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

с , =.(762 + 3,39-323) = 1970; V885 кгК

Я.., =-(1-0,00047-323) = 0,150-"

885 мК

2.Наружный диаметр изоляции

Д„з =0,273+ 2-0,06 = 0,393м. З.Внешний коэффициент теплоотдачи по формуле (11.68)

а; = 1,66 • 323-252 = 6,86Вт/(м • к) .

4.Необходимая линейная мощность электроподогрева по формуле (11.67)

3,14-(323-252)

, 0,393

= 57,6Вт/м.

2-0,052 0,273 6,86-0,393

Из табл. 11.5 видно, что для нагрева могут быть использованы все три типа электронагревательной ленты.

Пример 11.6. Для условий предыдущего примера рассчитать продолжительность нагрева нефти до температуры, обеспечивающей её вытеснение из трубопровода под максимальным давлением, которое развивают насосы, Р = 5 МПа. Зависимость начального напряжения сдвига нефти от температуры имеет вид

х„ = 5,8 - ехр - [-0,025 - (Т - 293)] н/ м. Принять, что нефть остыла до температуры 252 К.

Решение

1.Начальное напряжение сдвига, при котором нефть начнет движение, по формуле (11.62)

0,5-10(0,273-2-8) ,

:3,21н/м.

4-10000

2.Температура, до которой необходимо нагреть пристенный слой нефти,

Т„ =293 + -1п- = 316,7К. 0,025 3,21

3.Необходимое время нагрева пристенного слоя нефти при расчетной линейной мощности электроподогрева по формуле (11.65)

х„.„ =

3,14-(0,273-2-8)-(316,5-252)-(V0,15-1970-859+ ,/0,052-780-130)

57,6

= 271331с = 75,4ч.

.Таким образом «замороженный» трубопровод удалось бы запустить только после 3-х суток прогрева.

Пример 11.7. Определить минимальные размеры и компенсирующую способность П-образных компенсаторов наземных трубопроводов, приняв для изготовления заводские колена.Расчет выполнить для труб диаметрами 57 (3), 89 (3,5), 108 (4), 159 (4,5) 219 (6), 273 (7), 325 (6), 351 (8), 377 (8) и 426 (9) мм. В скобках указана толщина стенок труб.

Суммарное допускаемое напряжение материала труб = 68,67МПа.

Решение

Вычисление покажем на примере труб диаметром 351 мм (5 = 8мм). 1.Выпускаемые промышленностью колена имеют радиус кривизны R = (2...8)D„. Примем колена радиусом

R = 2D„ =2-351 = 702мм.

2. Прямые вставки на полке и вьшете компенсатора должны быть не меньше 5D„, т.е. Ь = 5 D„ = 5-351 = 1755 мм; iJ =5D„ =5-351 = 1755 мм. Тогда ширина полки b = Ь + 2 R = 1755 + 2-702 = 3159 мм. Соответственно вылет компенсатора L= l! + 2 R =1755 + 2-702 - 3159 мм. Следовательно, m = L/b = l.

З.По формуле (11.75) определим компенсирующую способность одного компенсатора

.HQ= U-A,-20,601-10-35,l \ 6867-(1 + 6-1)

откуда Ак:=4,42 см.

Для других диаметров результаты вычислений приведены в табл. 11.6. Компенсаторы этих размеров рекомендуется устанавливать на открытых местах. В стесненных условиях, особенно, когда требуется большая компенсирующая способность, приходится применять сварные или гнутые колена и сокращать длину прямолинейных участков (на полке компенсатора прямолинейный участок может отсутствовать). Для того, чтобы уменьшить размеры компенсатора, необходимо увеличивать ш. На рис. 11.1 графически был определен

вылет П-образного компенсатора для тубы диаметром 325 мм (8 = 8мм) при заданной компенсирующей способности А = 110мм.

При принятом значении m = 3 получается необходимый вылет Ц = 2,91 м. Ширина компенсатора b = Lm = 2,91: 3 = 0,97 м, т.е. на полке прямолинейный участок будет практически отсутствовать.

Пример 11.8. Рассчитать Z-образный компенсатор «горячего» трубопровода около насосно-тепловой станции (НТС) при следующих условиях: D„ = 720 мм, 5 = 10 мм (d = D„ - 25 = 700 мм), Е = 20,601-10" МПа, ttp = 0,000012 1/К, нормативное сопротивление металла из условия достижения предела текучести R" =4]2,02МПа, рабочее давление в трубопроводе р = 6,28 МПа, расчетный перепад температур между нефтепродуктом и грунтом AT = 90 К; коэффициент условий работы m = 0,9, коэффициент перефузки по давлению п = 1,15, коэффициент безопасности по материалу труб К = 1,15, коэффициент надежности К„ = 1. Прилегающий к компенсатору участок трубопровода засыпан рыхлым грунтом - Н = 1 м до верха образующей трубы,

= 1400кг/м, угол естественного откоса грунта 15°, обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта С = 1,86- Ю Па/м, расчетное удельное сцепление грунта Ср = 981 Па, коэффициент перегрузки для грунта = 0,8. Исходные данные для расчета приняты в соответствии с категорией трубопровода по СНиП.

