Гидравлический расчет системы нефтеснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание. Выполнить гидравлический расчет системы нефтеснабжения (схема см. рис. 1), подобрать диаметры труб системы и насосное оборудование. Построить пьезометрический график системы.

Рис. 1. Иллюстрация к заданию

Исходные данные:

Длина и профиль участков трассы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Первый участок
xi, км	0	5,4	10,8	16,2	21,6	27
zi, м	12	48	67	97	120	135
Второй участок
xi, км	0	6,4	12,8	19,2	25,6	32
zi, м	135	97	56	45	60	60
Третий участок
xi, км	0	9	18	27	36	45
zi, м	135	45	27	37	45	67
Четвертый участок
xi, км	0	4,2	8,4	12,6	16,8	21
zi, м	67	87	67	56	45	60
Пятый участок
xi, км	0	5,4	10,8	16,2	21,6	27
zi, м	67	34	34	34	45	50



Физические характеристики перекачиваемого продукта: перекачиваема среда - нефть; плотность = 860 кг/м³; вязкость = 12 сСт; давление насыщенных паров р_н = 14 кПа, абсолютная шероховатость = 0,25мм.

Расходы и давления в конечных пунктах транспортной системы (не менее): Q₁ =1150м³/ч, p₁ = 0,4МПа; Q₂ = 870м³/ч, p₂ = 0,2МПа; Q₃ = 1200м³/ч, p₃ = 0,2МПа;

Трубы подберем из перечня (Таблица 2)

Таблица 2

D, mm	377	426	530	630	720	820	920	1020	1220
, мм	6	8	8	8	9	10	10	10	12

Решение

1) Построим профиль трассы и определим линию гидравлического уклона для всей системы в целом.

Рис. 2 - Профиль трассы и линия гидравлического уклона

Максимальная длинна трассы 99 км, суммарный теоретический расход по системе составляет 3220 м³/ч, ориентировочно будем использовать насос с напором около 260 м. Начальный полный напор выбираем как сумму геометрической высоты расположения НС (z_н = 12 м), дифференциального напора насоса и кавитационного запаса (примем кавитационный запас равным 12 м), таким образом Н₁ = 284 м. Конечный напор состоит из давления, равного 0,2 МПа и геометрической высоты равной 50 м, по формуле 1.1 находим

(1.1)

Н₂ = 50 м + 0,2 Мпа / (860 кг/м³ * 9,8) = 73,7 м.

Таким образом, будем подбирать диаметры участков основной магистрали, чтобы гидравлический уклон i был не менее (284 - 73,7) / 99000 = 2,3*10^-3 м/м.

Подберем диаметр 5 участка, чтобы гидравлический уклон был не менее 2,3*10^-3 м/м, при условии, что конечное давление равно 0,2 МПа и расход не менее 1200 м³/ч.

В первом приближении диаметр трубопровода вычислим по формуле 1.2:

(1.2)

мм

По графику (рис. 3) определим скорость перекачки сырья V, в зависимости от Q = 1200 м³/ч, она будет равна: 1,25м/с

Рис. 3. Зависимость скорости перекачки от производительности нефтепровода

По таблице 2, примем начальный диаметр трубопровода 630 x 8.

Таблица 3 5й участок

Диаметр трубы, м	630 мм	630 мм
Толщина стенки, мм	8 мм	8 мм
Абсолютная шероховатость, мм	0,25 мм	0,00025 м
Плотность продукта, кг/м3	860	860 кг/м3
Вязкость, сСт	12	0,000012 м2/с
Длина трасы, км	27	27 км
Геом. высота начала трассы, м	67	67 м
Геом. высота конца трассы, м	50	50 м

Рассчитаем H-Q характеристику для диаметра 630 x 8 и выше и расходами не менее 1200, результаты сведем в таблицы.

Внутренний диаметр трубы:

d = D - 2h;

d = 630 - 2*8;

d = 614 мм.



Скорость перекачки:

(1.3)

Число Рейнольдса:

(1.4)

Коэффициент гидравлического сопротивления

(1.5)

При:

10000 < Re < 25364

(1.6)

При:

25364 < Re < 1250000

(1.7)



При:

Re > 1250000/

Гидравлический уклон:

(1.8)

Полный напор в конце трубопровода:

(1.9)

Полный напор в начале трубопровода:

(1.10)

Результаты сведем в таблицы:

Таблица 4 H-Q характеристика для диаметра 630 x 8

Q, м3/ч	1200	1300	1400	1500	1600	1700
V, m/c	1,1263	1,2202	1,3141	1,4079	1,5018	1,5957
Re, б/р	57631,4400	62434,0600	67236,6800	72039,3000	76841,9200	81644,5400
, б/р	0,0220	0,0216	0,0213	0,0211	0,0209	0,0206
i, M/M	0,0023	0,0027	0,0031	0,0035	0,0039	0,0044
Нн, м	136,1348	129,8588	137,9664	146,5816	155,7019	165,3249

L = 27000м.



Н₁ = 73,7 + i * 27000

Таблица 5 H-Q характеристика для диаметра 720 x 9

Q, м3/ч	1200	1300	1400	1500	1600	1700
V, m/c	0,8617	0,9335	1,0053	1,0771	1,1489	1,2207
Re, б/р	50406,9860	54607,5682	58808,1503	63008,7325	67209,3147	71409,8968
, б/р	0,0224	0,0220	0,0217	0,0214	0,0212	0,0209
i, M/M	0,0012	0,0014	0,0016	0,0018	0,0020	0,0023
Нн, м	106,2397	111,2932	116,6799	122,3972	128,4431	134,8157

Расчет показал, что для того чтобы обеспечить гидравлический уклон не хуже 2,3 10^-3 м/м необходимо использовать трубопровод 720x9, полный напор в начале 5-го участка составляет 106,24 м.

Подберем диаметр (4) участка, чтобы начальный напор на участке был не более 106,24 м. Конечное давление не менее 0,2 МПа и расход не менее 870 м³/ч. Примем начальный диаметр равным 630x8 мм. Расчеты сведем в таблицы.

Таблица 6 H-Q характеристика для диаметра 720 x 9

Q, м3/ч	870	936	1002	1068	1134	1200
V, m/c	0,6247	0,6721	0,7195	0,7669	0,8143	0,8617
Re, б/р	36545,0649	39317,4491	42089,8333	44862,2175	47634,6018	50406,9860
, б/р	0,0239	0,0235	0,0232	0,0229	0,0226	0,0224
i, M/M	0,0007	0,0008	0,0009	0,0010	0,0011	0,0012
Нн, м	97,9084	99,8961	102,0011	104,2223	106,5589	109,0100

d = D - 2h;

d = 720 - 2*9;

d = 702 мм.

L = 21000м.

Н₁ = 83,7 + i * 21000

Расчет показал, что для трубопровода (4) 720x9 начальный напор требуется больший, чем располагает наша система на главном направлении. Построим H-Q характеристики и линии тренда для участков 4 и 5. Графическим способом определим увеличенный расход на участке 4.

Рис. 4 - H-Q характеристики для участков (4) и (5)

Зная, что напор на главной диагонали (см. начало 5-го участка) составляет 106,24 м, определим расход на участке 4 с учетом новой величины напора. Расход составит Q, =1210 м³/ч.

Подберем диаметр на участке (3), с учетом того гидравлический уклон должен быть не хуже 2,3*10³ м/м, расход на участке не менее 1210+1120=2330 м³/ч и полный напор в конце участка не менее 106,24 м (в пересчете на давление, (106,24- 67) * 9,81 * 860 = 0,331 МПа). Примем начальный диаметр трубопровода 1020x10. Результаты расчетов сведем в таблицы:



Таблица 7 H-Q характеристика для диаметра 920 x 10

Q, м3/ч	2330	2477	2624	2771	2918	3065
V, m/c	1,0179	1,0821	1,1463	1,2105	1,2748	1,3390
Re, б/р	76341,3803	81157,7678	85974,1553	90790,5428	95606,9304	100423,3179
, б/р	0,0203	0,0201	0,0199	0,0197	0,0195	0,0193
i, M/M	0,0012	0,0013	0,0015	0,0016	0,0018	0,0020
Нн, м	159,9332	166,2245	172,8366	179,7680	187,0171	194,5827

d = D - 2h;

d = 920 - 2*10;

d = 900 мм.

L = 45000м.

Н₁ = 90,7 + i *45000 .

Расчет показал, что для трубопровода 920x10 гидравлический уклон не хуже чем 2,3*10³, требуемый и полный напор в начале участка составляет 159,93 м. оборудование трасса перекачка нефтепровод

Подберем диаметр (2) участка, чтобы начальный напор на участке был не более 159,93 м при условии, что расход на участке не менее 1150 м³/ч, а конечное давление не менее 0,4 МПа. Примем начальный диаметр равным 720x9мм.

Расчет сведем в таблицы.

Таблица 8H-Q характеристика для диаметра 720 x 9

Q, м3/ч	1150	1190	1230	1270	1310	1350
V, m/c	0,8258	0,8545	0,8832	0,9119	0,9406	0,9694
Re, б/р	48306,6949	49986,9278	51667,1607	53347,3935	55027,6264	56707,8593
, б/р	0,0225	0,0224	0,0222	0,0221	0,0220	0,0218
i, M/M	0,0011	0,0012	0,0013	0,0013	0,0014	0,0015
Нн, м	143,1251	145,3936	147,7258	150,1216	152,5807	155,1029

d = D - 2h;

d = 720 - 2*9;

d = 702 мм.

L = 32000м.

Н₁ = 83,7 + i *32000

Подберем диаметр на участке (1), с учетом того, что гидравлический уклон должен быть не хуже 2,3-10³ м/м, начальный полный напор не более 284 м, расход на участке не менее 2330 + 1150 = 3480 м³/ч, полный напор в конце участка главной диагонали не менее 143,12 м (в пересчете на давление (143,12 - 135) * 9,81 * 860 = 0,0685 МПа). Примем начальный диаметр трубопровода 920x10. Результаты сведем в таблицы

Таблица 9 H-Q характеристика для диаметра 920 x 10

Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
V, m/c	1,5203	1,5491	1,5779	1,6068	1,6356	1,6644
Re, б/р	114020,6023	116183,0620	118345,5217	120507,9814	122670,4411	124832,90
, б/р	0,0189	0,0189	0,0188	0,0187	0,0187	0,0186
i, M/M	0,0025	0,0026	0,0027	0,0027	0,0028	0,0029
Нн, м	209,9631	212,3012	214,6771	217,0906	219,5418	222,0306

d = D - 2h;

d = 920 - 2*10;

d = 900 мм.

L = 27000м.

Н₁ = 158,7 + i *27000.

Расчетные диаметры имеют значения (см. рис. 5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5 - Результаты предварительного расчета

Подберем насос, который удовлетворяет по условиям напора 210 м и расхода 3480м³/ч. Используя приложения, где представлены основные характеристики насосов НМ выберем, те насосы которые подходят для наших условий:



Таблица 10 Характеристики насосов

№ п/п	Насосы	Коэффициент к формуле (3.16)	Кав. запас, м	Геод. выс Z, М
		а0	a1	а2
1	НМ 3600-230 1,0 Qh ротор, диаметр - 460	303,4	2,92Е-03	-6,27Е-06	40	12
2	НМ 3600-230 1,0 Qh ротор, диаметр - 425	272,7	2,04Е-03	-6,06Е-06	40	12
3	НМ 3600-230 1,0 Qh ротор, диаметр - 415	246,22	-1,80Е-03	-5,90Е-06	40	12
4	НМ 7000-210 0,5 Qh	248,61	-3,55Е-02	-3,09Е-06	50	12

Произведем расчет геометрического напора Н:

(1.12)

Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
Нн, м	220,5	217,65	214,74	211,79	208,78	205,72
Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
Нн, м	289,63	286,91	284,15	281,32	278,44	275,51
Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
Нн, м	257,93	255,25	252,53	249,91	246,91	244,02
Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
Нн, м	212,32	209,18	205,99	202,73	199,43	196,07



Построим график:

Рис. 6 - Расчет рабочего расхода и напора по системе

На линии пересечения расходно-напорных характеристик насоса и трубопроводной системы отыщем рабочий расход и начальный полный напор. Подберем такой насос, для которого рабочий расход и начальный полный напор окажется удовлетворяющим условиям для обеспечения заданного расхода по системе. Выбираем насос №3, рабочий расход составит 3680 м³/ч, напор насоса с учетом кавитационного запаса и геодезической высоты составит 203 м.

