Гидравлический расчет трубопроводной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трубопроводы нашли широкое распространение во многих областях современной жизни, в том числе и в нефтегазовой отрасли. Поэтому диаметр, длина, шероховатость и другие параметры варьируются в широких пределах. Вследствие этого, существуют различные классификации трубопроводов. Учитывая специфику данной работы, рассмотрим деление на простые и сложные трубопроводы.

Простыми называют трубопроводы одинакового по длине диаметра и состоящие из одной линии.

Сложными называют трубопроводы, в случае, если они имеют переменный по длине диаметр или имеют ветвления. Места трубопровода, где соединяется несколько ветвей, называют узлами.

При гидравлических расчетах сложного трубопровода может ставиться задача определения необходимого напора для обеспечения заданного расхода, либо определение расхода при заданных размерах и известных напорах. Исходными при этих расчетах являются уравнение Бернулли и уравнение сохранения расхода (или неразрывности).

Запишем уравнение Бернулли для некоторого участка трубопровода, расположенного между сечениями 1 и 2:

(1)

- геометрический напор; - пьезометрический напор; - скоростной напор; - потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Причем:

 (2)

где - потери напора по длине, - местные потери напора на гидравлические сопротивления, - коэффициент гидравлического сопротивления, - длина трубопровода, - диаметр трубопровода, - коэффициент местного сопротивления, - скорость флюида, - ускорение свободного падения.

Трубопровод лежит в одной горизонтальной плоскости:

(3)

Местные потери напора пренебрежимо малы, по сравнению с потерями напора по длине. Тогда уравнение (2) примает вид:

(4)

Уравнение (4) называется уравнением Дарси-Вейсбаха.

Также в данной курсовой работе участки, для которых записываются уравнения Бернулли, на всём протяжении имеют постоянный диаметр, поэтому и . Тогда уравнение (1) примает вид:

(5)

Средняя скорость жидкости, текущей по трубе определяется по формуле , подставляя это выражение в уравнение (4), получим:

 (6)

Коэффициент гидравлического сопротивления л зависит от режима течения. В зависимости от значения Re, коэффициент гидравлического сопротивления определяется по различным формулам:

Ламинарный режим, Re<2320

(7)

Турбулентный режим.

Зона гидравлически гладких труб, 3000 ? Re ? 10d/?.

формула Блазиуса; (8)

Зона смешанного трения, 20d/? ? Re ? 500d/?. (9)

формула Альтшуля; (10)

Квадратичная зона, Re ? 500d/?.

формула Шифринсона. (11)

Сложные трубопроводы делятся на следующие группы:

параллельные соединения, когда к основной магистрали подключены параллельно ей еще одна или несколько труб;

последовательные соединения, в которых жидкость проходит по магистрали, состоящей из труб различного диаметра.

Параллельное соединение труб (рис.1). Магистральный трубопровод разветвляется на несколько параллельных линий труб различных длин и диаметров, сходящихся затем в точке магистрали. Если расход жидкости в магистрали , а параллельных линиях ,,, то:

(12)

Рис.1

Составляя уравнение Бернулли для каждой из параллельных ветвей, получим, что потери напора равны между собой:

(13)

Последовательное соединение труб (рис.2). Магистральный трубопровод состоит из труб различной длины и диаметра. Если обозначить общий расход жидкости через , то очевидно, что:

(14)

При этом потери напора определяются по формуле:

 (15)

Рис.2

Независимо от того, какая задача нам поставлена при гидравлическом расчете сложного трубопровода, ее удобно решать графоаналитическим методом. Для этого строят гидравлические характеристики всех труб Н = f (Q), входящих в рассматриваемую схему. Характеристики параллельно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (12) и (13). Для этого необходимо на графике сложить абсциссы (расходы) каждой из кривых при одинаковых ординатах (напорах). В результате такого суммирования получим характеристику разветвленного участка, которую можно рассматривать как заменяющую параллельно соединенные трубы одной им эквивалентной. Характеристики последовательно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (14) и (15). Для этого необходимо на графике сложить напоры каждой из кривых при одинаковых расходах. В результате получим характеристику участка, которую можно рассматривать как заменяющую последовательно соединенные трубы одной им эквивалентной.

