
6 ,4 -106 " |
|
|
|
|
|
924,4 |
|
|
||
Qi = |
93456 |
|
|
= 0,054 м3/с. |
|||
V |
1000-9,81, |
|
|||||
6. Средний расход в течение I этапа вытеснения по формуле |
|||||||
(7.96) |
|
|
|
|
|
|
|
Qcp. I = 0,5 |
(0,0064 + |
0,054) = 0,0302 м3/с. |
7. Число Рейнольдса при течении воды и высоковязкой нефти с расходом Qcp, по формуле (5.10):
278