Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 [ 87 ] 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

той повышается потеря напора на трение. Для трубопровода с НС, оборудованными центробежными насосами, это автоматически приводит к уменьшению подачи и росту давления, причем последнее может превысить допустимое давление, назначаемое из условия прочности труб. Одновременное изменение температуры, давления и пропускной спосоС«ости происходит из-за изменения тепловых потерь трубопровода в окружающую среду, возникающего на участках, заполненных холодной нефтью. Всякое изменение скорости перекачки, в свою очередь, влияет на распределение температуры нефти по длине трубопровода и во времени. Переходный режим работы нефтепровода продолжается до тех пор, пока теплообмен в системе «трубопровод - грунт» не достигнет нового установившегося состояния. Продолжительность переходных тепловых процессов может достигать нескольких месяцев. Принимая во внимание сезонное колебание температуры воздуха и грунта, необходимо отметить, что горячие нефтепроводы практически всегда работают в условиях переменных режимов. Однако, поскольку число и характер переходных процессов носят случайный характер, проектирование горячих нефтепроводов ведут для средних условий стационарных режимов эксплуатации. Для этих условий производится выбор основных технико-экономических показателей, строительных и технологических решений. Результаты расчетов переходных режимов работы учитывают в процессе эксплуатации при определении безопасного отклонения параметров перекачки от номинальных значений, выборе оптимальных условий транспортировки нефти при выходе из строя отдельных насосных агрегатов и печей и т. д.

В связи с разработкой и внедрением автоматизированных систем управления работой магистральных трубопроводов (АСУТ) расчеты переходных режимов эксплуатации горячих нефтепроводов все чаще проводят на стадии проектирования. В данном случае результаты таких расчетов используют для определения параметров системы автоматики и телемеханики нефтепроводов, являющейся составной частью АСУТ, при определении алгоритма управления работой насосных и тепловых станций.

Рассмотрим порядок теплового расчета нефтепроводов при стационарных гидравлическом и тепловом режимах. Пусть в трубопровод через его начальное сечение поступает нефть, подогретая до температуры Т„. Тогда на некотором расстоянии х от начала трубопровода вследствие теплообмена с окружающей средой температура нефти понизится до Т (рис. 8.1). Для определения температуры в сечении х выделим элементарный участок длиной dx и рассмотрим его тепловой баланс. Согласно основным законам теплопередачи, количество теплоты, теряемой нефтью, заключенной в данном элементарном объеме 0,25 nDldx, прямо пропорционально температурному перепаду AT = = Т-Го, поверхности теплообмена nDdx и обратно пропорционально термическому сопротивлению окружающей среды. Следовательно, количество Tenj;oTbi, получаемое окружающей средой с температурой То от элементарного объема нефти составит

Рис. 8.1. График падения температуры по длине трубопровода

ски KnDoir-T„)dx.

Потеря нефтью части теплоты в окружаюп1ую среду dq, -GcdT,

(8.2)

(8.3)

где G - массовый расход.

Если пренебречь теплотой трения и не учитывать фазовые переходы, связанные с кристаллизацией парафина в нефти, то, согласно закону сохранения энергии, величины dq и dq. должны быть равны между собой, т. е.

KnDo (Т - То) dx =- -Gcdt. (8.4)

Разделяя переменные и интегрируя, получаем KkDo

X In

Т.Го- (r„-To)exp(-..)

(8.5)

При X - L значение температуры нефти в конце трубопровода

KnDa

Т,. То-\ (Г„ To)exp(.-Ly

При значительной протяженности нефтепровода (теоретически при X оо) согласно (8.5) температура нефти приблизится к температуре окружающей среды, равной температуре грунта на глубине заложения трубы в естественном тепловом состоянии в случае подземной прокладки и температуре воздуха при надземной прокладке. Это уравнение впервые получено В. Г. Шуховым и носит его имя. Оно дает практически удовлетворительные результаты для значительного диапазона режимов работы трубопроводов, и поэтому его широко используют при тепловых расчетах. Точ?гость расчетов по формуле (8.5) в значительной степени зависит от достоверности определения полного коэффициента теплопередачи.

в. г. Шухов предлагал определять значение К экспериментально на действующих трубопроводах и эти результаты распространить pia проектируемые системы. Такой подход допустим, если К определяют непосредствеиио для уже эксплуатирующегося трубопровода или проектируемого трубопровода, находящегося в аналогичных с эксплуатирующимся трубопроводом условиях, например, при укладке его параллельно действующему трубопроводу иа небольшом расстоянии от него. Тогда., используя эксплуатационные данные, коэффициент теплопередачи можно определгггь 1ю выражению, которое следует из (8.5):

nDoL 7к - То

В общем же случае К следует определять по формуле (8.1).

При транспортировке нефти с высоким содержанием парафина необходимо учитывать эффект кристаллизации парафина. От начальной температуры 7,, до температуры начала кристаллизации парафина Ти.и о.члаждение нефти происходит по закону Шухова. При дальнейшем охлаждении потери теплоты частично компенсируются выделяющейся геплотой кристаллизации парафина. Если принять, что количество кристаллизующегося парафина пропорционально снижению температуры, то количество теплоты, выделяющейся за счет кристаллизации, для элементарного участка dx

dC,g~-:--dT, 11. 11 t,

где к - концентрация иар;афина (в долях единицы), выделяющегося из нефти при понижении температуры от Т„. п до Т; - любая температура, для которой известно е; к - скрытая теплота кристаллизации парафина.

Тогда, записывая тепловой баланс для элементарного участка и решив исходное уравнение, получим для /j < х < L (/j - плина участка на котором нефт1з охлаждается от температуры Г,, до 7,,. „)

Т.-То \ {Ти.п - То)ехр

где Ci = с + ех,/(Тпл-Те).

При перекачке вязких нефтей в подогретом состоянии возможны случаи, когда на начальном участке трубопровода имеет место турбулентный режим, а на конечном из-за остывания нефти - ламинарный.

Переход из одного режима в другой происходит при критическом числе Рейнольдса Рбир. Установлено, что для подогретых нефтей, Рскр == 1000 -f-2000, причем для высокопарафинистых нефтей Рекр ближе к нижнему значению, а для вязких нефтей с малым содержанием парафина ближе к верхнему пределу. Так как Rckp 4Q/(3xDoVkp), то Vkp = iQ/nDoReKp. Величина Vkp определяет критическую темпе-