Диссертация (1172964), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Иногда этоткоэффициент рассчитывается в зависимости от числа отв Рейнольса [70]:отв ⁄48, при отв < 25;отв ⁄(1,5 + 1,4 ∙ отв ) , при 25 ≤ отв < 400;0,592 + 0,27⁄ 6√отв , при 400 ≤ отв < 10 000;=0,592 + 5,5⁄√отв , при 10 000 ≤ отв < 300 0000,595, при отв > 300 000;{гдеотв =экв ∙ √2 ∙ ∙ ∆,4 ∙ отвэкв = √.Однако, часто для отверстий в тонких стенках, каковыми могут считаться стенкитрубопроводов, принимают = 0,62.Разность напоров ∆ при истечении жидкости из трубопровода в атмосферуопределяется по избыточному давлению внутри трубопровода в месте утечки∆ =отв − атм,∙(1.64)где отв – давление в трубе в сечении с отверстием.Если истечение жидкости через отверстие происходит в период работы трубопровода, то давление отвможет быть рассчитано по линии гидравлическогоуклона трубопровода на данном участке.Для остановленного трубопровода считается, что над свободной поверхностью опускающейся в трубопроводе жидкости образуется парогазовая полость сдавлением у и распределение давления в трубопроводе гидростатическое:отв = у + ∙ ∙ ( − отв ),(1.65)58где отв – высотная отметка сечения с отверстием, а – высотная отметка свободной поверхности опускающейся в трубопроводе жидкости.
По мере вытеканияжидкости высотная отметка изменяется, так что = () есть функция времени.Таким образом, процесс истечения рассматривается как последовательная сменастационарных состояний с учетом разрывов столба жидкости.Общий объем нефти, вытекшей из трубопровода за время истечения, рассчитывается суммированием секундных расходов, рассчитанных по формуле(1.63): = ∑( ∙ ∆ ).(1.66)=1Здесь – расходы истечения нефти в течении интервала времени ∆ , в течениекоторого напор ∆ считается постоянным.Следует заметить, что утверждение о гидростатическом распределении давления в трубопроводе верно только в случае, если отверстие в трубопроводе мало иможно пренебречь скоростью течения жидкости по направлению к отверстию.
Несмотря на это, такой, вообще говоря, частный случай рассматривается в руководящих документах и отраслевых инструкциях по расчету потерь нефти при разрывахтрубопровода [70, 92]. Во многих случаях допущение о гидростатическом распределении давления принципиально неверно, причем погрешность в определенииобъема утечки может составить десятки и даже сотни процентов. Например, еслиотверстие в поверхности трубопровода достаточно велико, то внутри него возникает интенсивное течение жидкости по направлению к отверстию, гидростатический характер распределения давления нарушается, а само давление в месте истечения не имеет ничего общего с тем значением, которое определяется уравнением(1.65).Существует более сложная модель процесса, в которой течение жидкости понаправлению к отверстию учитывается, разработанная в лаборатории нефтегазовой59гидродинамики РГУ нефти и газа имени И. М.
Губкина под руководством профессора М. В. Лурье и являющаяся основой компьютерных программ «Авис», «АВИСнефть», «Хакер» [101]. Детали данной модели рассмотрены в п. 6.1 настоящей работы. Однако и в этом случае для расчетов используется уравнение Бернулли, справедливое лишь для стационарных течений, а сам процесс истечения, как и прежде,рассматривается в виде последовательной смены стационарных состояний.Кроме того, ни одна из моделей, рассматривающая утечку жидкости как происходящую в квазистационарном режиме, не учитывает, что в процессе истеченияможет существовать достаточно продолжительный период, в котором вытеканиежидкости через сквозное отверстие происходит за счет упругого запаса, которымобладает жидкость в напрессованном трубопроводе.В работах С.
И. Сумского, А. В. Пчельникова и М. В. Лисанова [85, 86] указывается, что «Несмотря на достаточное число теоретических работ по расчету объемов разливов жидкостей из разгерметизированного трубопровода, на практике нередко допускаются упрощения и даже грубые ошибки, приводящие к существенному искажению масштабов последствий аварий и даже абсурдности полученныхрезультатов». В качестве основных ошибок авторы справедливо отмечают «игнорирование существенной нестационарности переходных процессов, сопровождающих аварийную разгерметизацию протяженного магистрального трубопровода» и«неучет возможности образования парогазовой полости в жидкости». Таким образом, налицо необходимость разработки новой обобщенной методики для расчетагидродинамических процессов, происходящих в трубопроводе при аварийныхутечках жидкости через сквозное отверстие и корректного определения объемовутечки.Выводы1.
