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

ператур 313 - 307,1 К) - турбулентный, а на оставшейся длине (температура ниже 307,1 К) - ламинарный. При расходах вьпяе 0,0689 м/с по всей длине трубопровода будет только турбулентный режим.

2. Потери напора вычисляем по формуле (7.17). Для ламинарного режима (до Qp) применяем только второе слагаемое (h„,,AJ, положив Т,„ = Т„, а вычисляем по формуле (7.6). Для турбу-лентного режима применяем только первое слагаемое в (7.17), положив Тр = Т,, а находим по формуле (7.1). В области расходов QI <Q<Q", в формуле (7.17) используем оба слагаемых. Для определения Т, пользуемся формулой (7.6). При этом длину турбулентного участка определяем из формулы (7.1). Изменение Т,р в зависимости от Q находим по формуле (7.4). Результаты расчетов представлены в табл. 7.2 и изображены на рис 7.2. Устойчивой для эксплуатации является такжеы 111 зона (при расходах больше Q2 «0,0122 мУс). Максимальный напор соответствует расходу Q, =0,00116 мУс, При расходе характеристика претерпевает излом.

Таблица 7.2

Результаты расчетов (к примеру 7.2)

200 I зона

0,025 Q.

0,055

353 343 333 323 313 303 293 283 273

0,075 Q,m/c

1(1- ......"

Рис. 7.2. Характеристика горячего трубопровода:

1 - при Т=Т, =con,st; 2 - T=To=const; 3 - Tconst.

Пример 7.3. Рассчитать оптимальные условия перекачки вязкой нефти по трубопроводу диаметром D„ = 377 мм (5, = 9 мм) на расстояние t = 30 км с расходом Q = 0,139 мУс. Температура окружающей среды Т = 273 К. Коэффициент теплопередачи на турбулентном участке К = 4,07 ВтДм-К), на ламинарном К,= 2,91 ВтДм-К), Плотность нефти р = 950 кт/м\ удельная теплоемкость нефти С = 2093,5 ДжДкг К). "

Зависимость кинематической вязкости нефти от температуры:

Стоимость единицы энергии, расходуемой на подогрев, о- 1,8-10- коп/Дж, стоимость единицы механической энергии

энерги! 251

0, = 2 коп/(кВт-ч), общий к. п. д. теплосилового оборудования Ti"= 0,66, общий к. п. д. насосно-силового оборудования Т1„ =0,79.

Решение

1. По формуле (1.9) определяем коэффициент крутизны вискограммы, приняв за базовые температуры 298 и 363 К,

37 55 -1п = 0,07 1/К.

363-298" 0,396

2. Определяем кинематическую вязкость нефти при Т, = 273 К

Vo=37,55-10-exp[-0,07- (273-298)] = 216-Ю м7с.

3. Число Рейнольдса при температуре Т(,

4-0,139

Re =

- = 23

3,14-0,359-216-10-

Так как Re < 2000, то течение ламинарное. 4. Потери напора на трение при температуре Т по формуле (7.19), где вместо v„ используется

128-0,139-216-10--30000

= 22500 м.

3,14-9,81-0,359

5. Параметр Шухова при температуре Т(,

2,91-3,14.0,359-30000 3 0,139-950-2093,5

6. Проверяем целесообразность перекачки с подогревом, вычисляя левую часть неравенства (7.32)

0,356-2093,5 -1,8-10- -0,79-10 -3600

1-0,07-2-0,66-9,81-22500

Так как 0,0187 < 1 подогрев выгоден. 7. По формуле (7.4) определяем

- = 0,0187.

Т =298 +

0,07

, 37,55-3,14-0,359-2000

In--.-= 337 К

10-4-0,]39

При температурах меньше 337 К режим ламинарный, больше 337 К - турбулентный.

8. Гидравлический уклон: а) при ламинарном течении

1. =

128Qv 128-у-Ю-"-0,139 Ttgd " 3,14-9,81-0,359

= 0,003475-v;

б) при турбулентном течении

\\,15 0,25

. 0,241Q-\"-- 0,241-0,139-у"" -(Щ-)"" о,,

gd- 9,81-0,359

9. Затраты механической энергии на перекачку на единицу длины трубопровода определяем по формуле (7.35)

„ 0,139-950-9,81-2-i . . , -100J9- коп/(м-ч).

