Диссертация (1172964), страница 6
Текст из файла (страница 6)
5 ∙ { ∙(1.17)Уравнения систем (1.16) и (1.17) в этом случае должны решаться совместно,т.е. для расчета участка нефтепровода с отводами (подкачками) нужно решатьсистему из (2 ∙ + 1) уравнений и ее решение уже представляет собой немалыетрудности даже для двух отводов. При этом в учебной и научной литературе потрубопроводному транспорту методы нахождения расхода стационарной перекачки нефти по трубопроводу с путевыми отводами и подкачками рассмотрены небыли.Проблемы гидравлических расчетов неизотермических режимов работынефте- и нефтепродуктопроводов, в т.ч. с вставками, лупингами и отводамиДвижение нефти и нефтепродуктов по трубопроводу зачастую не являетсяизотермическим.
Неизотермичность процесса тем более значительна при перекачке жидкостей с подогревом (так называемая «горячая перекачка»). Такой методиспользуется для перекачки высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов. Подогрев жидкости позволяет снизить ее вязкость, тем самым уменьшив потери напора на трение при ее перекачке по трубопроводу.Конечно, в этой связи нельзя обойти молчанием работы таких отечественныхученых как В. Г.
Шухов, Л. С. Лейбензон [52], В. И. Черникин [100], В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, Н. А. Гаррис [71, 93, 95] и других, которые внесли весомыйвклад в теорию расчета неизотермической перекачки нефти по трубам.33Для теплового расчета трубопроводов, перекачивающих жидкость в установившихся режимах, используется уравнение притока тепла в виде [91]: ∙ ∙ ∙4 ∙ =−∙ ( − нар ) + ∙ ∙ ∙ .(1.18)Первое слагаемое в правой части уравнения (1.18) учитывает изменение температуры за счет теплообмена с окружающей средой (нар – температура окружающей среды, – коэффициент теплопередачи от нефти к окружающей среде, – удельная изохорная теплоемкость жидкости), а второе – диссипативный разогрев,т.е.
выделение тепла в вязкой жидкости за счет сил внутреннего трения ее слоевдруг от друга.Если пренебречь диссипативным разогревом нефти (последним слагаемым вуравнении (1.18)), то в результате интегрирования на участке [0 ÷ ] получимформулу для расчета распределения температуры нефти по длине линейногоучастка трубопровода, впервые предложенную В. Г. Шуховым:() = нар + ((0) − нар ) ∙ −∙ ,=4 ∙ ∙ ∙ =, ∙ ∙ ∙ ∙ (1.19)где = ∙ ∙ – массовый расход нефти.
Предполагается, что ≈ и ≈ .Впервые методика термогидравлического расчета сложного нефтепровода переменного диаметра, с возможностью дополнительного промежуточного подогрева нефти, с наличием путевых отборов и подкачек была предложена В. И. Черникиным [100]. Им была получена аналитическая формула для расчета потерьнапора нефти на трение в неизотермическом трубопроводе. Для этого В. И. Черникин рассматривал интегрирование формулы Дарси – Вейсбаха, с подстановкой зависимости вязкости нефти от температуры по формуле Рейнольса – Филонова:() = ∗ ∙ −∙(−∗ ) ,(1.20)34в которой ∗ – известная вязкость при температуре ∗ , а коэффициент определяется индивидуальными свойствами этой нефти. При этом распределение температуры по длине трубопровода В. И.
Черникин рассматривал согласно формуле(1.19).Формула (1.19) для расчета () является удобной и популярной в использовании. На основании этой формулы обычно делается вывод о том, что при большойпротяженности трубопровода температура нефти приближается к температуреокружающей среды [3], что в общем случае неверно. Эксперименты доказывают[49], что при больших расходах перекачки и сравнительно небольших коэффициентах теплопередачи, роль диссипативного разогрева жидкости, в пренебрежении которым получена формула (1.19), может быть значительной.Для того, чтобы получить распределение температуры нефти в трубопроводес учетом ее диссипативного нагрева, Л.
С. Лейбензон [52] предложил ввести в формулу (1.19) В. Г. Шухова некоторую поправку Т∗ , имеющую размерность температуры:∗ = ∙ ∙ ∙ ∙ (1.21)и распределение температуры в нефтепроводе вычислять как() = нар + ∗ + ((0) − нар − ∗ ) ∙ −∙ .(1.22)Следует заметить, что уравнение (1.22) получено при условии, что ≈ .(1.23)Однако, как указывалось выше, коэффициент гидравлического сопротивления = (, ). Число Рейнольса определяется соотношением = ∙ ⁄, а кинематическая вязкость нефти в свою очередь существенно зависит от температуры (функция () определяется формулой (1.20)). Вследствие того, что ≠, гидравлический уклон , определяемый через по формуле (1.3) также длярасчета неизотермического движения нефти по трубопроводу имеет переменное35значение. По этой причине условие (1.23) для неизотермической перекачки нефтиможет применяться только на коротких участках в качестве первого приближения.Если на трубопроводе установлены вставки, лупинги или есть путевые подкачки или отводы, то скорость нефти меняется по длине участка.