Решение

1. Площадь поперечного сечения стенки трубы 3,14

- (о, 72-0,7) = 0,0223м.

2.Момент инерции сечения трубы

1 = --(D:-d) = -(0,72-0,7) = 0,141-10-m. 64 / 4 v. /

З.Масса единицы длины трубопровода вместе с нефтепродуктом (при расчете на воду)

Чт =FpcT+-гРв =

0,0223-7850 + -0,7-10

= 560кг/м.

где Рст,Рв - плотность соответственно стали и воды; Рст = 7850кг/м, Рв = 1000кг/м.

4.Принимаем размеры компенсатора: L-2Um, R 5 D„ = 5 - 0,72 = 3,6 м, средний радиус трубы

r,p=0,5D„-8 = -0,01 = 0,35м.

5.0пределяем по формуле (11.87) 0,01-3,6

=

0,35

= 0,294 < 0,3.

б.По формуле (11.86) определяем коэффициент уменьшения жесткости гнутых и сварных колен

0,294

К.„ =

1,65

- = 0,178.

7.По формуле (11.83) определяем характеристику компенсатора

С = 1 .(з,14-3,6-10-2-2,28-3,6-2-10 + 1,4-3,6) + " 0,178

(0,67-2-10-2-3,6-10-2 + 2-3,б-2-10-1,33-3,б) = 2,537-10м.

8.По формуле (11.89) рассчитываем суммарные продольные напряжения, действующие в компенсаторе,

4102:1-0 5-:=

1,15-1 2-0,01

9.По формуле (11.90) определяем коэффициент увеличения напряжений в коленах компенсатора

гп„ =

0,294

. = 2,04.

Ю.По формуле (11.88) рассчитываем компенсирующую способность компенсатора

196,10-2,537-10°

А.. =

20,601-10°-0,72-2-10-2,04

- = 0,822м.

16. Б-762

Минимальные размеры и компенсирующая способность П-образных компенсаторов наземных трубопроводов

И.По формуле (11.82) определяем жесткость компенсатора

20,601-10• 0,141-10-

=-----= 11450Н/м.

2,537-10

12.Эквивалентное продольное сжимающее усилие, действующее на компенсатор, рассчитываем по формуле (4.27)

0,0233 =

0,2.Ml.ZM:Mil,o,000012-20,601-10°-90 2-0,01

= 6,087-10 Н.

13.В соответствии с формулой (4.25) продольное сопротивление фунта ст„р =0,8-[9,81-(5,6 + 2-l,4-10--0,57-3,14-72)xtgl5° +0,6-3,14-72-0,0981 •10=0,7705МПа.

Здесь С„ = 0,57 - коэффициент, учитывающий образование свода естественного равновесия грунта.

И.По формуле (11.81) определяем характеристику упругой работы грунта

3,14-0,72-1,86-10 °кб0..0-.0,0223°-°-°

15.Используя формулу (11.79), проверяем критерий отсутствия участка предельного равновесия грунта

А = -

6,087-10-3,03-10-

0,7705-10•

11450

20,601-10 -0,0223-3,03-10-

= 23,94 >1.

16.Так как условие не выполняется, то продольное перемещение трубопровода определяем по формуле(11.80)

6,087-10" +

\ = где

77,05-10"

t 3,03-10-

6,087-10-11450 + 20,601-10"-0,0223-77,05-10"+л/А

1(20,60Мо 223 - 77,05 • 1 о")% 2 - 6,087 -1 о 20,60Ыо"

х->

хО,0223-77,05-114,5-10-

77,05-114,5

3,03-10

= 354,67-10.

Таким образом, выбранные размеры компенсатора вполне обеспечат аварийное перемещение «горячего» трубопровода (А, = 0,822м, Ад = 0,522м).

Если не учитывать жесткости компенсатора (т) =0), то условие (11.79) также не выполняется, и в этом случае по формуле (11.80) Aq = 0,523м, т.е. суммарное сжимающее продольное усилие трубопровода вследствие большого температурного перепада несоизмеримо велико в сравнении с сопротивлением компенсатора.

17.По формуле (11.92) находим длину подземного участка перемещения трубопровода

6,087-10

= 856м.

3,03-10- 0,01-77,05-10"

18.Так как компенсирующая способность выбранного компенсатора значительно больше, чем перемещение трубопровода, то размеры компенсатора можно уменьшить и расчеты проделать заново. В данном случае можно уменьшить только L. Радиус изгиба колена компенсатора в примере взят минимально возможным, увеличение его нарушает условие < 0,3 .

В табл. 11.7 приведены результаты расчета компенсатора при разных L (показаны значения только изменившихся параметров).

Таблица 11.7

Варианты расчета компенсатора

Из таблицы следует, что вылет меньше 15 м брать не следует, так как Аможет оказаться меньше Ао.