Трубы и скорость течения нефти в трубе

Рабочее давление, развиваемое насосной станцией, рассчитывается по формуле (2):

, (2)

Где h_м и h_П – напоры, магистральный и подпорный, определенные по графическим характеристикам;

m_p – число рабочих магистральных насосов;

P_д – допустимое давление, развиваемое нефтеперекачивающей станцией (в общем случае, не должно превышать 7,4 МПа);

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с² ;

ρ – плотность нефти, кг/м³ .

Толщина стенки трубы (δ) рассчитывается по формуле (3):

, (3)

где п - коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему давлению в нефтепроводе, учитывающий возможное увеличение внутреннего давления (временные длительные нагрузки, Таблица 13 СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы, 1985);

p – рабочее (нормативное) давление, МПа, по формуле (2);

D_н - наружный диаметр трубы, мм;

R₁ - расчетные сопротивления растяжению

Ориентировочный диаметр трубы, находимый по формуле (8) практической работы №1справедлив для относительно небольших значений подачи, с учетом того, что диаметр выпускаемых труб ограничен.

По Таблице 2.1для выбранной марки стали необходимо выбрать ближайший больший диаметр. Тогда внутренний диаметр трубопровода составит:

(4)

Фактическая скорость течения нефти в трубе [м/с] может быть найдена по формуле (5):

(5)

,где D – внутренний диаметр трубопровода (должен быть взят в м!).

Таблица 2.1. Характеристики трубных сталей (по Бабин и др., 1979)

Таблица 2.2. Характеристики магистральных и подпорных насосов

Практическая работа №3. Пересчет характеристик центробежных насосов с воды на вязкую нефть

Цель.

Произвести перерасчет характеристик насоса с воды на вязкую жидкость в соответствии с Ходом выполнения, результаты представить в виде отчета (форматы word и excel).

Задачи.

В соответствии с расчетными формулами, с применением технических характеристик насосов, заимствованных из каталога, произвести заполнение приводимой таблицы для 5 значений подачи при максимальном КПД насоса.

Расчетные формулы.

В каталогах приводятся характеристики центробежных насосов, снятые на воде. При перекачке маловязких нефтей и нефтепродуктов эти характеристики не изменяются. Однако с увеличением вязкости перекачиваемой жидкости напорная характеристика и КПД насоса падают, а потребляемая мощность возрастает. Меняется также давление насыщенных паров и значение кавитационного запаса.

Формулы для расчета параметров работы насоса на нефти , , по известным параметрам работы на воде Н_В, Q_В, имеют вид:

, , ,

где , , - коэффициенты пересчета соответственно напора, подачи и КПД насоса с воды на нефть.

В методике пересчета характеристик магистральных насосов в качестве параметра, характеризующего течение перекачиваемой жидкости в рабочем колесе, используется число Рейнольдса

,

где n – число оборотов ротора насоса,

Д₂ – наружный диаметр рабочего колеса,

- расчетная вязкость нефти.

Условную границу перехода режима течения жидкости из автомодельной области в область зависящих от вязкости значений параметров насоса определяют переходное и граничное число Рейнольдса и , вычисляемые по формулам:

и ,

где n_s - коэффициент быстроходности насоса, равный

.

В этой формуле Q_НОМ и Н_НОМ – подача и напор при работе на воде с максимальным КПД, n – частота вращения (об/мин).

Зная число Re_п, можно найти предельное значение вязкости, начиная с которой необходимо вести пересчет характеристик насоса:

.

Если величина меньше расчетной вязкости , то характеристики насоса пересчитываются с воды на нефть.

Для вычисления коэффициентов пересчета напора, подачи и КПД используются следующие формулы:

;

;

,

где - поправочный коэффициент, равный = .

После определения параметров работы насоса на нефти Q, H и можно пересчитать и характеристику Q – N по формуле

где ρ – расчетная плотность нефти.

Анализ кавитационных характеристик насосов показывает, что критический кавитационный запас на нефтях меньше, чем на воде.

Допустимый кавитационный запас центробежного насоса на нефти определяется по формуле

,

где - паспортное значение допустимого кавитационного запаса для воды;

К_h – коэффициент запаса (К_h= );

и - поправки соответственно на температуру и вязкость перекачиваемой нефти.

При этом ;

.

где - напор, соответствующий давлению насыщенных паров нефти P_S;

- скорость потока нефти во входном патрубке насоса;

- коэффициент сопротивления на входе в насос.

Скорость потока вычисляется по формуле:

,

где - диаметр входного патрубка.

Коэффициент сопротивления при < определяется по формуле

,

При >9330 можно принять .

Если в паспорте на насос вместо приводится вакуумметрическая высота всасывания Н_ВАК, то величину допустимого кавитационного запаса на воде можно найти по формуле

.

Все характеристики насоса Q-H, -Q, Q-N и пересчитываются в диапазоне подач 0,8 Q_НОМ Q_НОМ 1,2 Q_НОМ.

Исходные данные.

Исходными данными для выполнения задания являются характеристики насоса Q_НОМ, Н_НОМ, n, Д₂, , d_ВХ, h_ДОП.В, (приложение 2), а также характеристики перекачиваемой нефти [кг/м³] и Р_S = 66500 Па.