Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

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

ратуру Ткр, при которой происходит смена режима течения. Используя формулу Филонова-Рейнольдса, получаем

rкp = ro + -ln:%, (8.6)

Подставим значение 7кр из (8.6) в формулу Шуховг ч обозначим параметр Шухова при турбулентном режиме как Шут = - KjnDoUiQpc)

Шут Ткр -То

Следовательно, на участке О < л; Хкр режим течения нефти турбулентный, а при Хкр = X L - ламинарный. Температуру на обоих участках рассчитывают по формуле (8.5), в которой величину К определяют соответственно для условий ламинарного и турбулентного режимов течения.

Зная длины участков с различными режимами течения жидкости, можно оценить потерю напора в трубопроводе суммированггем потерь напора /is == Лт t hn, где hi w hi, - потери напора при турбулентном и ламинарном режимах.

При учете выделения теплоты за счет трения тепловой баланс участка трубопровода запишется в виде

КлОо (Т-Го) dx GcdT [- Gidx,

где i - гидравлический уклон. Разделяя переменные, получим

1 Ти - То - b

In-----= ах

T-To-b

г = Го 4 й + (Гя - Го - 6) ехр (- ах), (8.8)

где а - KnDo/(Gc„); Ь - С (ДлОо).

Сравнивая полученное выражение с формулой В. Г. Шухова, видим, что при учете теплоты трения прирост температуры нефти А = (1-ехр (- ах)). Максимальный прирост при х -> оо Д ь.

Для нефтепровода с разными значениями ко.9ффициентов теплопередачи Ki на отдельных участках длиной /; можно на основании (8.5) записать

In ° -Kili.

Тк i - То Gc

Замечая, что Г,, hi Ткг и Г„; == Гк и складывая почленно, получаем

Тк„-То Ос„ i=i

Рде i порядковый номер участка; п - число участков.

8.3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ГОРЯЧИХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Гидравлический режим горячих нефтепроводов в значительной степени определяется условиями его теплообмена с окружающей средой. С увеличением температуры транспортируемой нефти снижается ее вязкость и уменьшается потеря напора. При понижении температуры наблюдается обратная картина. Температурный режим нефтепровода зависит от пропускной способности, условий передачи тепла от нефти в окружающую среду и других факторов. Используя зависимость изменения температуры нефти, а следовательно, и ее вязкости по длине трубопровода, можно найти распределение давления по длине нефтепровода, транспортирующего высоковязкие нефти в подогретом состоянии, и оценять потери напора на ее перекачку.

Для определения потерь напора используем уравнение Дарси- Лейбензона в дифференциальной форме

dH = f>y-- 1-2, (8.9)

откуда

- P 7 -\-\" (0 A. {X) dx -z, (8.10)

где Аг - разность геодезических отметок начала и конца трубопровода.

Величина А, представляет собой поправку на неизотермичность потока в радиальном направлении. Если коэффициент Д считать постоянным по всей длине трубопровода, то интеграл в правой части последнего выражения имеет смысл средней интегральной вязкости нефти

vfp== -j v"(x)dx. Тогда потери напора составят

Н = ---ArL + Лг.

Это выражение при А;- = I совпадает с формулой Дарси-Вейсбаха для определения потерь напора на перекачку нефти с вязкостью Vcp в изотермических условиях.

Значение Vcp определяется температурными условиями транспорта и вязкостно-температурной зависимостью данной нефти. Примем распределение температуры нефти по формуле В. Г. Шухова, а зависимость V === V (Т) по формуле Филонова-Рейнольдса. Тогда

v"

vp == --ехр( -«m7o)exp f -«ш(Тн -Го)ехр( -ал:))х.

L о

После интегрирования с учетом того, что г cxp(ydy) Е1Ы -Ei(xi),

J У

получим

ехр luni (Г„ - Го) IЕi [ ит (Г, - Т»)! -

- Ei [-ат(Гн -То)ехр( -aL)J,

где Ei (х) - интегральная показательная функция.

Умножим правую часть последнего выражения на VH/[V(,exp (- иТн)] = 1, найдем

v"

V- = -f- ехр [ит (Тн-Го)1 (Ei [-«т(Т„-Т»)] -

-Ei[-Mm(r„-T„)]},

где Vi - вязкость нефти при начальной температуре подогрева. Обозначим

expMKT,-j:o)L j Ei I „ „„г (Г„- То) - Ei I - (Г„ - Тн)), aL

тогда vj = v"A;. Коэффициент Д; характеризует отклонение вязкости нефти, а следовательно, и гидравлических потерь от значений, соответствующих изотермическим условиям при Т = Тн. С учетом полученных результатов потери напора на перекачку подогретой высоковязкой нефти составят

Я-Р-Д,АН А2. (8.11)

Анализ последней формулы показывает, что график распределения напора по длине нефтепровода имеет вид параболы, в то время как в изотермических условиях он линейный. Отклонение от линейного распределения связано с повышением вязкости нефти из-за ее охлаждения. Темп падения напора возрастает на конечном участке.

При больших величинах (Тн-То) и малых (Тк-То)

Ei[ -um(T„-To)] 0.

В этом случае основное сопротивление движению потока создается на холодном конце трубопровода.

У капельных жидкостей не все физические свойства зависят от температуры одинаково. Наиболее сильно зависит вязкость, гораздо слабее - плотность, теплопроводность и теплоемкость. Изменение температурных напоров (/ - tf) в сечении трубопровода в первую очередь приводит к изменению профиля скоростей, так как наиболее сильно меняется вязкость и, как следствие этого, к дополнительному