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

кой жидкости; f*, f* - гидравлический уют он при единичном рас-

1 > ч

ходе в случае их перекачки

Л-g-d

(7.95)

£ - длина участка трубопровода; Н - остаточный напор; Az - разность нивелирных высот на участке; рр - средняя плотность,

Рср = 0,5 • (р, + Рз).

Величины коэффициентов гидравлического сопротивления \ для каждой из жидкостей вычисляются при среднем расходе вытеснения

Qc,, = 0,5(Qo + Q,),

(7.96)

где Qq, Q, - расходы соответственно в начале и в конце первого этапа вытеснения

€1

;Q,=

p2-g

; (7.97)

A, Б - коэффициенты в напорной характеристике насосной станции при m = 0.

Величина Qq по формуле (7.97) находится методом последовательных приближений. Но можно определить ее проще. В момент начала вытеснения высоковязкой нефти наиболее вероятен ламинарный режим течения. В этом случае используя для расчета потерь напора на трение формулу Лейбензона, несложно получить

-Az-H

(7.97a)

Продолжительность первого этапа вытеснения

7l-d =

6-N, L

(m,+n,-x,)--m;

(7.98)

где x, - длина участка, занятого вытесняющей жидкостью в момент времени т,

P2-g

(7.99)

Первый этап вытеснения имеет место только в том случае, когда суммарный напор насосов станции при подаче Qo превышает максимально допустимый напор, т.е. если выполняется неравенство

Рз • g • (Нз + т„„ • h„„) > Рд.

(7.100)

На втором этапе вытеснения аналогичные параметры рассчитываются по формулам:

M„+N„x

p2-E-pi-f*--g .

; N„=-

p2-f2+Prfi*

(7.101)

; (7.102)

p2(A-Az)-p,-H„„ p2-(A-Az)-p,-Н,

Qcp.n = 0,5-(Q, + Q„); (7.103)

A-H„,,-Az

\ B+f;-L

(Mn+N„-y--(M„+N„-x,)

6-N„

(7.104)

(7.105)

§ 7.8. Примеры расчетов

Пример 7.1. По трубопроводу перекачивается высоковязкая нефть с подогревом. Технические данные надземного трубопровода и характеристика нефти следующие: Q=0,0833 мУс; D„=426 мм; 5„=9 мм; L=10 км; Т„=353 К; Т,=3]8 К; То=253 К; Уз8з=0,0069 м7с; и=0,08 1/К; \„=0,122 Вт/(м-К); Ср=1884 ДжДкг-К); Р253=9Ш кг/м; р=б57-10- 1/К; „=58,15 Вт/(м-К);

= 14,54 Вт/(м2-К). Необходимо определить возможность работы трубопровода при данных условиях и толщину теплоюй изоляции (если она необходима).

Решение

1. По формуле (7.4) определяем критическую температуру

Т =283 + -!- 0,08

, 0,0069-3,14-0,408-2000 „

In---= jJ/,o К.

4-0,0833

Так как Т„ > Т > Т, то в трубопроводе есть и ламинарный и турбулентный участки.

2. Определяем внутренние коэффициенты теплоотдачи а.

Турбулентный участок

Средняя температура потока

Т„ = 0,5 • (Т„ + Т,„) = 0,5 (353 + 332,6) = 342,8 К.

Среднюю температуру стенки принимаем равной Т„ = 323 К.

Определяем кинематическую вязкость, параметры Re, Рг и Gr при средних температурах потока и стенки по формулам (1.9), (7.11);

=0,0069схр[-0,08-(342,8-283)] = 0,0000583 м7с;

Re,. =-

v323 =0,000283 mVc;

4-0,0833 3,14 0,408-0,0000583

= 4461;

0,0000583-1884-910 гг.. =----= б IУ ;

Рг„. =

0,122

0,0002833-1884-910

= 398!;

Gr =

0,122

0,408 - 9,81 657 10 • (342,8 - 323)

= 2,55-10"

0,0000583

Поскольку 2000 < Re„ < 10, то впугреиний коэффициент теплоотдачи определяем с помощью интерполяции. По формулам (7.10) и (7.10а);

\0,25

«,„=0,17

0,122 0,408

(4461)"-(819)"---(2,55-10) = 42,9 Вт/(м-К)

819 3981

= 62,9 Вт/(м-К).

а;„ = 0,021 - • (4461 f - (819 - f

0,408 1398]

Тогда по формуле (7.12) «,=«;+ («: - а;) - = 42,9 + 20 - гШ = 49 Вт/(м2-К).

Re"- Re

10-2000

3. Проверяем правильность выбора температуры стенки по уравнению теплового баланса

Т„ =-

Т +--Т 1 +

253 +--342,8

14,54

49 14,54

- = 322,2 К.

