Расчет характеристик участка линейного нефтепровода
Анализ классификации нефтепродуктопроводов и нефтепроводов. Виды трубопроводов в зависимости от назначения, территориального расположения и длинны. Нахождение математической модели линейного трубопровода, виды его режимов и подынтегральной функции.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.12.2012 |
| Размер файла | 323,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
9
Расчет характеристик участка линейного нефтепровода
Классификация нефтепродуктопроводов и нефтепроводов.
Трубопровод, предназначенный для перекачки нефтей, называется нефтепроводом, а нефтепродуктов - нефтепродуктопроводом. Последние в зависимости от вида перекачиваемого продукта называют бензопроводами, мазутопроводами и т. д.
В зависимости от назначения, территориального расположения и длинны трубопроводы делят на внутренние (внутрибазовые, внутризаводские, внутрицеховые, внутри промысловые), местные (между перекачивающей станцией и нефтебазой, заводом и нефтебазой и т.д.), магистральные.
К магистральным нефтепроводам и нефтепродуктопроводам относятся:
Нефтепроводы и отводы от них, по которым нефть подается на нефтебазы и перевалочные нефтебазы
Нефтепродуктопроводы и отводы от них, по которым нефтепродукты с головной насосной станции подаются на нефтебазы.
Магистральный нефтепровод работает круглосуточно в течение всего года. Он имеет относительно большой диаметр и длину. Для перекачки по нему нефтей и нефтепродуктов создается давление 5,0 - 6,5 МПа.
Основные объекты и сооружения магистральных трубопроводов.
Магистральный трубопровод состоит из следующих комплексов сооружений.
1. Подводящих трубопроводов, связывающих источники нефти или нефтепродуктов с головными сооружениями трубопровода. По этим трубопроводам перекачивают нефть от промысла или нефтепродукт от завода в резервуары головной станции.
2. Головной перекачивающей станции, на которой собирают нефть и нефтепродукты, предназначенные для перекачки по магистральному трубопроводу. Здесь производят приемку нефтепродуктов, разделение их по сортам, учет и перекачку на следующую станцию.
1. Промежуточных перекачивающих станций, на которых нефть, поступающая с предыдущей станции, перекачивается далее.
2. Конечных пунктов, где принимают продукт из трубопровода, распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта.
3. Линейных сооружений трубопровода. К ним относятся собственно трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а так же переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги.
Основной составной частью магистрального трубопровода является собственно трубопровод. Глубину заложения трубопровода определяют в зависимости от климатических и геологических условий, а так же с учетом специфических условий, связанных с необходимостью поддержания температуры перекачиваемого продукта.
На трассе с интервалом 10 - 30 км, в зависимости от рельефа, устанавливают линейные задвижки для перекрытия участков трубопровода в случае аварии. Промежуточные станции размещают по трассе трубопровода согласно гидравлическому расчету. Среднее значение перегона между станциями 100 - 200 км.
Рассмотрим участок трубопровода между двумя промежуточными станциями.
Дано:
М = 198 [кг/с] - массовый расход
D = 1,22 [м] - диаметр трубы
К э = 0,001 [м] - шероховатость трубы
r = 870 [кг/м3] - плотность
u = 0,59 * 10-4 [м2/с] - вязкость
Рн = 5,4 * 106 [кг/мс2] - давление
L = 1.2 * 105 [м] - длина нефтепровода
С = 1483 [м/с] - скорость света в идеальной жидкости
Т = 293°К - температура
Примем допущения:
1. Жидкость идеальна
2. Процесс стационарный
3. Процесс с распределенными параметрами
4. Трубопровод не имеет отводов
5. Трубопровод не имеет перепадов по высоте
6. Движение нефти в трубопроводе ламинарное
7. Процесс изотермический.
Прежде чем находить математическую модель линейного трубопровода выведем закон сохранения массы и закон сохранения количества движения.
Закон сохранения массы. Этот закон гласит: масса любой части материальной системы, находящейся в движении, не зависит от времени и является величиной постоянной. Поскольку скорость изменения постоянной величины равна нулю, полная производная по времени от массы любой части рассматриваемой системы будет так же равна нулю. Математически это запишется так:
(1)
Где r(х) - плотность вещества:
х = (х1, х2, х3)
Координаты точки W - произвольный объем системы dV-дифференциал объема:
dV = dx1 + dx2 + dx3
Это уравнение называется интегральной формой закона сохранения массы.
