Даны два резервуара, соединенные системой трубопроводов. Разность отметок между днищами резервуаров H. Резервуары соединены трубами, из которых вторая и третья проложены параллельно (L2 = L3). Труба 3 имеет задвижку. Трубы стальные бесшовные новые. 1) Определить расход нефти в трубах, проложенных между резервуарами, имеющими давление p1 и p2 и уровни нефти в них z1 и z2. 2) Определить расходы в трубах. 3) Как изменятся эти расходы, если закрыть задвижку? 4) Повторить расчеты по пунктам 1, 2, если в трубах образуются значительные отложения. 5) Оценить, в каких пределах (в процентах) изменится расход в системе по пункту 1, если уровни в резервуарах станут одинаковыми. Исходные данные (Таблица 1) 𝑃1 , 𝑃2 , 𝐿1 , 𝐿2 , 𝐿3 , 𝐿4 , 𝑑1 , кПа кПа км км км км м 220 𝑑2 , 𝑑3 , 𝑑4 , 𝑧1 , 𝑧2 , H, м м м м 133 4,0 3,0 4,0 4,5 0,35 0,34 0,3 м м 0,33 30 20 -1,5 Графическая часть: Схема гидравлической системы ρ, Ѵ, кг/м3 м2/c 820 2,8 · 10-5 Содержание работы: Введение ...................................................................................................................... 5 1. Теоретическая часть ............................................................................................. 6 Гидравлический расчет сложных трубопроводов ............................................... 6 2. Расчетная часть ................................................................................................... 10 Часть 1-2. Определение расхода нефти в трубах, проложенных между резервуарами. Определение расхода в трубах. .................................................. 10 Часть 3. Определение расходов при закрытой задвижке. ................................. 14 Часть 4. Определение расходов при значительном отложении в трубах. ....... 15 Часть 5. Определение расхода в системе трубопровода при одинаковых уровнях в резервуарах........................................................................................... 18 Заключение ................................................................................................................ 20 2 ВВЕДЕНИЕ Задача, представленная в этой курсовой работе, является очень актуальной на нефтебазах и нефтехранилищах при перекачке нефти из одних резервуаров в другие. Современные нефтебазы – множество резервуаров и хранилищ с постоянной откачкой и перекачкой нефти. Для организации более быстрой и надежной работы нефтебазы необходимо заранее просчитывать и выбирать наилучшие варианты перекачки с большим расходом и с меньшими затратами на создание напора и т.п. Данная задача позволяет понять принцип работы такой перекачки, а также посмотреть на различные режимы работы (сложная и последовательная система трубопроводов, соединяющая резервуары, работа при значительных отложениях в трубах, при одинаковых уровнях нефти в резервуарах). 3 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Гидравлический расчет сложных трубопроводов Трубопровод — инженерное сооружение, предназначенное для транспортировки газообразных и жидких веществ под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы. Различают длинные и короткие трубопроводы. Короткими называют трубопроводы небольшой длины, если местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине или даже превышают последние (всасывающие трубы центробежных насосов, сифоны, сливные патрубки и т.