Эффективная обобщенная теория гидравлического расчета установившихся режимов работы технологического участка трубопровода для перекачкижидких углеводородов в специальной литературе отсутствует.602. Использование дросселирования давления, перепусков и обточки рабочихколес насосов при составлении карт режимов технологического участка трубопровода является недопустимым.3. Теория расчета смесеобразования при последовательной перекачке светлых нефтепродуктов не принимает во внимание первичную технологическуюсмесь, которая образуется при переключении резервуаров с подачи в трубопровододного продукта на подачу другого.4.
Теория расчета смесеобразования при последовательной перекачке светлых нефтепродуктов не подходит для расчета массообменных процессов в ШФЛУпроводе.5. Классическая теория расчета переходных процессов в трубопроводе непригодна для расчета процессов, сопровождаемых образованием или исчезновением парогазовых полостей.6. Существующая теория расчета процесса отключения нефтеперекачивающих агрегатов ошибочна.7. Полноценное решение задачи об истечении жидкости через сквозное отверстие в трубопроводе возможно лишь на основе обобщенной теории переходныхпроцессов.61ГЛАВА 2.
МЕТОДЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТАУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДОВДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВИзлагается универсальный эффективный метод гидравлического расчета установившейся работы магистральных трубопроводов. Универсальность предлагаемого метода состоит в том, что он позволяет учесть практически все основные детали процесса транспортировки жидкости, а также характеристики трубопроводной системы, по которой эта транспортировка осуществляется, в рамках единойматематической задачи. Метод позволяет учитывать широкий спектр параметровнефтепровода: произвольный профиль, раскладки труб по диаметру, лупингов, отводов для сброса и подкачки нефти, наличие головной и нескольких промежуточных нефтеперекачивающих станций (НПС), причем сами станции могут быть оборудованы любым числом насосных агрегатов, имеющих различные напорно-расходные характеристики.
Допускается также наличие в трубопроводе одного илинескольких самотечных участков, местонахождение и степень заполнения которыхзаранее неизвестны и подлежат определению в процессе расчета. Гидравлическийрасчет (т.е. расчет давлений, расходов и скоростей жидкости) трубопровода дополнен тепловым расчетом (т.е.
расчетом распределения температуры), что особенноважно при перекачке нефтей и нефтепродуктов с подогревом. Особенностью метода расчета режимов неизотермической перекачки нефти является совместное выполнение гидравлического и теплового расчета, что позволяет помимо теплообмена нефти с окружающей средой учесть выделение тепла за счет сил внутреннеготрения слоев нефти друг от друга (так называемый диссипативный разогрев), величина которого не является постоянной по длине трубопровода, а зависит от переменной вязкости жидкости.Основные положения метода гидродинамического расчета установившихсярежимов работы магистральных трубопроводов для перекачки жидких углеводородов изложены также в работах [33, 38, 60] автора.622.1. Новый метод гидравлического расчета установившихся режимов работыучастка нефтепровода с самотечными участкамиКак указывалось в п.
1.1, для расчета установившихся режимов работы трубопроводов для перекачки углеводородных жидкостей используется уравнение Бернулли:= −,(2.1)где – полный напор жидкости в сечении , – гидравлический уклон, рассчитываемый по формуле (1.2) Дарси-Вейсбаха.Зададим профиль участка трубопровода посредством числового массива0 , 1 , 2 , ⋯ , [−1 , ], ⋯ , (),0 , 1 , 2 , ⋯ , [−1 , ], ⋯ , в первой строке которого указаны координаты сечений трубопровода с произвольным шагом ∆ = − −1 .
Номер = 0 соответствует началу = 0 участка,номер = − концу = участка трубопровода. Во второй строке массива указаны высотные отметки соответствующих сечений трубопровода. Профиль трубопровода в пределах каждого сегмента [−1 , ] предполагается прямолинейным.Основным элементом расчета является алгоритм решения следующей вспомогательной задачи.
В произвольном сечении трубопровода известны значения расхода и напора. Требуется рассчитать значения −1 расхода, −1 напора идавления −1 в предыдущем сечении −1 трубопровода.Для численного решения задачи дифференциальное уравнение (2.1) записывается в рекуррентном виде путем замены дифференциалов на сегменте [−1 , ]участка конечными разностями: − −1= −. − −1(2.2)63Решим сформулированную задачу. Поскольку номер сечения произволен иможет изменяться от начала до конца участка трубопровода ( = 1, 2, ⋯ , ), то рассматриваемый модуль позволяет рассчитать расходы, напоры и давления во всехсечениях рассматриваемого участка.Расчетную схему вспомогательного алгоритма иллюстрирует рисунок 2.1.Рисунок 2.1 – Расчетная схема вспомогательного алгоритма (а - случай напорноготечения; б - случай безнапорного, самотечного течения)1-й случай.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
