Определение общих потерь напора и потерь напора на трение

Секундный расход нефти и ее средняя скорость определяется по следующим формулам:

, (19)

. (20)

, м³/с

м/с.

Определим число Рейнольдса с целью определения режима течения нефти:

, (21)

где – средняя скорость нефти;

– внутренний диаметр нефтепровода

– кинематическая вязкость.

При ˂ 2320 режим течения ламинарный, в обратном случае – турбулентный.

В нашем случае, режим течения нефти - турбулентный.

При турбулентном режиме течения различают три зоны трения: гидравлически гладких труб (коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от ); смешанного трения ( зависит от и относительной шероховатости ) и квадратичного трения ( зависит только от ). Границами этих зон являются переходные числа Рейнольдса:

и , (22)

где – относительная шероховатость труб, выраженная через эквивалентную шероховатость (табл. 3.6) и внутренний диаметр нефтепровода .

, (23)

Условия существования зон трения таковы:

- гидравлически гладких труб:

2320 ˂ ˂ , при этом коэффициент гидравлического сопротивления

; (24)

- смешанного трения:

˂ ˂ , при этом коэффициент гидравлического сопротивления

(по Альтшулю) (25)

или

(по Исаеву); (26)

- квадратичного трения:

˃ , при этом коэффициент гидравлического сопротивления

(по Шифринсону) (27)

или

(по Никурадзе). (28)

Таблица 3.6 – Эквивалентная шероховатость труб (данные А. Д. Альтшуля).

Вид трубы	Состояние трубы	, мм
Бесшовные стальные	Новые, чистые	0,01 – 0,02 0,014
Сварные стальные	После нескольких лет эксплуатации	0,15 – 0,3 0,2
Сварные стальные	Новые, чистые	0,03 – 0,12 0,075
Сварные стальные	С незначительной коррозией после очистки	0,1 – 0,2 0,15
Сварные стальные	Умеренно заржавевшие	0,3 – 0,7 0,5
Сварные стальные	Старые заржавевшие	0,8 – 1,5
Сварные стальные	Сильно заржавевшие	2 – 4

Примечание: в знаменателе указаны средние значения эквивалентной шероховатости.

В случае ламинарного течения коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Стокса:

. (29)

Поскольку мы имеем сварные стальные новые трубы, то эквивалентная шероховатость труб согласно табл. 3.6, составляет = 0,075 мм. В этом случае относительная шероховатость труб равна:

Теперь необходимо определить, в какой зоне трения течет жидкость. Определим граничные значения Re (Re₁ и Re₂):

Видно, что выполняется условие 2320 ˂ ˂ , так как

2320 ˂ 121451 ˂ 133333,33 то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб и коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле 24:

Гидравлический уклон в нефтепроводе определяем по формуле:

, (30)

В соответствии с нормами проектирования магистральные нефтепроводы протяженностью более 600 км делятся на эксплуатационные участки, длиной от 400 до 600 км. Соответственно их число составляет:

, (31)

где L – длина трубопровода.

В нашем случае L = 810 км, поэтому:

На станциях, расположенных на границе эксплуатационных участков, вместимость резервуарного парка должна составлять 0,3 … 0,5 суточной пропускной способности трубопровода.

Следовательно, конечный напор , необходимый для закачки нефти в резервуары, будет использован раз.

Конечный напор обычно принимают =40 м.

Полные потери напора в трубопроводе будут равны:

, (32)

где – разность геодезических отметок конца и начала , трубопровода:

. (33)

Согласно заданию, отметки = 186,5 м, = 198м.

м.

Станции, расположенные на границах эксплуатационных участков, являются как бы головными для своих участков. Поэтому на них устанавливаются подпорные насосы, развивающие суммарный напор . Следовательно, суммарный напор, развиваемый насосными станциями нефтепровода, складывается из напора, развиваемого всеми подпорными насосами «головных» насосных станций и суммарного напора станций, т.е.:

, (34)

где – расчетный напор одной станции.

, (35)

м.

В магистральном трубопроводе устанавливается такой расход , при котором суммарный развиваемый напор равен полным потерям напора в трубопроводе.

Соответственно, уравнение баланса напоров имеет вид:

, (36)

Из формулы следует, что расчетное число насосных станций равно:

, (37)

В нашем случае:

шт.

Расчетное число насосных станций, может быть округлено как в сторону большего, так и в сторону меньшего числа станций, если заказчика устраивает, что фактическая производительность нефтепровода отличается от проектной, то принимается соответствующий вариант. При округлении числа станций в большую сторону требуемая производительность трубопровода достигается при его работе на переменных режимах.