Движение системы можно задать тремя функциями:
Определяющими в момент времени t при:
t = t0
Точка занимала положение .
Выразим начальные координаты через текущие:
Перейдем от координат к получим:
(4)
Где J - якобиан преобразования.
Делая обратный переход от к получим:
По правилу дифференцирования определителей получим:
Примем
Из этого равенства и определения якобиана следует
С учетом этого равенства, уравнение (6) примет вид.
= 0 (9)
Раскрывая полную производную по времени в подынтегральном выражении по правилу:
Приведем уравнение к виду:
В силу произвольности выбора множества W из (9) следует, что подынтегральное выражение должно быть равно нулю.
Эта формула называется законом сохранения массы в дифференциальной форме.
Для одномерного течения жидкости уравнение примет вид:
Закон сохранения количества движения.
Этот закон гласит: скорость изменения количества движения любой части материальной системы, находящейся в движении, равна сумме всех внешних сил. В математическом виде этот закон запишется так:
(1)
Где:
(2)
Fv - силы обусловленные силовыми полями. Fs - силы действующие на единицу поверхности. Подставив (2) в (1) получим интегральную форму записи закона сохранения количества движения:
Это векторное уравнение эквивалентно системе из трех уравнений, отражающих закон сохранения количества движения по каждой из координат х1, х2, х3
Пользуясь правилами дифференцирования интеграла, взятого по изменяющемуся объему и объединяя два слагаемых, получим:
Учитывая:
Приведем к виду:
Поскольку это равенство справедливо при произвольном объеме подынтегральное выражение должно быть равно нулю:
Выражение (7) есть дифференциальная форма записи закона сохранения количества движения.
Для одномерного случая, когда все составляющие сил и скоростей по всем направлениям, кроме оси х1, равны нулю, уравнения (5) и (7) примет вид
Для написания математической модели линейного нефтепровода будем пользоваться этими двумя законами:
Дифференциальная форма записи линейного нефтепровода.
Рассмотрим динамическую модель нефтепровода. Запишем исходные уравнения законов сохранения массы и количества движения в интегральной форме:
В качестве объема * выберем цилиндр, вырезанный из потока двумя перпендикулярными к оси трубы сечениями, отстоящими друг от друга на расстоянии *Х1. Считая *Х1 малой величиной, уравнения можно записать в виде:
Где S0 - площадь основания выделенного цилиндра:
d - диаметр трубы. Считая величины и постоянными по сечению и переходя к средней скорости потока по сечению трубы по правилу:
Из уравнений (3) и (4) получим.
(7)
Коэффициент введен для учета профиля скорости по сечению трубы. Для ламинарного течения:
Сила определяется полем сил тяжести.
Силу , действующую на поверхность объема интегрирования, разделим на две составляющие:
- сила, обусловленная разностью давлений на основании цилиндра
- сила, определяемая трением объема стенки:
Здесь:
Боковая поверхность цилиндра.
- касательное напряжение трения на стенке трубы:
- коэффициент сопротивления.
Раскладывая:
В ряд Тейлора и ограничившись первыми двумя членами, получим.
Подставив (8) и (10) в (7), запишем законы сохранения массы и количества движения для движения жидкости по нефтепроводу в следующем виде:
Введем дополнительное уравнение. Это соотношение между скоростями изменения плотности и давления:
Где С - скорость звука в жидкости.
Второе уравнение можно упростить объединив слагаемые и . Такое упрощение возможно, если принять суммарное давление в точке х равным:
Где - высота подъема трубопровода от нулевой точки. В нашем случае:
Характеризует изменение давления вдоль трубопровода за счет скорости напора. Для несжимаемой жидкости, когда и вдоль трубы постоянны, это слагаемое равно нулю. Учитывая уравнение (13), получим обычно используемую математическую модель для описания движения жидкости в линейном трубопроводе:
Система уравнений нелинейна.
Линеаризуем эту систему, приняв во внимание:
Линеаризованная система имеет вид:
Приняв во внимание, что в длинном нефтепроводе у нас будут отсутствовать инерционные силы, первое слагаемое во втором уравнении можно принять равным нулю.