10. Затраты тепловой энергии на подогрев (стоимость теплопо-терь) определяем по формуле (7.36):

а) при ламинарном течении - . ,

= 2,91 -3,14-0,359-(Т-273)- [[ = 0,0032Т коп/(м-ч);

0,66

б) при турбулентном течении

= 4,07 3,14 0,359-(Т-273)-"" = 0,00448Т коп/(м-ч).

0,66

11. Затраты на перекачку для различных температур (вязкости) приведены в табл. 7.3. При этом значение кинематической вязкости при Тр = 337 К вычислено по формуле (1.9)

Узз, = 37,55-10- ехр[-0,07• (337-298)1 = 2,45• 10 ис.

Таблица 7.3

Затраты на перекачку при различных температурах

По данным табл. 7.3 построен график (рис. 7.3). При Т,р= 337 К функция S имеет разрыв. Этот скачок объясняется тем, что переход турбулентного режима в ламинарный и наоборот происходит не при одной температуре, а в диапазоне температур (в диапазоне чисел Рейнольдса). На рис. 7.3 пунктирными линиями обозначены зависимости перехода одного режима течения в другой (без скачка). При расчетах переходная зона обычно не учитывается из-за сложности вычислений.

S, коп/(м"1)

0,5

273 283 293

303 313 323 333 343 353 363 373 Г, К

Рис. 7.3. Определение оптимальной температуры подогрева

12. Определяем оптимадьиую температуру подогрева. Из бесчисленного множества парных значений Т„ и Т, отвечающих на графике условию S (Т„) = S(TJ, надо выбрать такую пару температур, которая бы не просто отвечала данному условию, а еще была бы взаимозависимой, так как Т„ и Т, не могуг быть произвольными. Взаимосвязь между Т, и , определяется формулами Шухова.

Построим зависимость е"""". Покажем вычисления на примере линии 1-2-3-4. Параметр Шу вычислен ранее: Шу„ = Шу(, = 0,356.

Величина показателя степени в формуле (7.39)

К 2,91

= 0,715.

К, 4,07

Если при построении графика S за нуль отсчета принята темпера-

тура окружающей среды Т, то отрезок 1-2 будет отображать Т-Т(,, отрезок 1-4 величину Т„ - Т,, а отрезок 1-3 значение Тр - Т,. Так как вычисляется отношение величин, то можно не учитывать масштабный коэффициент, а просто измерить длины указанных отрезков. В данном случае , 2= 42,5 мм; ,,3= 96 мм; £, = 136,5 мм. Тогда для этой линии значение

42,5 96

96 136,5

ч 0,715

= 0,344.

В выбранном масштабе для е""" откладываем эту точку на продолжении линии 1-2-3-4 (отрезок 5-6). Проведем несколько горизонтальных линий, пересекающих кривую S, и для каждой из них вычислим с помощью графика соответствующее значение е""». При

этом только в области ламинарного режима комплекс

т.р-То

= 1.

Полученная кривая для е характеризуется изломом на границе появления двух режимов.

Для условий задачи (Шу„ =0,356) найдем по графику соответствующие ему значения Т„ и Т. Вычислим е""" = еб qj Этому значению е"" на графике соответствуют Т„ = Т = 337 К, Т = 319 К, т. е. режим будет только ламинарный (построение на рис. 7.3 сделано штрих пунктирными линиями). Если при построении графика S за нуль отсчета принята произвольная температура, а не Т(,, то при построении надо учитывать масштабные коэффициенты для температур.

13. Если при прочих равных условиях изменить длину трубопровода, например 1 = 60 км, то оптимальную температуру подогрева можно определить по этому же графику (см. рис. 7.3), так как на нем показано изменение затрат на единице длины. В данном случае

Шу - 2,91-3,14-0,359-60000 0,139-950-2093,5 Вычисляем е""" = 0,491.

Аналогичными построениями на графике (см. рис 7.3) находим оптимальные значения температур: Т„ = 342 К, Т = 306 К. Так как 342 > Т > 306, то в трубопроводе будет два режима.

По формуле (7.7) определяем длину турбулентного участка

, 342-273 ,,,, In-= 4532 м.

Т„-То 60000

ШУх Т-То 0,996 337-273