Дослідження роботи магістрального нафтопроводу при ізотермічному режимі

Мета роботи:Моделювання роботи магістрального нафтопроводу за ізотермічного режиму перекачування, дослідження гідравлічних опорів і ділянки застосування основних розрахункових формул для гідравлічного розрахунку трубопроводів.

В результаті проведення лабораторного заняття студенти повинні:

знати зміст технологічного розрахунку магістрального нафтопроводу, основні розрахункові формули для гідравлічного розрахунку трубопроводів;

уміти виконувати гідравлічний розрахунок магістральних нафтопроводів, проводити розстановку нафтоперекачувальних станцій.

3.1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Для визначення втрат напору на тертя при русі рідини в трубопроводі найчастіше використовується формула Дарсі-Вейсбаха

, (3.1)

де - коефіцієнт гідравлічного опору; - довжина і внутрішній діаметр трубопроводу; - швидкість руху рідини в трубопроводі,

, (3.2)

- об’ємна витрата.

Коефіцієнт гідравлічного опору залежить від режиму руху рідини і зони гідравлічного тертя (у випадку турбулентного режиму).

Якщо ламінарний режим руху ( ), то коефіцієнт визначається за формулою Стокса

, (3.3)

де - число Рейнольдса,

, (3.4)

де - кінематична в’язкість рідини.

У випадку турбулентного режиму руху виділяють три зони гідравлічного тертя:

1) зона гідравлічно гладких труб ( ):

за умови використовують формулу Блазіуса

; (3.5)

за умови можна користуватись формулою Конакова

. (3.6)

2) зона змішаного тертя або перехідна зона ( ). У цій зоні найчастіше використовується формула Альтшуля

. (3.7)

3) зона гідравлічно шорстких труб або квадратична зона ( ). Для цієї зони можна застосовувати формулу Шифрінсона

, (3.8)

де - перше і друге перехідне число Рейнольдса відповідно,

, ,

- відносна шорсткість труб, ; - абсолютна еквівалентна шорсткість труб.

Для гідравлічного розрахунку магістральних нафтопроводів нарівні з формулою Дарсі-Вейсбаха використовується узагальнена формула Лейбензона

, (3.9)

де і - коефіцієнти, що залежать від режиму руху рідини.

За ламінарного режиму , для турбулентного режиму в зоні гідравлічно гладких труб , в перехідній зоні , у квадратичній зоні .

Втрати напору на тертя на одиниці довжини трубопроводу називаються гідравлічним нахилом

, (3.10)

або

. (3.11)

Втрати напору в місцевих опорах визначаються за формулою

, (3.12)

де - коефіцієнт місцевого опору.

Значення для кожного виду місцевих опорів різні і їх визначають експериментально; величини наводяться у спеціальних таблицях. Для ламінарного режиму .

Для розрахунку магістральних нафтопроводів втрати напору в місцевих опорах за формулою (3.12) не визначаються, а приймаються рівними 1 – 2 % від втрат напору на тертя.

3.2 ОБЛАДНАННЯ І ПРИЛАДИ

Лабораторна установка (рисунок 3.1) представляє собою модель магістрального нафтопроводу з чотирма перекачувальними станціями. На трубопроводі є головний і кінцевий пункти, якими служать дві частини ємності 1, головна (насос №1) і три проміжні станції (насоси № 2, №3 і №4).

При виконанні лабораторної роботи досліджується перекачування рідини по трубопроводу з однією головною станцією (насос №1).

Трубопровід змонтований із труб з внутрішнім діаметром мм. Для вимірювання тиску на трубопроводі встановлено вісім манометрів з різним діапазоном вимірювання тиску і різних класів точності. Перекачування рідини здійснюється відцентровим електронасосом “Кама-3”.

Площа дзеркала води у лівому відсіці ємності м², а в правому відсіці - м². Обидві половини ємності 1 з’єднані з п’єзометричними трубками, які дозволяють слідкувати за зміною рівня рідини в них. Час перекачування рідини фіксується секундоміром.

Довжини характерних ділянок трубопроводу наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Розрахункові довжини ділянок трубопроводу між манометрами

Ділянка трубопроводу між манометрами	Номер ділянки	Довжина , м
М1 – М2		15,65
М2 – М3		15,70
М4 – М5		32,25
М6 – М7		33,35

Загальна розрахункова довжина трубопроводу М1- М8 м.

На досліджуваній ділянці трубопроводу є місцеві опори, назва і кількість яких наведена у таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Місцеві опори на трубопроводі

Назва місцевого опору	Коефіцієнт місцевого опору	Кількість, шт.
Кран пробковий	0,90
Вентиль	3,50
Кутник 900	1,20
Муфта	1,50

Для розрахунку трубопроводу на окремих ділянках втрати напору в місцевих опорах слід враховувати для кожної ділянки окремо.