2. Расчетная часть

трубопровод гидравлический нефтяной

Разность отметок между днищами резервуаров Н=10м. Резервуары соединены трубами, из которых вторая и третья проложены параллельно (L₂=L₃). Труба 3 имеет задвижку. Трубы стальные бесшовные новые.

1. Определить расход нефти в трубах, проложенных между резервуарами, имеющими давление р₁=200кПа, р₂=150кПа и уровни нефти в них Z₁=5м и Z₂=7м.

2. Определить расходы в трубах.

3. Как изменятся эти расходы, если закрыть задвижку?

4. Повторить расчеты по пунктам 1, 2, если в трубах образуются значительные отложения.

5. Оценить, в каких пределах (в процентах) изменится расход в системе, по пункту 1, если уровни в резервуарах станут одинаковыми. (Z₁=Z₂)

6. Построить характеристику разветвления.

Длины участков:

L₁=2м; L₂=3м; L₃=3,5м; L₄=4м

Диаметры участков:

d₁=0,2м; d₂=0,25м; d₃=0,3м; d₄=0,2м

Плотность нефти с=810кг/м³, кинематическая вязкость н=1•10^-5 м²/с

Рисунок 1. Схема гидравлической системы

Решение

Характеристики трубопроводов описываются уравнениями:

Строим график для ветви 1 от расхода (л/с):

Для примера приведем расчет для л/с

Определим режим течения жидкости в трубопроводе.

Определим число Рельнодса:

где кинематическая вязкость жидкости

Т.к

мм - коэффициент шероховатости трубы (новая стальная бесшовная труба).

Значение определяется по формуле Блазиуса (область гидравлически гладких труб):

м

Аналогично рассчитываем для других расходов.

Строим график для ветви 2 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 3 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 4 от расхода (л/с):

После чего строим суммарный график ветвей 2 и 3 путем сложения расходов при одинаковых напорах.

После чего строим суммарный график трубопровода путем сложения напоров при одинаковых расходах.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией м дают соответственно величину расхода 525л/с.

На пересечения с абсциссой 525 с каждым из графиков определяем потери в каждом из трубопроводов.

м. м. м.

Для нахождения расхода в ветвях 2 и 3 определим пересечения графиков с ординатой 0,69

л/с. л/с. л/с. л/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотрим случай когда закрыта задвижка в трубопроводе 3.

В данном случае трубопровод представляет собой последовательно соединенные трубопроводы 1,2,4.

После чего строим суммарный график трубопровода путем сложения напоров при одинаковых расходах.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией м дают соответственно величину расхода 520л/с.

На пересечения с абсциссой 520 с каждым из графиков определяем потери в каждом из трубопроводов.

м. м. м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотрим случай когда уровни в баках одинаковы. (Z₁=Z₂)

Строим график трубопровода аналогично 1 пункта.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией м дают соответственно величину расхода 565л/с.

На пересечения с абсциссой 565 с каждым из графиков определяем потери в каждом из трубопроводов.

м. м. м.

Для нахождения расхода в ветвях 2 и 3 определим пересечения графиков с ординатой 0,34

л/с. л/с. л/с. л/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотрим случай когда в трубах значительные отложения. (?=3)

Строим графики трубопровода аналогично 1 пункта.

Таблица

Строим график для ветви 2 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 3 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 4 от расхода (л/с):

После чего строим суммарный график ветвей 2 и 3 путем сложения расходов при одинаковых напорах.

После чего строим суммарный график трубопровода путем сложения напоров при одинаковых расходах.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией м дают соответственно величину расхода 400л/с.

На пересечения с абсциссой 400л/с с каждым из графиков определяем потрети в каждом из трубопроводов.

м. м. м.

Для нахождения расхода в ветвях 2 и 3 определим пересечения графиков с ординатой 0,34

л/с. л/с. л/с. л/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru