Диссертация (1172964), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Расход перекачки 0 = 500 м3 ⁄ч. Требуется рассчитать компонентный состав ШФЛУ, поступающей в конечный пункт участка трубопровода.110Таблица 3.2Компонентный состав ШФЛУ в процессе закачки в трубопроводПроцентное содержание 0 (), %, чCH4C2H6C3H800,54,54015201028115255408106215255408106315201030810164152010308101651520101028101661520101028101670,53,52010208201880,53,52010208201890,53,52030208108100,53,52030208108110,53,52030208108120,53,52030208108i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12C6H14Построим по данным таблицы 3.2 график изменения процентного содержаниякомпонентов ШФЛУ в процессе закачки (рисунок 3.5). Для наглядности график построен «с накоплением».
График построенный таким образом отражает равенствосуммы процентных содержаний всех компонентов в любой момент времени 100 %.111Рисунок 3.5 – Компонентный состав 0 () ШФЛУ в процессе закачки в трубопроводАлгоритм предварительного расчета аналогичен рассмотренному в п. 3.3. Рассчитываем скорость перекачки:0 =4 ∙ 04 ∙ 500== 0,3609 м⁄с; ∙ 2 ∙ 0,72 ∙ 3600 число Рейнольдса:0 =0 ∙ 0,3609 ∙ 0,7== 421050;0,6 ∙ 10−6 коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля:68 ∆ 0,25680,15 0,250 = 0,11 ∙ (+ )= 0,11 ∙ (+= 0,01532;)0 421050 700112 коэффициент продольного перемешивания:0 = 3,211 ∙ √0 ∙ 0 = 3,211 ∙ √0,01532 ∙ 0,3609 ∙ 0,7 = 0,1004 м2 ⁄с; ; число Пекле:0 ∙ 1 0,3609 ∙ 400 ∙ 1030 === 1,438 ∙ 106 ;00,1004 время движения ШФЛУ по участку трубопровода:1400 ∙ 1031 === 307,87 ч.0 0,3609 ∙ 3600Теперь по формуле (3.17), заменяя интегрирование суммированием, можноопределить процентное содержание 1 () каждого из компонентов ШФЛУ, поступающих в сечение = 1 трубопровода:1 (∗ ) =√02 ∙ √−1∙∑(=0213⁄2( − )∙ ( − −1)− 0∙4( − )∙ 0 ()) ∙ ∆ ,где – число точек разбиения временного интервала (например, = 1 000 000), = ∙ ∆ .
Поскольку ≡ ∗ и = ∙ ∆ , шаг ∆ определяется для каждогомомента времени как ∆ = ∗ ⁄. Расчет производится для ≥ 1 , т.е. ∗ ≥ 1.Расчетное процентное содержание 1 () компонентов ШФЛУ в продукте,приходящем в сечение = 1 трубопровода, в зависимости от времени демонстрирует график рисунка 3.6.Как видно из сравнения рисунков 3.5 и 3.6, в процессе движения по трубопроводу на границах скачкообразного изменения содержания компонентов ШФЛУ образуется область плавного перехода от одного значения содержания к другому.«Ступеньки» сглаживаются аналогично тому, как это происходит на границе контакта партий при последовательной перекачке нефтепродуктов.113Рисунок 3.6 – Компонентный состав 1 () ШФЛУ в конце 1 = 400 км участкатрубопроводаПусть теперь в сечении 1 = 400 км трубопровода, рассмотренного выше,осуществляется подкачка продукта другого состава. Процентное содержание ()компонентов подкачиваемой ШФЛУ в зависимости от времени приведено таблице3.3.
Графически компонентный состав ШФЛУ подкачки представлен на рисунке3.7. Расход подкачки 1 = 300 м3 ⁄ч. Далее полученную смесь транспортируютеще на расстояние 200 км, т.е. общая длина трубопровода = 600 км. Необходимо рассчитать состав () ШФЛУ, поступающей в конец трубопровода.Таблица 3.3Компонентный состав ШФЛУ, подкачиваемой в трубопроводПроцентное содержание (), %, чCH4C2H6C3H830815301415151283160,33,7241225101213i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12C6H14114Как следует из таблицы 3.3 , в пункте подкачки к ШФЛУ добавляется две партии указанного состава, первая из которых поступает в трубопровод до моментавремени = 316 ч, а вторая закачивается за ней вслед.
В пункте подкачки происходит смешивание продуктов. Процентное содержание 1 компонентов ШФЛУпосле пункта подкачки в каждый момент времени определяется по формуле (3.18):1 (∗ ) =01∙ 1 (∗ ) +∙ ( ).0 + 10 + 1 ∗Рисунок 3.7 – Компонентный состав () ШФЛУ подкачкиДля участка трубопровода от пункта подкачки до конца участка можно рассчитать скорость перекачки:1 =4 ∙ (0 + 1 ) 4 ∙ (500 + 300)== 0,5774 м⁄с; ∙ 2 ∙ 0,72 ∙ 3600115 число Рейнольдса:1 =1 ∙ 0,5774 ∙ 0,7== 673633;0,6 ∙ 10−6 коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля:68 ∆ 0,25680,15 0,251 = 0,11 ∙ (+ )= 0,11 ∙ (+= 0,01466;)1 673633 700 коэффициент продольного перемешивания:1 = 3,211 ∙ √1 ∙ 1 ∙ = 3,211 ∙ √0,01466 ∙ 0,5774 ∙ 0,7 = 0,1571 м2 ⁄с; ; число Пекле:1 ∙ ( − 1 ) 0,5774 ∙ 200 ∙ 1031 === 0,735 ∙ 106 ;10,1571 время движения ШФЛУ по участку трубопровода:( − 1 )200 ∙ 1032 === 96,22 ч.10,5774 ∙ 3600Получаем, что ШФЛУ достигнет конечного пункта в момент = 1 + 2 =307,87 + 96,22 = 404,09 ч (∗ = ⁄1 = 404,09⁄307,87 = 1,313).Процентное содержание () компонентов ШФЛУ, поступающих в конечный пункт трубопровода определяем по формуле (3.19).
Для компьютерного моделирования заменяем интегрирование суммированием: (∗ ) =√12 ∙ √−1∙∑(=013⁄2( − )∙ ( − −1)− 1∙4( − )2∙ 1 ()) ∙ ∆ ,116где – число точек разбиения временного интервала (например, = 1 000 000), = 1 + ∙ ∆ . Поскольку ≡ ∗ и = 1 + ∙ ∆ , шаг ∆ определяется длякаждого момента времени как ∆ = (∗ − 1)⁄. Расчет производится для ∗ ≥1,313.На графике рисунка 3.8 отражен результат расчета процентного содержания () компонентов ШФЛУ в продукте, приходящем в конечный пункт = трубопровода.Рисунок 3.8 – Компонентный состав () ШФЛУ в конечном пункте = 600 км трубопроводаСопоставляя графики на рисунках 3.5, 3.6 и 3.8 можно увидеть изменение компонентного состава ШФЛУ при его движении по трубопроводу за счет конвективной и турбулентной диффузии, а также в результате подкачки ШФЛУ другого состава.117Выводы1.
Предложенный в главе 2 метод гидравлического расчета установившихсярежимов работы технологических участков магистральных трубопроводов можетбыть обобщен на расчет многопродуктовых трубопроводов, с той только разностью, что в сечениях контакта жидкостей с различной плотностью учитываетсяскачки напора.2.
Новый универсальный метод расчета многопродуктовых трубопроводовпозволяет определять концентрацию (или процентное содержание) разносортныхнефтепродуктов (моторных топлив) или жидких газопродуктов (ШФЛУ) в процессе их перекачки по трубам. Массообменные процессы в трубопроводах в новомметоде рассчитываются на основе решений краевой задачи для уравнения типа теплопроводности в полубесконечном трубопроводе, представляемых интеграломДюгамеля.3.
Произведено сравнение результатов расчета распределения концентрации взоне контакта разносортных партий нефтепродуктов при последовательной перекачке их по трубам по алгоритмам классического и нового метода. Рассмотренчастный случай «ступенчатого» распределения концентрации нефтепродуктов вначальном сечении трубопровода. Получено очень хорошее совпадение результатов расчета, расхождение расчетной длины смеси составило 0,2 %. В тоже время унового метода возможности гораздо шире, чем у классического, он позволяет рассчитывать смесеобразование при произвольномначальном распределенииконцентрации.4. Новый универсальный метод расчета многопродуктовых трубопроводов, вотличии от существовавших ранее, позволяет учитывать путевые подкачки продукта, отличающегося по составу.118ГЛАВА 4. ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХРЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВРассматривается обобщение теории гидродинамического расчета на случайпереходных (нестационарных) процессов в магистральном трубопроводе.