Расчетная температура стенки практически совпадает с принятой. Следовательно, расчет можно продолжать. Ламинарный участок

4. Средняя температура потока

Т„ = 0,5 • (Т„ + Т,р) = 0,5 - (332,6 + 318) = 325,3 К. Среднюю температуру стенки трубы принимаем равной 303 К.

5. Определяем кинематическую вязкость, параметры Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа при средних температурах потока и стенки по формулам (1.9), (7.11):

v325,.4 = 0,0002361 mVc; V303 = 0,0014 mVc;

Re„ =-

4-0,0833

3,14 0,408-0,0002361

= 1101,6;

P 0,0002361-1884-910

Pr„= -= 3318;

0,0014-1884-910 0,122

Gr 0 408 - 9,81 - 657 -10- (325,3 -303) .

0,2361-10-

6. По формуле (7.10) будем иметь

«,с.= 0,17-

0,122 0,408

- (1101,6)W3- (3318)- (1,751-100 = 35,9 Вт/(м2-К).

0,1.

3318 19674

\0,25

7. Проверяем правильность выбора температуры стенки

35 9

253+ --325,3 14,54

35,9 14,54

= 304,4 К.

Для данного участка совпадение также удовлетворительное, поэтому пересчета не производим.

8. По формуле (7.9) определяем коэффициенты теплопередачи: а) для турбулентного участка

1 , 0,426 1

-1п-+

К, 0,408 49-0,408 2-58,15 0,408 14,54-0,426

отсюда К, =11,56 Вт/(м2 К); б) для ламинарного участка

1 1 1 , 0,426 1

- In ----+

К„-0,408 35,9 0,408 2-58,15 0,408 14,54-0,426

соответственно К, =10,65 Вт/(м • К).

9. Длина турбулентного участка по формуле (7.7)

0,0833-910-1884, 353-253

-1п-

= 2200 м.

11,56-3,14-0,408 332,6-253

10. По этой же формуле определяем расчетную длину ламинарного участка, заменив Т„ на в числителе и Т, на Т„и К, на К, в знаменателе. Получаем =2100 м. Как видим, без тепловой изоляции температура нефти, равная 318 К, в конце трубопровода не обеспечивается.

11. Определим необходимую толщину тепловой изоляции, которая позволит обеспечить задаттую температуру в конце трубопровода. Так как Т„, Т. и aj заданы, а Т. не зависит от толщины тепловой изоляции, го а, и а,,, останутся без изменения. Тогда

2\...

V ч /

(Т„-То)

vT.-T,,

it"

где Шу - параметр Шухова, 248

Шу = 1п

Т -Т

н о

т -т

Если в качестве теплоизоляционного материала взять стекловату, для которой 0,058 Вт/(м-К), то для условий задачи О„з/О„=1,034, т.е. = 1,034 • 426 = 440 мм. При использовании мастичного асбозурита с А.„з= 0,163 Вт/(м • К) получаем 0„з = 468 мм.

Приведенная выше для 0„з формула пригодна и для случаев когда в трубопроводе наблюдается только один режим течения. Приняв Ткр Т„, получаем формулу для определения необходимого диаметра изоляции при ламинарном режиме. При Т.р = Т„ получаем аналогичную формулу для турбулентного режима.

Пример 7.2. Построить характеристику Q-H, если D,=219 мм; 5 = 9 мм; =10 км; Az=0; Vo= 0,006944 mVc; u = 0,1 1/К; p = 950 кг/м; Ср = 2093 Дж/(кг-К); Т„=313К; То =273 К; а„ =46,5 ВтДм-К); К,=3,5 Вт/(м2 К); а,„=23,3 Вт/(м-К); К„=2,33 ВтДм-К).

Решение

1. Для построения характеристики пользуемся теми же формулами, что и в примере 7.1. Прежде всего, определим границы режимов течения. Величину Q определяем из формулы (7.4), приняв Т„=Т..,

0,006944-3,14 0,2-2000

ехр[-0,1(313-273)1 = 0,0389 мУс

Таким образом, при расходах до 0,0389 мУс в трубопроводе будет только ламинарный режим.

Для определения Q"p используем уравнения (7.1) и (7.4), приняв, что 4 = £,

1 = -

Q" -950-2093 . 313-273

3,5-3,14-0,2-10000

Т -273

Отсюда

„ 0,006944-3,14-0,2-2000

Qkp=----ехр

-0,1-(Т, -273)

Полученную систему уравнений лучше решать графическим способом. Строим график зависимости Q"p от Тр по первому, а затем по второму уравнениям. Точка пересечения кривых даёт искомые корни. 1Для данной задачи ими являются Q" =0,0689 мУс и Т.,р=307,1 К. Сле-ровательно, в области расходов от 0,б389 до 0,0689 мУс в трубопроводе будут наблюдаться два режима: на начадьном участке (в диапазоне тем-