п.). Длинными называют трубопроводы, имеющие значительную протяженность, в которых, наоборот, потери напора по длине являются основными, местными потерями иногда пренебрегают или оценивают их приближенно. Также трубопроводы делят на простые и сложные. Простым называют трубопровод, не содержащий разветвлений, на каждом из участков которого расход сохраняется постоянным. Сложными называют трубопроводы, имеющие ответвления, параллельные или кольцевые участки, индивидуальный расход которых зависит от их гидравлического сопротивления, общего расхода и структуры гидравлической сети. Различают следующие типы сложных трубопроводов: 1) с параллельными ветвями; 2) с концевой раздачей жидкости; 3) с непрерывной раздачей жидкости; 4) с кольцевыми участками (замкнутыми участками). Возможны комбинации этих типов. Последовательное соединение. Возьмем несколько труб различной длины, разного диаметра и содержащих разные местные сопротивления, и соединим их последовательно (рисунок 1(а)). 4 Рисунок 1- а) последовательное соединение трубопроводов; б) зависимость расхода от потерь напора. При подаче жидкости по такому составному трубопроводу от точки М к точке N расход жидкости Q во всех последовательно соединенных трубах 1, 2 и 3 будет одинаков, а полная потеря напора между точками М и N равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах. Таким образом, для последовательного соединения имеем следующие основные уравнения: Q1 = Q2 = Q3 = Q; Σℎ𝑀−𝑁 = Σℎ1 + Σℎ2 + Σℎ3 ; Эти уравнения определяют правила построения характеристик последовательного соединения труб (рис.1, б). Если известны характеристики каждого трубопровода, то по ним можно построить характеристику всего последовательного соединения M-N. Для этого нужно сложить ординаты всех трех кривых. Параллельное соединение. Такое соединение показано на рисунке 2 (а). Трубопроводы 1, 2 и 3 расположены горизонтально. Рисунок 2 – а) Схема параллельного соединения трубопроводов; б) зависимость расхода от потерь напора. Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно HM и HN , расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) - через Q, а в 5 параллельных трубопроводах через Q1, Q2 и Q3; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ1h, Σ2h и Σ3h. Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали: Q = Q1 + Q2 + Q3; Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках М и N: Σℎ1 = 𝐻𝑀 − 𝐻𝑁 ; Σℎ2 = 𝐻𝑀 − 𝐻𝑁 ; Σℎ3 = 𝐻𝑀 − 𝐻𝑁 ; Отсюда делаем вывод, что Σℎ1 = Σℎ2 = Σℎ3 . Гидравлические потери Гидравлические потери энергии подразделяются на две группы. 1. Потери энергии по длине потока. Они наблюдаются в трубах и каналах постоянного сечения и увеличиваются пропорционально длине потока, так как при этом увеличивается поверхность трения. 