В отличии от классической теории, основы которой изложены в п. 1.6, данная теория допускает разрывы сплошности потока, т.е. возможность образования в трубе парогазовых полостей, обусловленных падением давления до значения, равного упругости насыщенных паров нефти, или исчезновения таких полостей по мере их заполнения. Показана компьютерная реализация предлагаемого алгоритма для случаев переходных процессов, связанных с работой запорно-регулирующей арматуры.Основные положения методики гидродинамического расчета переходных процессов в магистральных нефтепроводах изложены также автором в работах [6, 30,62].4.1. Базовая теория и метод расчета переходных процессов в трубопроводеБазовый метод расчета переходных процессов в трубопроводах жидких углеводородов базируется на решении системы дифференциальных уравнений (1.53).Эта система уравнений записывается в виде:+ ∙ 2 ∙= 0,{ ∙+= −(, ), где (, ) – функция, определяемая выражением(, ) = (, ) ∙1 ∙ ∙ ||∙+∙∙ .2(4.1)119Умножим второе уравнение системы (4.1) на и сначала сложим оба уравнения, а затем вычтем из первого второе.
Получим:( + ∙ ) + ∙ ∙ ( + ∙ ) = − ∙ (, ),{ ( − ∙ ) − ∙ ∙ ( − ∙ ) = ∙ (, ),(4.2)Введем на плоскости переменных (, ) два семейства линий, первое из которых ⁄ = (или − = ) называется характеристикой положительногонаклона, а второе ⁄ = − (или + = ) называется характеристикойотрицательного наклона.
Тогда можно в системе уравнений (4.2) осуществить переход от частных производных к полным при помощи равенств: =+∙, для= ; =−∙, для= −; =+∙, для= ; =−∙, для= −. Тогда система (4.2) может быть приведена к виду:( + ∙ ∙ )= − ∙ (, ), для= ;{( − ∙ ∙ )= ∙ (, ),для= −.(4.3)Система уравнений (4.3) называется характеристической формой системы уравнений (4.1).Уравнения (4.3) часто используются для расчета неустановившегося движенияжидкости в трубопроводе методом, получившим название метода характеристик[54].120Для нахождения решения уравнений (4.3) методом характеристик на плоскости (, ) строится прямоугольная сетка, причем шаг сетки выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие ∆ = ∙ ∆. Пример такой сетки с нанесеннымина ней характеристиками положительного и отрицательного наклона показан нарисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Метод характеристикПусть в некоторый момент известны давления (, ) и скорости (, ) потока жидкости для всех сечений .
Тогда с помощью уравнений (4.3) можно найтидавления (, + Δ) и скорости (, + Δ) в момент времени + Δ. Для этогонеобходимо заменить дифференциалы в (4.3) конечными разностями. Запишемуравнения, связывающие параметры в точках 1, 2 и 3 на рисунке 4.1:(3 + 3 ∙ ∙ 3 ) − (1 + 1 ∙ ∙ 1 ) = − ∙ Δ ∙ 1 ,{(3 − 3 ∙ ∙ 3 ) − (2 − 2 ∙ ∙ 2 ) = ∙ Δ ∙ 2или3 + 3 ∙ ∙ 3 = 1 + 1 ∙ ∙ 1 − Δ ∙ 1 ,{3 − 3 ∙ ∙ 3 = 2 − 2 ∙ ∙ 2 + Δ ∙ 2 .(4.4)121Сложив почленно уравнения системы (4.4), а затем вычтя из первого уравнения второе, получаем соотношения для определения давления и скорости в точке3, относящейся к моменту времени + Δ, через известные давление и скорость вточках 1 и 2, относящиеся к моменту времени :1 + 2 + ∙ (1 ∙ 1 − 2 ∙ 2 ) − Δ ∙ (1 − 2 ),21 − 2 + ∙ (1 ∙ 1 + 2 ∙ 2 ) − Δ ∙ (1 + 2 )3 =.2 ∙ 3 ∙ {3 =(4.5)Формулы (4.5) решают поставленную задачу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
