Розрахунок трубопроводів на міцність

Обробка вхідних даних

Розрахункову густину нафти визначаєм за формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.1)

де ρt – розрахункова густина нафти, кг/м3;

ρ20 – густина нафти при 20 °С, кг/м3;

ξ – температурна поправка кг /(м3·°С);

t – розрахункова температура, °С;

ξ =1,825 – 0,001315 · ρ20. (2.2)

ξ =1,825 – 0,001315 · 818 = 0,7493 кг /(м3·°С).

ρt = 818 – 0,7493(3 – 20) = 830,73 кг/м3.

Розрахункову в’язкість перекачування нафти визначаємо за формулою Філонова–Рейнольдса

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.3)

де розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru – в’язкість при розрахунковій температурі t;

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru – відоме значення в’язкості при температурі розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru ;

u – коефіцієнт крутизни віскограми.

Коефіцієнт крутизни віскограми визначаємо за формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.4)

де t1 i t2 – температури, при яких відомі ν1 і ν2.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru сСт.

Добову витрату рідини визначаємо за формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.5)

де М – кількість нафти, що перекачується;

Kп – коефіцієнт, який враховує можливість перерозподілення потоків у процесі експлуатації нафтопроводу;

NР – кількість робочих днів.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru Приймаємо, що нафтопровід буде прокладатися в умовах, для яких заболочені гірські ділянки складають менше 30% траси нафтопроводу, тому приймаємо кількість робочих днів NР = 351 [2].

Трубопровід буде однонитковим і ним нафту будуть транспортувати з місця добування до системи трубопроводів, тому КП =1,07 [2].

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м3/д.

Визначаємо годинну витрату рідини в трубопроводі

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.6)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м3/год.

Визначаємо секундну витрату рідини в трубопроводі

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.7)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м3/с.

Підбір насосів і побудова математичних моделей характеристик насосів і насосних станцій

Вибираємо насоси:

- магістральний насос НМ 710–280 4 штуки (3 робочі, 1 резервний);

- підпірний насос НПВ 600–60 3 штуки (2 робочі, 1 резервний).

Складаємо таблицю характеристики насосів (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1- Характеристики насосів.

Насос Параметр Значення параметру
НМ 710–280 Подача, м3/год
Подача, м3 0,28 0,56 0,83 1,11 1,39 1,67 1,94 2,22
Напір, м
НПВ 600–60 Подача, м3/год
Подача, м3 0,14 0,28 0,42 0,56 0,70 0,84 0,97 1,11
Напір, м

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru Для проведення технологічних розрахунків режимів роботи трубопроводів паспортні графічні характеристики насосів, які встановлені на ГПНС, доцільно описати математичною моделлю виду

H = a – b · Q2, (2.8)

де a і b – коефіцієнти математичної моделі.

Ці коефіцієнти обчислюють за координатами двох точок з характеристик насоса методом інтерполяції

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.9)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru ,

(2.10)

де Н1 і Н2 – напори, які розвиває насос при подачах Q1 і Q2 відповідно.

В робочій зоні магістрального насоса беремо два значення напору Н1=225 м і Н2 =175 м при подачі відповідно Q1 = 6500 м3/год і Q2 = 8000 м3/год (Q1 = 2,222 м3/с і Q2 = 1,806 м3/с)і визначаємо коефіцієнти розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru :

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2.

В робочій зоні підпірного насоса беремо два значення напору Н1= 91 м і Н2 = 80 м при подачі відповідно Q1=3500 м3/год і Q2=4000 м3/год (Q1 = 1,111 м3/с і Q2 = 0,972 м3/с)і визначаємо коефіцієнти розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru :

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2.

Підпірні насоси з’єднуємо паралельно, магістральні насоси послідовно (рисунки 2.1 і 2.2).

 
  розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

Рисунок 2.1 – Схема паралельної роботи підпірних насосів

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

Рисунок 2.2 – Схема підключення магістральних насосів на послідовну роботу

Підпірні і магістральні насоси працюють послідовно.

Математична модель проміжної насосної станції записується так:

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.11)

де Апнс і Впнс – коефіцієнти математичної моделі сумарної напірної характеристики проміжної насосної станції.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.12)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.13)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

При подачі розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м3/с напір проміжної насосної станції становить

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м.

На головних насосних станціях працюють послідовно один підпірний і r магістральних насосів. Тому математична модель робочої зони напірної характеристики головної насосної станції має такий вигляд

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.14)

де Агнс і Вгнс – коефіцієнти математичної моделі сумарної напірної характеристики головної насосної станції.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.15)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.16)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru = розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.17)

де розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru – число паралельно працюючих насосів.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru с/м2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru При подачі розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м3/с напір головної насосної станції становить

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru м.

Тиск головної насосної станції дорівнює

РГНС = ρt розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru g розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru HГНС , (2.18)

РГНС = 853,22 розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 9,81 розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 607,8 = 5,09 МПа.

Розрахунок трубопроводів на міцність

Приймаємо, що труби будуть виготовлятися на Новомосковському трубопрокатному заводі згідно ТУ 14-3-109-73 зі сталі марки 16Г2СГФ, для якої тимчасовий опір розриву 60 кгс /см2). Прямошовні труби діаметром 1220 мм, виготовлені електродуговим зварюванням. Нормальний ряд товщин стінок 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 10; 11; 12 мм.

Розрахункова товщина стінки:

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.19)

де n – коефіцієнт надійності по навантаженню;

p – робоче навантаження в трубопроводі, кгс/см2;

R1 – рахунковий опір, знаходиться за формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru (2.20)

де R1 – тимчасовий опір розриву, кгс/см2;

m – коефіцієнт умов роботи;

K1 = 1,34 – коефіцієнт надійності по матеріалу [2];

KH = 1,05 – коефіцієнт надійності по призначенню [2].

Згідно [2] приймаємо n = 1,15, оскільки це трубопровід діаметром 700–1400 мм з проміжними насосними станціями без підключення ємностей; m =0,9, оскільки всі ділянки трубопроводу 3 та 4 категорії.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru кгс/см2,

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru мм.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru Приймаємо товщину стінки трубопроводу 8,5 мм з нормативного ряду.

Внутрішній діаметр трубопроводу знаходимо за формулою

Dвн = Dз розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 2δ, (2.21)

Dвн = 1220 розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 2 · 8,5 = 1203 мм.

Перевіряємо на наявність складного напруженого стану:

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.22)

де розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru – поздовжні осьові напруження;

0,15 – коефіцієнт защемлення трубопроводу;

α = 12·10-6 град-1 – коефіцієнт лінійного розширення металу;

Е = 2,1·106 кгс/см2 – модуль Юнга;

Δt – різниця температури повітря в період укладання та мінімальної температури на глибині укладання.

Приймаємо Δt = 40 для підземного прокладання трубопроводу [2].

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 11,47×106 Па = 11,47 МПа.

При наявності певних стискаючих силових напружень товщину стінки слід визначати з формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.23)

де розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 1 – коефіцієнт, що враховує двохвісний напружений стан трубопроводу, який визначається за формулою

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru , (2.24)

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru мм.

розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru Отже, остаточна товщина стінки трубопроводу δ = 8,5 мм з нормативного ряду товщин стінок. Внутрішній діаметр трубопроводу

Dвн = 1220 розрахунок трубопроводів на міцність - student2.ru 2·8,5 = 1203 мм.

Наши рекомендации