Күрделі құбырөткізгіштің гидравликалық есебі

Есеп 6.1

Ұзындығы 10 км болатын жинаушы коллектордың бас жағынан көлемі 180 т/с, динамикалық тұтқырлығы 20 мПа*с және тығыздығы 800 кг/м³ товарлық мұнай беріледі. Жинаушы коллектордан үш нүктеден мұнай алынады 20 т/с, 50 т/с и 100 т/с.

Коллектордың басталған жерінен мұнай алынған нүктелерге дейінгі арақашықтық 4 км, 200 м, 3 км. Бастапқы қысымы 1,6 МПа болса, жалпы қысымның түсуін анықтау керек. Жинаушы коллектор көлденең төселген және жергілікті кедергілер жоқ.

Берілгені: L = 10 км; D = 0.2 м; G = 180 т/ч; μ = 20 мПа*с; ρ = 800 кг/м³;

q₁ = 20 т/ч, q₂ = 50 т/ч; q₃ = 100 т/ч, l₁ = 4 км; l₂ = 200 м; l₃ = 3 км; P_н = 1.6 МПа;

Табу керек: ΔР =?

Шешімі:

Бұл есепте бір-бірінен шығым көлемімен ерекшелінетін бірнеше бөлшектерден тұратын күрделі құбырөткізгіш берілген. Әрбір бөлшек жеке-жеке құбырөткізгіш ретінде есептелінеді (5.1 есепті қара). Жалпы қысымның түсуі жекелеген бөлшектердің қысым шығынының суммасына тең.

Бірінші бірінші нүктеге дейінгі мұнай жылдамдығын анықтаймыз

v₁ = G / (S ρ) = 4 * 180 / (3600 * 3.14 * 0.2 ² * 800 * 10 ^-3) = 1.98 м/с.

Бұл бөлшекте ағыс режимі турбулентті, өйткені

Re₁ = v₁ * d / ν = v₁ * d * ρ / μ = 1.98 * 0.2 * 800 / 20 / 10^{- 3} = 15750 > 2320 (Блазиуса зонасы).

Гидравликалық кедергі коэффициентті λ әр бөлшекке жеке анықтаймыз.

λi = 0.3164 / Re ^0.25 = 0.3164 / 15750 ^0.25 = 0.028

Бірінші бөлшектегі қысым шығынын келесі формуламен анықтайды:

Δp = p₁ - p₂ = λ * L * v ² * ρ / D / 2

Δp₁ = 0.028 * 4000 * 1.98 ² * 800 / 0.2 / 2 = 0.875 МПа

Екінші бөлшектегі қысым шығынын анықтау үшін, алдымен мұнай ағысының жылдамдығын анықтап аламыз

v₂ = (G - q₁) / S / ρ = (180 - 20) * 4 / (3600 * 3.14 * 0.2 ² * 800 * 10 ^{- 3}) = 1.76 м/с

Екінші бөлшектегі ағыс режимі ламинарлы, өйткені

Re₂ = v₂ * d * ρ / μ = (1.76 * 0.2 * 800) / (20 * 10 ^{- 3}) = 14200 > 2320

Гидравликалық кедергі коэффициенті

λ₂ = 0.3164 / 14200 ^0.25 = 0.0292

Екінші бөлшектегі қысым шығыны

Δp₂ = 0.0292 * 200 * 1.76 ² * 800 / 0.2 / 2 = 37300 Па = 0.337 МПа

Үшінші бөлшектегі мұнай жылдамдығы:

v₃ = [G - (q₁ + q₂)] / S / ρ = [180 - (20 + 50)] * 4 / (3600 * 3.14 * 0.2 ² * 800 *

* 10 ^-3) = 1.21 м/с

Ағыс режимі турбулентті, өйткені

Re₃ = v₃ d ρ / μ = (1.21 * 0.2 * 800) / 20 / 10 ^{- 3} = 9560 > 2320

Гидравликалық кедергі коэффициенті

λ₃ = 0.3164 / Re ^0.25 = 0.3164 / 9560 ^0.25 = 0.0321

Үшінші бөлшектегі қысым шығыны

Δp₃ = 0.0321 * 3000 / 0.2 * 1.21 ² / 2 * 800 = 278000 Па = 0.278 МПа

Төртінші бөлшектегі мұнай жылдамдығы

v₄ = [G - (q₁ + q₂ + q₃)] * 4 / φ / d ² / ρ = (180 – 20 – 50 - 100) * 4 / 3600 / 3.14 /