Выполним поверочный расчет системы:

Построим зависимость i=f(Q) для всех участков на основании данных, которые мы рассчитали при определении предварительных диаметров по таблицам:

5й участок, диаметр 720 x 9

Q, м3/ч	1200	1300	1400	1500	1600	1700
i, M/M	0,0012	0,0014	0,0016	0,0018	0,0020	0,0023

4й участок, диаметр 720 x 9

Q, м3/ч	870	936	1002	1068	1134	1200
i, M/M	0,0007	0,0008	0,0009	0,0010	0,0011	0,0012

3й участок, диаметр 920 x 10

Q, м3/ч	2330	2477	2624	2771	2918	3065
i, M/M	0,0012	0,0013	0,0015	0,0016	0,0018	0,0020

2й участок, диаметр 720 x 9

Q, м3/ч	1150	1190	1230	1270	1310	1350
i, M/M	0,0011	0,0012	0,0013	0,0013	0,0014	0,0015

1й участок, диаметр 1020 x 10

Q, м3/ч	3480	3546	3612	3678	3744	3810
i, M/M	0,0025	0,0026	0,0027	0,0027	0,0028	0,0029

Рис.7. Величина гидравлического уклона в зависимости от расхода и линии тренда в виде полинома второй степени для трубопроводов разного диаметра

Определим величину напора в конце участка (1). Начальный напор составляет 203 м, расход 3680 м³/ч. Зная значение расхода по графику рис.7 определим значение линии гидравлического уклона на (1) участке при данном расходе. Значение гидравлического уклона равно 0,00175 м/м. Определим фактическое значение полного напора в конце участка (1).

h_K1 = h_H - i * L = 203 - 0,00175 * 27000 = 155,75 м.



На (2) участке начальный напор равен 155,75 м, а конечное давление по условию задачи равно 0,4 МПа. Определим конечный напор на участке (2).

h_K2 = p / (p * g) + z = 400000 / (860 * 9,81) + 60 = 107,4 м.

Определим величину гидравлического уклона на участке (2)

i = (h_к1 - h_к2) / L = (155,75 - 107,4) / 32000 = 0,00151

По графику рис.7 определим значение расхода по значению гидравлического уклона на (2) участке. Расход равен 1350 м³/ч. Таким образом, расход на (3) участке это разница расходов на первом и втором участке 3680 - 1350 = 2330 м³/ч.

Зная значение расхода по графику (рис.7) определим величину гидравлического уклона на (3) участке при данном расходе. Значение гидравлического уклона равно 0,0012 м/м. Определим фактическое значение полного напора в конце участка (3).

h_K3 = h_К1 - i * L = 203 - 0,0012 * 45000 = 149 м.

На (4) участке начальный напор равен 149 м, а конечное давление по условию задачи равно 0,2 МПа. Определим конечный напор на участке (4).

h_K4 = p / (p - g) + z = 200000 / (860 * 9,81) + 60 = 83,7м.

Определим величину гидравлического уклона на участке (4)

i = (h_К3 - h_К4) / L = (149 - 83,7) / 21000= 0,0031



По графику рис. 7 определим значение расхода по значению гидравлического уклона на (4) участке. Расход равен 2080 м3/ч. Таким образом, расход на (5) участке, это разница расходов на третьем и четверном участке 2330 - 2080 = 250 м³/ч.

Зная значение расхода на участке (5) по графику (рис. 7) определим значение величины гидравлического уклона при расходе 722 м³/ч. Значение гидравлического уклона равно 0,00048 м/м. Определим фактическое значение полного напора в конце участка (5).

h_К5 = h_K4 - i * L = 149 - 0,00048 * 27000 = 136,04 м.

Определим конечное давление третьего потребителя

p = (h_K5 - z) *p * g = (136,04 - 50) * 9,81 * 860 = 0,7 МПа

Видим, что конечный напор в конце (5) участка больше заданной величины, поэтому считаем, что расчет сошелся и подбор труб выполнен верно. Результаты расчета представлены на рис.8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8. Результаты поверочного расчета.



Рис.9. Пьезометрический график по результатам поверочного расчета.

Размещено на Allbest.ru