|
|
|
|
Главная Переработка нефти и газа
Рис. 4.1. Профиль трассы их линии, а ее проекцией на ось абсцисс. Иными словами, расстояния на профиле откладываются по горизонтали. Это очень важно иметь в виду. Профиль трассы вычерчивается сжатым; масштаб по вертикали крупнее, чем по горизонтали. Поэтому все возвышенности и впадины на трассе выступают резко, чертеж получается наглядным. 4.2. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА Установившееся движение жидкости в трубопроводе описывается уравнением (4.1) где р-давление; р - плотность жидкости; X - коэффициент гидравлического сопротивления; х - длина; D - диаметр трубопровода; W - средняя скорость движения жидкости; g - ускорение свободного падения; 2 - нивелирная высота. Величина dp/p представляет собой работу перемещения жидкости на участке dx, отнесенную к единице массы. Эта работа расходуется на преодоление сил трения [А, (dx/D) I, на изменение кинети- ческой энергии жидкости {dw/2) и на подъем жидкости на высоту dz. Учитывая, что р = idem (капельная жидкость) и что в этом случае при постоянном диаметре трубопровода dw/2 --= О, после интегрирования получаем Р1 - Р2 1 (4.2) где L - расстояние между точками 1 и 2, т. е. длина трубопровода; Аг = Zj-- разность геодезических высот конца и начала трубопровода. Разделим (4.2) на g: P\ - Pi i L Л --+ Аг. (4.3) Pg D 2g В уравнении (4.3) каждый член представляет собой работу, отнесенную уже не к единице массы, а к единице веса жидкости, т. е. высоту. Величина pi (р) представляет собой высоту Нх, на которую жидкость поднимается в пьезометре под действием избыточного давления pi в начальной точке трубопровода, {9ё) - высоту Я.2. Произведя замену Pi - P% Pg получим или H = h., + Az. (4.4) В общем случае величину И (или pl{Qg)) называют напором (единица напора - метр). Смысл этого уравнения такой. Разность напора в начальной и конечной точках трубопровода Н - общая (суммарная) потеря напора. Она складывается из потери напора на трение ft=J J (4.5) (формула Дарси - Вейсбаха) и разности геодезических высот Аг. Коэффициент гидравлического сопротивления X является функцией числа Рейнольдса Re = wD/v и относительной шероховатости kID; k - эквивалентная абсолютная шероховатость, характеризует влияние состояния внутренней поверхности трубопровода на гидравлическое сопротивление. При ламинарном и турбулентном течениях в зоне сравнительно небольших Re выступы шероховатости плавно обтекаются потоком жидкости, шероховатость не влияет на потерю напора и коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса. С увеличением Re коэффициент % уменьшается. Область, в которой X = X (Re), называется областью гладкого трения. Увеличение числа Рейнольдса приводит к тому, что от бугорков шероховатости начинают отрываться вихри. Это явление наступает тем раньше, чем больше шероховатость. Теперь сопротивление течению жидкости зависит не только от числа Рейнольдса, но и от шероховатости. Область, в которой X = X (Re, k/D), называется областью смешанного трения. Здесь с увеличением Re его влияние на X постепенно уменьшается, а влияние k/D возрастает (увеличивается интенсивность вихреобразования у выступов шероховатости). При большом числе Рейнольдса коэффициент X перестает зависеть от него. Область, в которой X = X (k/D), называется областью совершенно шероховатого трения или областью квадратичного режима движения, так как здесь к - постоянная величина и потеря напора прямо пропорциональна квадрату скорости. При ламинарном течении (Re <;2000) коэффициент гидравлического сопротивления находят по формуле Стокса: X = 64/Re. Ламинарный режим бывает при перекачке вязкой нефти. Для вычисления X при турбулентном режиме (Re >3000) в зоне гладкого трения служит эмпирическая формула Блазиуса: Я, = 0,3164/>/Re. Обычно этой формулой пользуются при расчете нефтепроводов для нефти средней вязкости. При расчете трубопроводов для перекачки светлых нефтепродуктов в ряде случаев приближенно можно считать, что режим течения квадратичный. При квадратичном законе трения А. Д. Альтшуль рекомендует пользоваться формулой Шифринсона: X = {k/D)°-. Для определения коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения применяют «универсальные» формулы. Их структура такова, что при малых числах Рейнольдса они обращаются в формулы X = X (Re), а при больших - переходят в формулы X = = X (kiD). Впервые такого типа формула была предложена Кольбру-ком и Уайтом: - =-21g 2,51 1 ReVJ Результаты вычислений X по формуле Кольбрука иУайта хорошо совпадают с опытными данными, полученными на технических трубопроводах. Но эта формула имеет существенный недостаток: при вычислении X необходимо прибегать к методу последовательных приближений. От этого недостатка свободны аналогичные формулы (дающие практически такие же результаты), предложенные Н. 3. Френкелем И. А. Исаевым / 6,81 \о.9 L 3,7D г LV 3,7D J Re . Особой простотой отличается формула Альтшуля V D Re ; А. Д. Альтшуль указывает, что при Re kID <10 она практически совпадает с формулой Блазиуса, а при Re k/D >500 - с формулой Шифринсона. Таким образом. Re k/D = 10 можно считать границей между областями гладкого и смешанного трения. Re k/D = 500 - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 |
||||||||||||||||||
 |
 |