2. Потери энергии в местных гидравлических сопротивлениях, возникающие при деформации потока. Как правило, деформация потока обусловлена установкой трубопроводной арматуры (краны, вентили, задвижки и др.), а также внезапными сужениями, расширениями и поворотами потока Местные потери напора hm определяются по формуле Вейсбаха: ℎ𝑚 = ξ 𝑣2 2𝑔 ; где - безразмерный коэффициент, который зависит от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления, приводится в справочной литературе; υ – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе, где установлено местное сопротивление. Потери энергии на единицу веса (потери напора) по длине потока определяются по формуле Дарси-Вейсбаха: 𝑙 𝑣2 𝑑 2𝑔 ℎτ = λ · · ; 6 где l - длина потока, v - средняя скорость в сечении потока, d - диаметр трубы. Величина называется коэффициентом гидравлического трения. Этот коэффициент зависит от режима движения жидкости (числа Re) и состояния поверхности трубопровода. Основным уравнением гидравлики является уравнение Бернулли: 𝑝 (𝑧1 + 𝜌𝑔1 + α1 𝑣12 2𝑔 ) − (𝑧2 + 𝑝2 + 𝜌𝑔 α2 𝑣22 2𝑔 ) = ℎτ + ℎ𝑚 ; где z1 и z2 – высотные отметки центров первого и второго сечений; р1 и р2 – давления в соответствующих сечениях; v1 и v2 – средние скорости в сечениях; ρ – плотность перекачиваемой жидкости; α1 и α2 – коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей по сечению (в расчетах их часто принимают равными единице); hτ и hм - потери энергии по длине и на местных сопротивлениях соответственно. Режимы течения жидкости Существует два основных режима движения жидкостей - ламинарный и турбулентный. Граница между ламинарным и турбулентным режимом движения определяется по величине критического значения числа Reкр=2320. Это число зависит от формы сечения канала и от рода жидкости. Для определения критерия Рейнольдса используют формулу: 𝑅𝑒 = 𝑣𝑑 ν ; где 𝑣 - средняя скорость движения в сечении потока, d – диаметр трубы, ν - кинематический коэффициент вязкости жидкости. Если число Рейнольдса меньше критического значения – в трубопроводе ламинарный режим течения, и коэффициент гидравлического сопротивления определяют по формуле Стокса: λ= 64 𝑅𝑒 ; 𝒅 Если 2320<Re≤10 , то имеет место режим гидравлически гладких труб, и ∆ коэффициент гидравлического сопротивления находят по формуле Блазиуса: 7 λ= 𝒅 𝒅 ∆ ∆ 0,3164 𝑅𝑒 0,25 ; Если 10 <Re≤500 , то имеет место режим смешанного сопротивления (или режим гидравлически шероховатых труб), и коэффициент гидравлического сопротивления вычисляют по формуле Альтшуля: λ = 0,11 ( 68 𝑅𝑒 Δ 0,25 + ) 𝑑 ; 𝒅 Если Re>500 , то имеет место квадратичный режим сопротивления, ∆ коэффициент гидравлического сопротивления находят по формуле Шифринсона: 𝜆 = 0,11(𝛥/𝑑)0,25 . Основные задачи расчета сложных трубопроводов: 1. Определение расхода; 2. Определение потерь напора; 3. Определение диаметра трубопровода. Жидкость по трубопроводу движется благодаря тому, что ее полная энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Этот процесс может создаваться несколькими способами: работой насоса, разностью уровней жидкости, давлением газа. Для расчета трубопровода, определения потерь напора по длине трубопровода, в местных сопротивлениях и построения гидродинамической (напорной) и пьезометрической линий необходимы следующие основные исходные данные: расход жидкости через трубопровод; геометрическое положение центров тяжестей поперечных сечений трубопровода; конструктивные параметры трубопровода: диаметры и длина трубопровода; физические свойства рабочей жидкости. 8 Гидравлический аналитическим (при расчет сложного необходимости трубопровода методом ведется или последовательных приближений), или графоаналитическим методом. При методе последовательных приближений на основании анализа исходных данных задачи высказываются какие-либо предположения, без которых решение затруднено (например, о режиме течения жидкости, возможности пренебрежения скоростными напорами и т.д.), после чего на основании этих предположений проводится решение. Полученные результаты дают возможность проверить правильность предположений. Если полученные результаты не подтвердились, то их корректируют в нужном направлении и вновь проводят решение и т.д. до получения правильного ответа. Графоаналитический способ основан на построении характеристики сложного трубопровода по характеристикам отдельных его ветвей. Так как концевые сечения линий разветвления могут находиться на различных высотах Z над центром сечения начала разветвления, характеристики ветвей строятся в координатах ( P h Z ) f (Q) . При одинаковых концевых давлениях Р в каждой g из ветвей предыдущее выражение принимает вид (h+Z)=f(Q), а если, кроме того, и центры концевых сечений лежат в одной горизонтальной плоскости, то h=f(Q). 9 3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Часть 1-2. Определение расхода нефти в трубах, проложенных между резервуарами. Определение расхода в трубах. Определим потери напора по уравнению Бернулли для всей системы трубопровода. 𝐻 = 𝑧1 − 𝑧2 + 𝑝1 −𝑝2 ρ𝑔 + α1 𝑣12 −α2 𝑣22 2𝑔 ; Для рассматриваемого случая: 𝐻 = 𝐻т , 𝑧1 = 𝑧1 + 𝐻, 𝑧2 = 𝑧2 , 𝑝1 = 𝑝1 , 𝑝2 = 𝑝2 ; пренебрегаем величиной 𝛼𝑣 2 2𝑔 в виду ее малости по сравнению с другими членами уравнения. Получим уравнение Бернулли в виде: 𝐻т = 𝑧1 − 𝑧2 + 𝐻 + 𝑝1 −𝑝2 ρ𝑔 ; где 𝑧1 и 𝑧2 – уровень в резервуарах с нефтью; Н – разность отметок между днищами резервуаров. Подставляя значения, получим: 𝐻т = 30 − 1,5 − 20 + 220000−133000 820·9,81 = 19,315 м; Далее, принимая во внимание условие параллельности трубопроводов, зададим произвольные значения расходов нефти Q2, Q3 и найдем расходы по формуле: 𝑄1 = 𝑄4 = 𝑄2 + 𝑄3 . Пример расчетов для 2 трубы при 𝑄2 = 0,01 м3 /с. 𝑅𝑒 = 𝑣𝑑 4∙𝑄 4 ∙ 0,01 = = = 1338. ν π ∙ ν ∙ 𝑑 3,14 ∙ 2,8 ∙ 10−5 ∙ 0,34 Определяем, что данное значение критерия Рейнольдса удовлетворяет условию ламинарного режима. Соответственно коэффициент гидравлического трения определим по формуле: λ= 64 64 = = 0,0478. 𝑅𝑒 1338 Найдем потери напора по длине при данном расходе: 𝑙 𝑣2 𝑑 2𝑔 ℎτ = λ · · , где 𝑣 = 𝑄 𝑆 𝑙 8𝑄2 𝑑 π2 𝑑 4 𝑔 ℎτ = λ · · = 4∙𝑄 π∙𝑑 2 ; ; 10 ℎ𝜏 = 0,0478 · 3000 0,34 · 8∙0,012 (3,14)2 ∙(0,34)4 ∙9,81 = 2,60 м. Аналогично проведем последующие расчеты, учитывая значение числа Рейнольдса и подбирая нужную формулу для расчета коэффициента гидравлического трения. Принимаем величину абсолютной шероховатости трубопровода Δ=0,01 мм (по заданию трубы стальные, бесшовные, новые). Результаты расчетов для трубы 2 (таблица 2) Q, м3/с Re Режим 0 0 0,01 1338,11 ламин. 0,015 2007,17 ламин. 0,02 2676,23 глад. 0,025 3345,29 глад. 0,03 4014,34 глад. 0,035 4683,40 глад. 0,04 5352,46 глад. 0,045 6021,52 глад. 0,05 6690,57 глад. 0,055 7359,63 глад. 0,06 8028,69 глад. 0,065 8697,75 глад. 0,07 9366,80 глад. 0,075 10035,86 глад. λ ℎ𝜏 , м 0,0523 0,0473 0,0439 0,0415 0,0397 0,0382 0,0370 0,0359 0,0350 0,0341 0,0334 0,0327 0,0321 0,0316 0 0,2857 0,5808 0,9597 1,4182 1,9514 2,5558 3,2288 3,9682 4,7720 5,6385 6,5664 7,5542 8,6009 9,7054 Результаты расчетов для трубы 3 (таблица 3) Q, м3/с 0 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 Re Режим λ 1516,53 2274,80 3033,06 3791,33 4549,59 5307,86 6066,12 6824,39 7582,65 8340,92 ламин. ламин. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. 0,0422 0,0281 0,0426 0,0403 0,0385 0,0370 0,0358 0,0348 0,0339 0,0331 ℎ𝜏 , м 0 0,5746 0,8619 2,3189 3,4270 4,7155 6,1762 7,8028 9,5897 11,5325 13,6270 11 0,06 0,065 0,07 0,075 9099,18 9857,45 10615,71 11373,98 глад. глад. глад. глад. 0,0324 0,0317 0,0312 0,0306 15,8698 18,2576 20,7878 23,4576 Далее построим зависимость расходов в трубах 2 и 3 от потерь напора. График 1. Характеристика трубопроводов 2 и 3 (характеристика разветвления) Результаты расчетов для трубы 1 (таблица 6) Q, м3/с 0 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 0,06 0,065 0,07 0,075 Re Режим λ 1299,88 1949,82 2599,77 3249,71 3899,65 4549,59 5199,53 5849,47 6499,42 7149,36 7799,30 8449,24 9099,18 9749,12 ламин. ламин. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. 0,0527 0,0476 0,0442 0,0419 0,0400 0,0385 0,0372 0,0361 0,0352 0,0344 0,0336 0,0330 0,0324 0,0318 ℎ𝜏 , м 0 0,3319 0,6748 1,1149 1,6477 2,2671 2,9693 3,7512 4,6101 5,5439 6,5507 7,6286 8,7762 9,9922 11,2753 12 Результаты расчетов трубы 4 (таблица 7) Q, м3/с Re Режим λ ℎ𝜏 , м 0 0 0,01 1378,66 ламин. 0,0519 0,4938 0,015 2068,00 ламин. 0,0469 1,0040 0,02 2757,33 глад. 0,0436 1,6588 0,025 3446,66 глад. 0,0412 2,4514 0,03 4135,99 глад. 0,0394 3,3730 0,035 4825,32 глад. 0,0379 4,4179 0,04 5514,66 глад. 0,0367 5,5812 0,045 6203,99 глад. 0,0356 6,8593 0,05 6893,32 глад. 0,0347 8,2488 0,055 7582,65 глад. 0,0339 9,7468 0,06 8271,98 глад. 0,0332 11,3507 0,065 8961,31 глад. 0,0325 13,0584 0,07 9650,65 глад. 0,0319 14,8678 0,075 10339,98 глад. 0,0314 16,7771 Так как трубопроводы 1 и 4 расположены последовательно вместе с раздвоенным участком, состоящим из параллельных 2 и 3 трубопроводов, то их потоки равны, а потери складываются. График 2. Общая характеристика системы Полученное уравнение линии тренда общей характеристики трубопроводной системы используем для подсчета Q y = 8778,5x2 + 172,04x – 0,698; 13 y = 𝐻т = 19,315 м; Решаем квадратное уравнение и получаем: Q=x=0,0389 м3/с; Из условия, что 𝑄1 = 𝑄4 = 𝑄2 + 𝑄3 , получаем Q1=Q4=Q=0,0389 м3/c. Найдем по графику потери, приходящиеся на параллельно соединенные трубы 2 и 3. По значению потерь определим Q2 и Q3. Запишем уравнения кривых из графика 1: y = 1395,4x2 + 26,633x – 0,0856 – 2 трубопровод; y = 3349,7x2 + 68,43x – 0,3649 – 3 трубопровод; Т.к. 2 и 3 трубопроводы параллельны, то, приравняв эти уравнения и используя тот факт, что расходы в них в сумме дают Q=0,0389 м3/с, найдем: 𝑄2 = 0,0336 м3/с; 𝑄3 = 0,0053 м3/с. Часть 3. Определение расходов при закрытой задвижке. Уберем из системы трубопровод 3. Аналогично, как и в Части 1-2 построим характеристику 𝑄 = 𝑓(ℎ) и в точке пересечения с прямой Нт определим изменившийся расход. Результаты расчетов с закрытой задвижкой (таблица 8) 1 трубопровод Q, м3/с Re Режим 2 трубопровод λ 0 0,01 0,015 1299,88 1949,82 ламин. ламин. 0,0527 0,0476 hτ , м Q, м3/с Re 0 0 0 0,3319 0,6748 0,01 0,015 Режим 4 трубопровод λ Q, м3/с hτ , м 0 1338,11 ламин. 2007,17 ламин. 2676,23 глад. 3345,29 глад. 4014,34 глад. 4683,40 глад. 5352,46 глад. 6021,52 глад. 6690,57 глад. 0,0523 0,0473 0,2857 0,5808 Re Режим hτ , м hτ cумма 0 0,00 0,0519 0,4938 1,11 λ 0 0,01 0,015 1378,66 2068,00 ламин. ламин. 0,0469 1,0040 2,26 2757,33 глад. 0,0436 1,6588 3,73 3446,66 глад. 0,0412 2,4514 5,52 4135,99 глад. 0,0394 3,3730 7,59 4825,32 глад. 0,0379 4,4179 9,94 5514,66 глад. 0,0367 5,5812 12,56 6203,99 глад. 0,0356 6,8593 15,44 6893,32 глад. 0,0347 8,2488 18,56 2599,77 глад. 3249,71 глад. 3899,65 глад. 4549,59 глад. 5199,53 глад. 5849,47 глад. 6499,42 глад. 0,055 7149,36 глад. 0,0344 6,5507 0,055 7359,63 глад. 0,0341 5,6385 0,055 7582,65 глад. 0,0339 9,7468 21,94 0,06 7799,30 глад. 0,0336 7,6286 0,06 8028,69 глад. 0,0334 6,5664 0,06 8271,98 глад. 0,0332 11,3507 25,55 0,065 8449,24 глад. 0,0330 8,7762 0,065 8697,75 глад. 0,0327 7,5542 0,065 8961,31 глад. 0,0325 13,0584 29,39 9099,18 глад. 9366,80 глад. 9650,65 глад. 0,0319 14,8678 33,46 9749,12 глад. 10035,86 глад. 10339,98 глад. 0,0314 16,7771 37,76 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,07 0,075 0,0442 0,0419 0,0400 0,0385 0,0372 0,0361 0,0352 0,0324 0,0318 1,1149 1,6477 2,2671 2,9693 3,7512 4,6101 5,5439 9,9922 11,2753 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,07 0,075 0,0439 0,0415 0,0397 0,0382 0,0370 0,0359 0,0350 0,0321 0,0316 0,9597 1,4182 1,9514 2,5558 3,2288 3,9682 4,7720 8,6009 9,7054 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,07 0,075 14 График 3. Общая характеристика системы с закрытой задвижкой Отсюда по линии тренда находим Q, причем Q1=Q2=Q4=Q. y=𝐻т =19,315 м; Q=x=0,052 м3/c; Q1=0,052 м3/c; Q2=0,052 м3/c; Q4=0,052 м3/c. Часть 4. Определение расходов при значительном отложении в трубах. Принимаем величину абсолютной шероховатости трубопровода при значительном отложении в трубах равной Δ=0,5мм. Повторим расчеты аналогичные Части 1-2: Данные для трубы 2 (таблица 9) Q, м3/с 0 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 Re 0 1338,11 2007,17 2676,23 3345,29 4014,34 4683,40 5352,46 6021,52 6690,57 Режим лам. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. глад. λ 0,000 0,0478 0,0473 0,0440 0,0416 0,0397 0,0382 0,0370 0,0359 0,0350 hτ , м 0,00 0,2612 0,5808 0,9610 1,4200 1,9537 2,5587 3,2323 3,9721 4,7764 15 0,055 0,06 0,065 0,07 0,075 7359,63 8028,69 8697,75 9366,80 10035,86 смеш. смеш. смеш. смеш. смеш. 0,0354 5,8460 0,0347 6,8286 0,0341 7,8795 0,0336 8,9978 0,0331 10,1828 Данные для трубы 3 (таблица 10) Q, Re Режим λ hτ , м м3/с 0,000 0,00 0 лам. 0,0422 0,5746 0,01 1516,53 0,015 2274,80 глад. 0,0281 0,8619 0,02 3033,06 глад. 0,0426 2,3219 0,025 3791,33 глад. 0,0403 3,4311 0,03 4549,59 глад. 0,0385 4,7206 0,035 5307,86 глад. 0,0371 6,1824 0,04 6066,12 смеш. 0,0371 8,0719 0,045 6824,39 смеш. 0,0361 9,9595 0,05 7582,65 смеш. 0,0353 12,0234 0,055 8340,92 смеш. 0,0346 14,2611 0,06 9099,18 смеш. 0,0340 16,6704 0,065 9857,45 смеш. 0,0335 19,2494 0,07 10615,71 смеш. 0,0330 21,9965 0,075 11373,98 смеш. 0,0325 24,9103 Данные для трубы 1 (таблица 11) Q, м3/с 0 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 Re 1299,88 1949,82 2599,77 3249,71 3899,65 4549,59 5199,53 5849,47 6499,42 Режим λ hτ , м лам. лам. глад. глад. глад. глад. глад. глад. смеш. 0,000 0,0492 0,0328 0,0443 0,0419 0,0400 0,0385 0,0373 0,0362 0,0363 0,00 0,3101 0,4652 1,1165 1,6498 2,2699 2,9728 3,7553 4,6149 5,7203 16 0,055 0,06 0,065 0,07 0,075 7149,36 7799,30 8449,24 9099,18 9749,12 смеш. смеш. смеш. смеш. смеш. 0,0356 6,7788 0,0349 7,9171 0,0343 9,1341 0,0338 10,4289 0,0333 11,8008 Данные для трубы 4 (таблица 12) Q, Re Режим λ hτ , м м3/с 0 0,0464 0,4415 лам. 0,0309 0,6622 0,01 1378,66 лам. 0,0437 1,6610 0,015 2068,00 0,02 2757,33 глад. 0,0413 2,4545 0,025 3446,66 глад. 0,0395 3,3771 0,03 4135,99 глад. 0,0380 4,4228 0,035 4825,32 глад. 0,0367 5,5870 0,04 5514,66 глад. 0,0357 6,8659 0,045 6203,99 глад. 0,0359 8,5259 0,05 6893,32 смеш. 0,0351 10,1052 0,055 7582,65 смеш. 0,0345 11,8038 0,06 8271,98 смеш. 0,0339 13,6203 0,065 8961,31 смеш. 0,0334 15,5534 0,07 9650,65 смеш. 0,0329 17,6019 0,075 10339,98 смеш. 0,0464 0,4415 График 4. Характеристика труб 2 и 3 с отложениями 17 График 5. Общая характеристика системы с отложениями. Полученное уравнение линии тренда используем для подсчета Q y = 9804,6x2 + 138,91x – 0,6698; y = 𝐻т = 19,315 м; Решаем квадратное уравнение и получаем: Q=x=0,038 м3/с; Из условия, что 𝑄1 = 𝑄4 = 𝑄2 + 𝑄3 , получаем Q1=Q4=Q=0,038 м3/c. Найдем по графику потери, приходящиеся на параллельно соединенные трубы 2 и 3. По значению потерь определим Q2 и Q3. Т.к. 2 и 3 трубопроводы параллельны, то, приравняв эти уравнения и используя тот факт, что расходы в них в сумме дают Q=0,038 м3/с, найдем: 𝑄2 = 0,026 м3/с; 𝑄3 = 0,012 м3/с. Анализируя полученные значения, следует отметить, что при увеличении параметра шероховатости трубы, расход жидкости уменьшится, ввиду образования дополнительных потерь напора связанных с торможением частей потока вблизи стенок трубы. Часть 5. Определение расхода в системе трубопровода при одинаковых уровнях в резервуарах. Уровни в резервуарах станут одинаковыми, если: 𝑧 = 𝑧1 = 𝑧2 , причем учитываем, что 𝑧1 = 𝑧1 + 𝐻, задаем z = 18,5 м. 18 Составим уравнение Бернулли: 𝐻т = 𝑧1 − 𝑧2 + 𝑝1 −𝑝2 ρ𝑔 ; Подставив новые значения, получим: 𝐻т = 20 − 18,5 + 220000−133000 820·9,81 = 12,315 м; Воспользуемся результатами расчётов из Части 1-2, так как они одинаковы. Используем уравнение общей характеристики системы из графика 2: y = 8778,5x2 + 172,04x – 0,698; y = 𝐻т = 12,315 м; Решаем квадратное уравнение и получаем: 𝑄𝑧 = 0,02993 м3 /с. Оценим в процентах изменение расхода в системе при одинаковых уровнях в резервуаре по сравнению с расходом в Части 1-2 Q =0,02993 (м3/с): ε= 𝑄−𝑄𝑧 𝑄 · 100% = 0,0389−0,02993 0,0389 · 100% = 23%. 19 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной курсовой работе был произведен расчет сложного трубопровода. Был определен расход нефти в трубах, проложенных между резервуарами, имеющими заданное давление. Подсчитан расход в трубах при перекрывании трубопровода 3, а также при значительных отложениях в трубах и одинаковых уровнях нефти в резервуарах. Из полученных расчетных данных курсовой работы следует, что для уменьшения потерь и увеличения расхода нефти в трубопроводах при тех же начальных условиях, целесообразно снижать абсолютную шероховатость труб путем замены ржавых труб на новые, т.е. контролировать их состояние. 20