Розподіл місцевих опорів за ділянками наведено в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 – Розподіл місцевих опорів за ділянками трубопроводу

Назва місцевого опору	Номер ділянки
Кран пробковий		-	-	-
Кутник 900
Муфта

3.3 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ І ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

1) Вимірюється температура води в ємності.

2) Включається в роботу насос №1, що імітує роботу головної станції.

3) Знімаються покази всіх восьми манометрів.

4) Секундоміром засікається час перекачування певного об’єму рідини. Зміна рівня води в обидвох відсіках ємності повинна бути не менше 10 см.

5) Виключається насос.

Результати досліду заносяться до таблиці 3.4.

Таблиця 3.4 – Дані вимірювання режиму перекачування

Температура води, оС

Покази п’єзометрів , см

Час , с

Покази манометрів, кГ/см2

відсік, що спорожнюється

відсік, що заповнюється

відсік, що спорожнюється

відсік, що заповнюється

Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р6

Р7

Р8

3. 3.1 Алгоритм обробки експериментальних даних

Обчислюємо витрати рідини за зміною рівня в п’єзометрах у лівому і правому відсіках ємності

, (3.13)

, (3.14)

де - полоща дзеркала води у лівому і правому відсіках ємності; - зміна рівня води в п’єзометрах, підключених до лівого і правого відсіків ємності; - час зміни рівня рідини у відсіках резервуара на величину і відповідно.

Визначаємо середнє значення витрати рідини

. (3.15)

Знаходимо швидкість перекачування рідини

. (3.16)

Обчислюємо число Рейнольдса (значення наведені в додатку Б)

. (3.17)

Визначаємо коефіцієнт гідравлічного опору за формулою Блазіуса

. (3.18)

Обчислюється теоретична величина втрат напору

, (3.19)

де - довжина -ої ділянки трубопроводу; - сума коефіцієнтів місцевих опорів для -ої ділянки.

Знаходиться дослідна величина втрат напору

, (3.20)

де - втрати тиску на -ій ділянці трубопроводу.

Визначаємо теоретичні значення втрат напору на тертя на кожній ділянці

. (3.21)

Обчислюємо теоретичне значення втрат напору в місцевих опорах на кожній ділянці трубопроводу

. (3.22)

Знаходимо дослідну величину втрат напору на тертя на кожній ділянці трубопроводу

. (3.23)

Обчислюємо відносну похибку визначення втрат напору для кожної ділянки трубопроводу

. (3.24)

Визначаємо теоретичну величину гідравлічного нахилу на кожній ділянці

. (3.25)

Обчислюємо дослідну величину гідравлічного нахилу

. (3.26)

Знаходимо відносну похибку гідравлічного нахилу для кожної ділянки трубопроводу

. (3.27)

Результати розрахунків заносяться в таблицю 3.5.

Таблиця 3.5 – Результати обробки результатів досліду

Параметр	Ділянка трубопроводу	Трубопровід в цілому
Довжина,м	15,65	15,7	33,25	33,35	97,80
Теоретична величина втрат напору на тертя , м
Перепад тиску , Па
Втрати напору в місцевих опорах , м
Дослідне значення втрат напору на тертя , м
Похибка у визначенні загальних втрат напору , %
Теоретичне значення гідравлічного нахилу
Дослідне значення гідравлічного нахилу
Похибка у визначенні гідравлічного нахилу , %

Будується лінія гідравлічного нахилу за теоретичними і дослідними даними для кожної ділянки трубопроводу і робляться висновки по лабораторній роботі.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Які питання включає технологічний розрахунок нафтопроводів?

2. Які розрахункові залежності застосовуються для гідравлічного розрахунку трубопроводів?

3. Вивід формули Лейбензона.

4. В чому переваги і недоліки формули Лейбензона?

5. Які формули застосовуються для розрахунку коефіцієнта гідравлічного опору у випадку ламінарного і турбулентного режимів (залежно від зони) руху рідини?

6. Методика гідравлічного розрахунку магістральних нафтопроводів згідно з ВНТП 2-86.

7. Для чого служать перехідні числа Рейнольдса і ?

8. Чому дорівнюють показники режиму руху рідини і для ламінарного і турбулентного режимів?

9. Що називається гідравлічним нахилом?

10. Нарисувати і пояснити характеристику трубопроводу.

11. Суміщена характеристика перекачувальної станції і трубопроводу. Робоча точка.

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Середюк М.Д., Якимів Й.В., Лісафін В.П. Трубопровідний транспорт нафти і нафтопродуктів: Підручник. – Івано-Франківськ: Кременчук, 2001. – 517 с.
2. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др. – М.: Недра, 1988. – 368 с.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4