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

Тогда приведенные затраты на тепловую изоляцию 4

Суммарные приведенные затраты

2S -----УИ,Dз + M2,

Л + В In D„3

Mi = (£ + pi) -/.ризСиз;

М.,-остальные слагаемые, не зависящие от толщины изоляции.

Приравняв dliS/idDas) к нулю, получим алгебраическое уравнение относительно D„3;

которое решается численно или графически.

Из анализа уравнения следует, что оптимальная то.лщина тепловой изоляции не зависит от длины трубопровода и вязкости перекачиваемой жидкости, у.меньшается при увеличении глубины заложения, диаметра, пропускной способности трубопровода, стоимости изоляции и увеличивается при увеличении коэффициентов теплопроводности грунта и изоляции.

В случаях если предусматривается циклическая эксплуатация горячих трубопроводов, то необходимо выполнить проверочный расчет для того, чтобы либо выбрать изоляцию такой толщины, которая позволила бы после остановки на заданное время начать перекачку без осложнений, либо оценить время возможной остановки трубопровода при данной толщине изоляции, ири котором нефтепродукт по всей длине не охладится ниже заданной температуры.

8.6. ПЕРЕКАЧКА НЕФТЕЙ, ЯВЛЯЮЩИХСЯ НЕНЬЮТОНОВСКИМИ ЖИДКОСТЯМИ

Как упоминалось в гл. 7, течение парафинистых нефтей и нефтепродуктов может быть с некоторым приближением описано уравнением

т=То + т1пл -• (8.15)

Такие нефти являются неньютоновскими жидкостями и относятся к классу бингамовских жидкостей. Для цилиндра в потоке жидкости, ось которого совпадает с осью трубопровода, можно записать следующую зависимость между силой, действующей на цилиндр, и напряжением на поверхности цилиндра (рис. 8.6):

Арпг = 2яг/т,

уже построенного горячего трубопровода также возникает задача выбора оптимальной температуры подогрева нефти. При проектировании оптимизацию параметров трубопровода выполняют для каких-то заданных условий: определенной температуры воздуха и грунта, заданной пропускной способности, свойств подлежащей транспортировке нефти и т. п. При эксплуатации трубопровода многие из этих условий меняются. В частности, в течение года меняется температура окружающей среды, возможно изменение объемов перекачки, характеристик перекачиваемой нефти. В этих случаях проектная температура подогрева нефти на станциях перестает быть оптимальной, и ее надо в каждом отдельном случае определять заново.

Оптимальная температура подогрева нефти на станциях определяется из следующих соображений. С повышением температуры нагрева возрастают затраты на разогрев нефти; одновременно снижается вязкость нефти, а значит, и потери напора в трубопроводе и соответственно затраты на перекачку нефти. Оптимальная температура нагрева нефти соответствует минимуму суммы затрат на подогрев и перекачку нефти. При введении некоторых упрощений задача оптимизации температуры нагрева может быть решена аналитически, однако более наглядным является графоаналитическое решение этой задачи.

Стоимость затрачиваемой в единицу времени энергии на перекачку нефти

S„=-№-(T„, (8.23)

где т)„ - к. п. д. насосного агрегата; - стоимость единицы механической энергии.

Стоимость затрачиваемой в единицу времени энергии на подогрев нефти

SJPLJbOr, (8.24)

где т)7- - к. п. д. подогревательных устройств; а- - стоимость единицы энергии (например, топлива).

Если на перегоне между НТС имеются ТС, то полученное по формуле значение Sj- надо умножить на число пунктов подогрева на перегоне (предполагается, как это обычно бывает, что на НТС и всех ТС разность температур нефти на выходе и входе в станцию одинакова). Потеря напора Я, определяемая по формуле (8. И), зависит от температуры Т„ на выходе из НТС. Температура Тк в конце перегона между НТС также может быть определена по формуле (8.5) как функция Т„. Задаваясь рядом значений Т„, определяем соответствующие им значения 5„ и S и строим кривые Зы = f (Тн) и Sj- f (Т„), (рис. 8.7). Оптимальной является температура (Гопт), соответствующая минимуму функции Sm + Sr = f (Тп).

Несмотря на то, что структура формулы (8.24) свидетельствует, казалось бы, о линейной зависимости S-,- = f (Тп), в общем случае эта зависимость выражается кривой линией, так как с увеличением температуры подогрева Тн изменяется соотношение длин участков

Расход для структурного потока может быть определен из уравнения

jj г J 4 / 2к<, у-

811пл/ L 3 /?Др 3 V /?Др ) \

Это уравнение было выведено Букингемом в 1921 г. Из (8.19) следует, что чем меньше перепад давлений в трубопроводе, тем больше радиус ядра г. При некотором перепаде давлений радиус ядра становится равным внутреннему радиусу трубопровода R - это минимальный перепад давлений, при котором жидкость еще движется. Этот перепад давлений

Apa.= 2hJR. (8.21)

Из (8.20) и (8.21) получим другой вид уравнения Букингема

itpR* f, 4 Дро , I Apfl

3 Др 3 V Др J

Уравнение Букингема связывает расход с перепадом давления для бингамовской жидкости в горизонтальном трубопроводе. Обычно задается расход, и надо определить соответствующий перепад давления, что по формуле Букингема можно сделать только путем нескольких итераций. Поскольку во многих случаях Ар значительно меньше Ар, третьим членом в скобках в этих случаях можно пренебречь, что несколько упрощает определение перепада давления Ар.

При То Ар„ = О уравнение Букингема превращается в расчетную формулу для ламинарного режима - уравнение Пуазейля:

8.7. ОПТИМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ПОДОГРЕВА

В отличие от изотермических нефтепроводов, где при проектировании надо оптимизировать только диаметр трубопровода и давление на выходе из насосной станции, при проектировании горячего трубопровода надо оптимизировать и другие параметры: температуру на в.ходе и выходе из подогревателей, число насосно-гепловых, тепловых и насосных станций и т. п. Решить эту задачу в общем виде, аналитически, с получением зависимостей, с помощью которых можно было бы вычислить значения параметров, пригодных для практического использования, не представляется возможным. В каждом конкретном случае эта задача должна решаться сравнением по экономическим показателям всего комплекса практически осуществимых вариантов. В связи с большим объемом вычислений, а также значительным числом вариантов для выбора оптимальных параметров целесообразно использовать электронно-вычислительные машины.

Температура подогрева нефти иа станциях горячих трубопроводов является одним из проектных параметров, связанных с другими конструктивными параметрами трубопровода. Однако при эксплуатации