Система уравнений примет вид:
Перейдем к реальным параметрам трубопровода. - массовый расход. Получим:
Примем:
а
Система дифференциальных уравнений (18) является математической моделью линейного нефтепровода.
Статический режим работы линейного нефтепровода.
Для рассмотрения статического режима линейного нефтепровода воспользуемся вторым уравнением системы:
Где:
Т.к.
Получим:
Приняв во внимание то, что:,
Получим:
Проинтегрировав это уравнение:
Получим:
Коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле А. Д. Альтшуля:
Число Рейнольдса определяется по формуле:
Где - вязкость. Число Рейнольдса безразмерная величина.
Проверим:
Вычислим число Рейнольдса:
Построим график статического режима линейного трубопровода:
Динамический режим работы линейного нефтепровода.
Допустим, что у нас был установившийся режим, характеризующийся при:
Пусть в какой-то момент времени:
t = 0
На входе Р, был создан скачек:
Но давление на выходе нефтепровода не изменилось. Нас будет интересовать как изменится давление в любой точке t нефтепровода.
Воспользуемся ранее выведенной системой дифференциальных уравнений
Где:
Дифференцируя второе уравнение по х и учитывая первое, получим уравнение:
Для упрощения уравнения примем:
Тогда уравнение запишем:
Напишем для него начальные и граничные условия:
Начальные условия:
При:
Где есть единичный скачек.
Решим уравнение используя метод преобразования Лапласа.
Для этого, вместо Р введем вспомогательную величину Р*, такую что:
Где S - оператор. Тогда граничные условия перепишутся в виде:
Умножим обе части уравнения на e-St и проинтегрируем в пределах от 0 до во времени:
Рассмотрим левую часть уравнения:
Рассмотрим левую часть уравнения:
Приравниваем обе части:
Найдем сначала решение однородного уравнения:
Пусть Р* определяется как:
Нам необходимо определить и С:
Откуда:
Тогда решением уравнения является:
Для определения коэффициентов С1 и С2 учтем граничные условия:
х=0
x = L
Отсюда выразим значения С1 и С2 :
Подставив найденное значение коэффициентов в окончательно получаем:
Применим к выражению обратное преобразование Лапласа:
Где:
Окончательно запишется:
Разложив подынтегральную функцию в ряд Тейлора, ограничившись первыми двумя членами и взяв интегралы, мы получим конечную формулу:
нефтепродукт трубопровод подынтегральный
Формула имеет вынужденную и свободную составляющие. Нас интересует поведение свободной составляющей.
Построим график динамического режима линейного нефтепровода (свободной составляющей) в точке:
х = 60 км
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика магистральных нефтепроводов. Определение диаметра и толщины стенки трубопровода. Расчет потерь напора по длине нефтепровода. Подбор насосного оборудования. Построение гидравлического уклона, профиля и расстановка нефтяных станций.
курсовая работа [146,7 K], добавлен 12.12.2013Классификация нефтепроводов, принципы перекачки, виды труб. Технологический расчет магистрального нефтепровода. Определение толщины стенки, расчет на прочность, устойчивость. Перевальная точка, длина нефтепровода. Определение числа перекачивающих станций.
курсовая работа [618,9 K], добавлен 12.03.2015Обоснование проводимых работ по капитальному ремонту участка нефтепровода. Проведение сварочно-монтажных работ и рекультивации земель. Строительство трубопроводов на болотах. Очистка полости и испытание. Расчет режимов ручной электродуговой сварки.
дипломная работа [317,1 K], добавлен 31.05.2015Определение оптимальных параметров магистрального нефтепровода, определение диаметра и толщины стенки трубопровода, выбор насосного оборудования. Расчет на прочность и устойчивость, выбор рациональных режимов эксплуатации магистрального нефтепровода.
курсовая работа [129,7 K], добавлен 26.06.2010Технологический расчет трубопровода. Сооружение перехода под автомобильной дорогой методом горизонтального бурения. Электрохимическая защита от коррозии. Компенсаторы теплового линейного расширения трубопровода. Безопасность и экологичность проекта.