/ 0.2 ² / 0.8 = 0.11 м/с

Ағыс режимі ламинарлы, өйткені:

Re₄ = v₄ * d * ρ / μ = 0.11 * 0.2 * 800 / 20 / 10 ^{- 3} = 884 < 2320

Гидравликалық кедергі коэффициенті

λ₄ = 64 / Re = 64 / 884 = 0.072

Төртінші бөлшектегі қысым шығыны

Δр₄ = 0.072 * 2800 * 0.11 ² * 800 / 0.2 / 2 = 4879 Па

Барлық шығындарды қосқандағы жалпы қысым

Δp = Σ p_i = 0.875 + 0.037 + 0.278 + 0.049 = 1.24 МПа

Зіндік жұмысқа арналған тапсырма

Есеп 6.1

Ұзындығы L км болатын жинаушы коллектордың бас жағынан көлемі G т/с, динамикалық тұтқырлығы μ мПа*с және тығыздығы ρ кг/м³ товарлық мұнай беріледі. Жинаушы коллектордан tr3 нүктеден мұнай алынады q₁ т/c ;2yt q₂ т/c.

Коллектордың басталған жерінен мұнай алынған нүктелерге дейінгі арақашықтық l₁ км, l₂ км. Бастапқы қысымы P_н МПа болса, жалпы қысымның түсуін анықтау керек. Жинаушы коллектор көлденең төселген және жергілікті кедергілер жоқ.

Варианттар бойынша тапсырмалар кесте 6.1-де келтірілген.

6.1-кесте

Бастапқы мәндер	Варианттар
Құбырөткізгіш ұзындығы, км
1-ші участок ұзынд. км	3,5					1,5							2,5
2-ші участок ұзынд. км			0,5			2,5
Құбырөткізг. диамет, мм
Мұнай шығыны, т/с
1 участок шығыны, т/ч
2 участок шығыны, т/с
Мұнай тығыздығы, кг/м3
Мұнайдың динамик.тұтқырлығы мПа*с
Бастапқы қысым, МПа	1,8	2,0	2,2	2,5	2,8	3,0	3,4	3,6	3,8	4,0	2,3	2,9	3,2	3,0	3,5
Абсолютті эквивалентті бұдырлық, мм	0,15	0,10	0,12	0,15	0,10	0,12	0,15	0,10	0,12	0,11	0,15	0,10	0,12	0,11	0,13

6.1 кестенің жалғасы

Бастапқы мәндер	Варианттар
Құбырөткізгіш ұзындығы, км
1-ші участок ұзынд. км	3,5								1,5				2,5
2-ші участок ұзынд. км			1,5			2,5						2,5
Құбырөткізг. диамет, мм
Мұнай шығыны, т/с
1 участок шығыны, т/ч
2 участок шығыны, т/с
Мұнай тығыздығы, кг/м3
Мұнайдың динамик.тұтқырлығы мПа*с
Бастапқы қысым, МПа	1,8	2,1	2,2	2,5	2,8	3,0	3,4	3,6	3,8	4,0	2,3	2,9	3,2	3,0	3,5
Абсолютті эквивалентті бұдырлық, мм	0,15	0,10	0,12	0,15	0,10	0,12	0,15	0,10	0,12	0,11	0,15	0,10	0,12	0,11	0,13

Резервуарларда мұнайды сақтағандағы мұнай шығынының есебі

Есеп 7.1

Жартысына дейін (Н_г = 0.5 Н) толтырылған көлемі 4600 м³ (d = 22.8 м, H = 11.4 м, қақпақтың конусының биіктігі h = 0.47 м) болат цилиндрлі тік резервуардың маусым айындағы бір «кіші дем алу» кезіндегі мұнай шығынын анықтау керек. Мұнайдың бастапқы қайнау температурасы t_нк = 46 ^оС. Орташа атмосфералық қысымы Р_а = 10⁵ Па. Маусым айындағы ауаның орташа температурасы t_bср = 17.8 ^оС. Айдағы орташа минималды температура t_bmin = 12.3 ^оС. Резервуардағы газ кеңістігінің температурасының ауытқу амплитудасы Δt_г = 27.8 ^оС.