Тогда для расчета распределения температуры нефти весь участок требуется разбить на интервалы по : [0 , 1 ], [1 , 2 ], … , [ , +1 ], … , [−1 , ], где – координаты сменыдиаметра, подключения лупингов или отводов, записывая для каждого уравнениевида (1.22):(1 ) = нар + ∗1 + ((0 ) − нар − ∗1 ) ∙ −1∙(1−0) ,(2 ) = нар + ∗2 + ((1 ) − нар − ∗2 ) ∙ −2∙(2−1) ,…)− ∙( −{( ) = нар + ∗ + ((−1 ) − нар − ∗ ) ∙ −1 .(1.24)При этом решение системы уравнений (1.24) возможно только в том случае,если на каждом интервале известен расход Q перекачки и (для определения ∗ )средний гидравлический уклон перекачки.
При этом открытым остается вопрос,как определить средний на участке [−1 , ] не зная распределения температур.Методика термогидравлического расчета установившихся режимов работы технологических участков магистральных трубопроводов для перекачки жидких углеводородов представлена в пп. 2.1-2.3 настоящей работы, а также в работах [33, 38,60] автора.1.2. Критический анализ состояния расчетов многопродуктовыхтрубопроводовМногопродуктовыми называют трубопроводы, по которым осуществляетсяперекачка нескольких видов и сортов жидких углеводородов. Наиболее популярнатехнология последовательной перекачки для транспортировки светлых нефтепродуктов.
Метод последовательной перекачки позволяет более полно использовать36мощности трубопроводной системы. Его сущность состоит в том, что разносортные продукты, объединенные в партии, закачивают в трубопровод один за другимпоследовательно. При этом партия, идущая сзади, вытесняет партию, идущую впереди. Ассортимент нефтепродуктов, пригодных для последовательной перекачки,включает нефтепродукты, соответствующие техническому регламенту, нефтепродукты для федеральных государственных нужд и нефтепродукты прямой перегонки нефти (нафты), предназначенные для производства товарных топлив.Технология последовательной перекачки для транспортировки светлых нефтепродуктов принята во всем мире.
Общая протяженность действующих в Россиинефтепродуктопроводов, по которым осуществляется последовательная перекачка,составляет более 19 тыс. км. В США находится крупнейший магистральный нефтепродуктопровод «Coloniel», протяженностью 2560 км, который включает отводы к165 перевалочным и распределительным нефтебазам протяженностью около 1300км. Во Франции крупнейшим нефтепродуктопроводом является 700–километровый «Марсель – Карлсруэ», в Германии – «Рейн – Майн» с протяженностью 630км.Последовательная перекачка может применяться и для различных нефтей. Примером такого нефтепровода является казахский трубопровод «Узень – Жытыбай – Актау».Известно, что для обеспечения сохранности качества топлив при последовательной перекачке нефтепродуктов требуется тщательная разработка и соблюдениетехнологических регламентов.
Проблема состоит в том, что в процессе последовательной перекачки в зоне контакта партий нефтепродуктов, образуется их смесь.Причина этого процесса заключается в том, что в силу неравномерности распределения скоростей жидкости по сечению трубы, клин позади идущего нефтепродуктавторгается в нефтепродукт, идущий впереди. А поскольку перекачку ведут, какправило, в турбулентном режиме, турбулентные пульсации скорости в трубопроводе перемешивают образовавшийся клин, создавая равномерное распределениеконцентрации по сечению трубы. Таким образом, локальные механизмы конвективной и турбулентной диффузии формируют в нефтепродуктопроводе зону смеси,в которой концентрация жидкостей меняется от сечения к сечению.37В трубопроводной теории известны исследования гидравлических и массообменных процессов при последовательной перекачке светлых нефтепродуктов.Большой вклад в эти исследования внесли такие отечественные и зарубежные ученые как Дж. Тейлор, Ф.
Съенитцер, В. С. Яблонский, В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, В. А. Юфин, В. И. Марон, М. В. Лурье, М. А. Нечваль, К. Д. Фролов и др.Описание методики расчета объема смеси, образующейся на границе контактапартий нефтепродуктов, приведено в работах В. С. Яблонского, Г. Г. Корнилова,М. В. Нечваля, В. А. Юфина [104 – 106]; в работах М. В. Лурье [11, 44 – 46, 63]; вработах В. И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
