Потери напора в трубопроводе

При перекачке нефти по магистральному нефтепроводу напор, развиваемый насосами перекачивающих станций, расходуется на трение жидкости о стенку трубы h_t, преодоление местных сопротивлений h_мс, статического сопротивления из-за разности геодезических (нивелирных) отметок Dz, а также создания требуемого остаточного напора в конце трубопровода h_ост. Полные потери напора в трубопроводе составят

H = h_t + h_мс + Dz + h_ост. (2.11)

Следует отметить, что по нормам проектирования расстояния между линейными задвижками составляют 15…20 км, а повороты и изгибы трубопровода плавные, поэтому доля местных сопротивлений невелика. С учетом многолетнего опыта эксплуатации трубопроводов с достаточной для практических расчетов точностью можно принять, что потери напора на местные сопротивления составляют 1…3% от линейных потерь. Тогда выражение (2.11) примет вид

H = 1,02h_t + Dz + h_ост. (2.12)

Под разностью геодезических отметок понимают разность отметок конца и начала трубопровода Dz = z_к – z_н . Величина Dz может быть как положительной (перекачка на подъем), так и отрицательной (под уклон).

Остаточный напор h_ост необходим для преодоления сопротивления технологических коммуникаций и заполнения резервуаров конечного пункта (а также промежуточных перекачивающих станций, находящихся на границе эксплуатационных участков). Потери напора на трение в трубопроводе определяют по либо формуле Дарси−Вейсбаха

, (2.13)

либо по обобщенной формуле лейбензона

, (2.14)

где L_р – расчетная длина нефтепровода; D – внутренний диаметр трубы; w – средняя скорость течения нефти по трубопроводу; Q – расход нефти. n – расчетная кинематическая вязкость нефти; l – коэффициент гидравлического сопротивления; b, m – коэффициенты обобщенной формулы Лейбензона.

Значения l, b и m зависят режима течения жидкости и шероховатостью внутренней поверхности трубы. Режим течения жидкости характеризуется безразмерным параметром Рейнольдса

. (2.15)

При значениях Re<2320 наблюдается ламинарный режим течения жидкости. При проектировании нефтепровода область турбулентного течения подразделяется на три зоны в зависимости от диаметра трубопровода (табл. 2.7). В расчетах гидравлических потерь коэффициент гидравлического сопротивления должен определяться в зависимости от числа Рейнольдса (Re):

при числах Re менее 2000 по формуле: l = 64/ Re;

при числах Re от 2000 до 2800 по формуле l = (0,16 Re 13) 10^-4;

при числах Re от 2800 до Re₁ по формуле l = 0,3164/ (Re^0,25);

при числах Re от Re₁ до Re₂ по формуле l = B + (1,7/ Re^0,5).

При числах Re больших указанных в таблице 2.7 (в квадратичной зоне), значение коэффициента гидравлического сопротивления остается постоянным. Значения переходных чисел Рейнольдса Re1 и Re2 определяют по формулам

, (2.16)

где – относительная шероховатость трубы; k_Э – эквивалентная (абсолютная) шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также ее состояния. Для нефтепроводов после 5 лет эксплуатации можно принять k_Э=0,2 мм.

Расчет коэффициентов l, b и m выполняется по формулам табл. 2.9

Таблица 2.9− Значения коэффициентов l, b и m для различных режимов течения жидкости

Режим течения	l	m	b, с2/м
ламинарный	64/Re		4,15
турбулентный	гидравлически гладкие трубы	0,3164/Re0,25	0,25	0,0246
смешанное трение		0,123
квадратичное трение			0,0826·l

Гидравлический уклон

Гидравлическим уклоном называют потери напора на трение, отнесенные к единице длины трубопровода

(2.17)

где l - коэффициент гидравлического сопротивления; d - внутренний диаметр, м; w - скорость движения жидкости, м/с; g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/с²).

Рисунок 2.1− Зависимость рекомендуемой скорости перекачки

от плановой производительности нефтепровода

Значение напора в зависимости от гидравлического уклона определяем по зависимости

(2.18)

Графическое представление выражения показано на рисунке 2.2. Напор в любой точке трассы определяется вертикальным отрезком, отложенным от линии профиля трассы до пересечения с линией гидравлического уклона. При графических построениях положение линии гидравлического уклона должно учитывать надбавку на местные сопротивления.