дипломная работа [320,8 K], добавлен 12.09.2015Роль трубопроводного транспорта в системе нефтегазовой отрасли промышленности. Гидравлический расчет нефтепровода. Определение количества насосных станций и их размещение. Расчет толщины стенки нефтепровода. Проверка прочности и устойчивости трубопровода.
курсовая работа [179,7 K], добавлен 29.08.2010Технологический расчет нефтепровода и выбор насосно-силового оборудования. Определение длины лупинга и расстановка нефтеперекачивающей станции по трассе нефтепровода. Расчет режима работы нефтепровода при увеличении производительности удвоением станций.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.05.2021Выбор режимов эксплуатации магистрального нефтепровода. Регулирование режимов работы нефтепровода. Описание центробежного насоса со сменными роторами. Увеличение пропускной способности нефтепровода. Перераспределение грузопотоков транспортируемой нефти.
отчет по практике [551,4 K], добавлен 13.04.2015Технико-экономическое обоснование годовой производительности и пропускной способности магистрального трубопровода. Определение расчетной вязкости и плотности перекачиваемой нефти. Гидравлический расчет нефтепровода. Определение числа насосных станций.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 30.05.2016Расчет трубопровода, выбор центробежного насоса. Методы регулировки его работы в схеме циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов. Расчет сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов. Разбивка трубопровода насосной установкой на участки.
курсовая работа [258,3 K], добавлен 10.04.2012Исходные данные для технологического расчета нефтепровода. Механические характеристики трубных сталей. Технологический расчет нефтепровода. Характеристика трубопровода без лупинга и насосных станций. Расстановка насосных станций на профиле трассы.
курсовая работа [859,1 K], добавлен 04.03.2014Структура управления ОАО "Сибнефтепровод". Ведущие виды деятельности компании. Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода. Техническое обслуживание линейной части МН. Наладка оборудования линейной части магистрального нефтепровода.
отчет по практике [2,9 M], добавлен 19.03.2015Гидравлический расчет нефтепроводов при неизотермическом движении потока: расчет коэффициента крутизны вискограммы, длины трубопровода с турбулентным режимом движения нефти, суммарных гидравлических потерь в турбулентном и ламинарном участках движения.
задача [583,3 K], добавлен 10.05.2010Особенности формирования системы магистральных нефтепроводов на территории бывшего СССР. Анализ трассы проектируемого нефтепровода "Пурпе-Самотлор", оценка его годовой производительности. Принципы расстановки перекачивающих станций по трассе нефтепровода.
курсовая работа [934,0 K], добавлен 26.12.2010Анализ современного состояния нефтепроводного транспорта России. Общая характеристика трассы нефтепровода "Куйбышев-Лисичанск". Проведение комплексной диагностики линейной части магистрального нефтепровода. Принципиальные схемы электрических дренажей.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 23.01.2012Анализ динамики изменения шероховатости и количества внутритрубных отложений при эксплуатации нефтепроводов. Влияние скопления жидкости и газа на эксплуатационные характеристики трубопроводов. Технология очистки нефтепродуктопровода "Монги-Погиби".
дипломная работа [2,5 M], добавлен 26.01.2014Виды и назначение нефтепроводов, методы увеличения пропускной способности. Расчет длины и эффективности лупинга для трубопровода, числа станций при увеличении производительности. Расчёт капитальных вложений и эксплуатационных расходов транспорта нефти.
отчет по практике [169,3 K], добавлен 14.03.2014Простые и сложные трубопроводы, их классификация по принципу работы. Расчет гидравлических характеристик трубопровода. Выбор базовой ветви трубопровода. Расчет требуемой производительности и напора насоса. Подбор насоса и описание его конструкции.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 31.10.2011Оценка технического состояния магистрального нефтепровода "Холмогоры-Клин" на участке "Лысьва-Пермь", диаметром 1220 мм с заменой трубы по результатам внутритрубной диагностики. Виды и описание ремонтных конструкций. Организация процесса строительства.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.01.2014Виды назначения устройства приспособления, применяемых при монтаже наружных трубопроводов. Перспективные виды сварки. Методы, повышающие производительность труда. Способы сварки, повышающие производительность труда. Охрана труда. Электробезопасность.
курсовая работа [24,9 K], добавлен 18.09.2008