Берілгені: V = 4600 м³; t_нк = 46 ^оС; Д = 22.8 м; Р_а = 10⁵ Па; Н = 11.4 м;

t_bср = 17.8 ^оС; h = 0.47 м; t_bmin = 12.3 ^оС; Н_г = 0.5 Н; Δt_г = 27.8 ^оС;

Табу керек: G_tмд =?

Табу керек:

Резервуардағы газ кеңістігінің температурасын анықтаймыз:

а) Орташа айлық ауа температурасының ауытқуы:

Δt_b / 2 = t_bср - t_bmin

Δt_b = 2 * (17.8 - 12.3) = 11 ^оС

б) минимальная температура в газовом пространстве резервуара:

t_гmin = t_bmin = 12.3 ^оС

в) Максималды резервуардағы газ кеңістігінің температурасы:

t_гmax = t_гmin + Δt_г = 12.3 + 27.8 = 40.1 ^оС

Мұнайдың жоғарғы қабатындағы температурасы:

t_bcmin = t_bcp - 0.3 * Δt_г / 2 = 17.8 - 0.3 * 27.8 / 2 = 13.7 ^оС

t_bcmax = t_bcp + 0.3 * Δt_г / 2 = 17.8 + 0.3 * 27.8 / 2 = 21.9 ^оС

Резервуардағы газ кеңістігіндегі мұнай өнімдері мен мұнай буының көлемдік концентрациясын анықтаймыз:

а) ол үшін, мұнай өнімдері мен мұнай қаныққан буының қысымға тәуелділік графигін (7.1 суретті қара), пайдалана отырып қаныққан булар қысымын анықтаймыз P_y болғандағы t_bcmin и t_bcmax:

P_y1 = 0.027 МПА и P_y2 = 0.04 МПа

б) сәйкес бу концентрациясы:

C₁ = P_y1 / P_a = 0.027 / 0.1 = 0.27 C₂ = P_y2 / P_a = 0.04 / 0.1 = 0.4

в) орташа көлемдік концентрация:

С = (С₁ + С₂) / 2 = (0.27 + 0.4) / 2 = 0.335

Мұнай буларының молекулалық массасын анықтаймыз:

М_б = 60 + 0.3 * t_к + 0.001 * t_к ² = 60 + 0.3 * 46 + 0.001 * 46 ² = 75.9 кг/(кмоль)

Бір «кіші дем алу» кезіндегі мұнай шығыны

G_tмд = V * P_a * [(1 - C₁) / T₁ - (1 - C₂) / T₂] * C / (1 - C) * М_б / R' = 4600 * 0.5 *

* 10 ⁵ * [(1 - 0.27) / (273 + 12.3) - (1 - 0.4) / (273 + 40.1)] * 0.335 / (1 - 0.335) * * 75.9 / 8314 = 679.487 кг

где Т₁ = t_гmin + 273, Т₂ = t_гmax + 273.

Есеп 7.2

7.1 есебінің шарты бойынша бір «үлкен дем алу» кезіндегі мұнай шығынын анықтау керек.

Шешімі:

График бойынша (сурет 7.1) орташа температурадағы мұнайдың қаныққан буының орташа қысымын анықтау

t_bccp = t_bcp = 17.8 ^оС, при t = 17.8 ^оС P_y = 0.035 МПа

Резервуардың газ кеңістігіндегі мұнай буының орташа көлемдік концентрациясы:

C = P_y / P_a = 0.035 / 0.1 = 0.35

Резервуардың газ кеңістігіндегі орташа температура:

t_гcp = (t_гmax + t_гmin) / 2 = t_bcp + (Δt_г - Δt_b) / 2 = 17.8 + (28.7 - 11) / 2 = 26.2

Бір «үлкен дем алу» кезіндегі сйымдылықты пайдалану коэффициенті 0.95 болғандағы мұнай шығыны:

G_бд = (V₁ - V₂) * P_a / T * C * M_б / R' = 4600 * 0.95 * 10 ⁵ * 0.35 * 75.9 / 8314 /

/ (273 + 26.2) = 4666.8 кг