←предыдущая следующая→
1 2
Классификация нефтепродуктопроводов и нефтепроводов.
Трубопровод, предназначенный для перекачки нефтей, называется нефтепроводом, а нефтепродуктов – нефтепродуктопроводом. Последние в зависимости от вида перекачиваемого продукта называют бензопроводами, мазутопроводами и т. д.
В зависимости от назначения, территориального расположения и длинны трубопроводы делят на внутренние (внутрибазовые, внутризаводские, внутрицеховые, внутри промысловые), местные (между перекачивающей станцией и нефтебазой, заводом и нефтебазой и т.д.), магистральные.
К магистральным нефтепроводам и нефтепродуктопроводам относятся:
• Нефтепроводы и отводы от них, по которым нефть подается на нефтебазы и перевалочные нефтебазы
• Нефтепродуктопроводы и отводы от них, по которым нефтепродукты с головной насосной станции подаются на нефтебазы.
Магистральный нефтепровод работает круглосуточно в течение всего года. Он имеет относительно большой диаметр и длину. Для перекачки по нему нефтей и нефтепродуктов создается давление 5,0 – 6,5 МПа.
Основные объекты и сооружения магистральных трубопроводов.
Магистральный трубопровод состоит из следующих комплексов сооружений.
1. Подводящих трубопроводов, связывающих источники нефти или нефтепродуктов с головными сооружениями трубопровода. По этим трубопроводам перекачивают нефть от промысла или нефтепродукт от завода в резервуары головной станции.
2. Головной перекачивающей станции, на которой собирают нефть и нефтепродукты, предназначенные для перекачки по магистральному трубопроводу. Здесь производят приемку нефтепродуктов, разделение их по сортам, учет и перекачку на следующую станцию.
3. Промежуточных перекачивающих станций, на которых нефть, поступающая с предыдущей станции, перекачивается далее.
4. Конечных пунктов, где принимают продукт из трубопровода, распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта.
5. Линейных сооружений трубопровода. К ним относятся собственно трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а так же переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги.
Основной составной частью магистрального трубопровода является собственно трубопровод. Глубину заложения трубопровода определяют в зависимости от климатических и геологических условий, а так же с учетом специфических условий, связанных с необходимостью поддержания температуры перекачиваемого продукта.
На трассе с интервалом 10 – 30 км, в зависимости от рельефа, устанавливают линейные задвижки для перекрытия участков трубопровода в случае аварии. Промежуточные станции размещают по трассе трубопровода согласно гидравлическому расчету. Среднее значение перегона между станциями 100 – 200 км.
Рассмотрим участок трубопровода между двумя промежуточными станциями.
РН РК
D
L
Дано:
М = 198 [кг/с] – массовый расход
D = 1,22 [м] – диаметр трубы
К э = 0,001 [м] – шероховатость трубы
* = 870 [кг/м3] – плотность
* = 0,59 * 10-4 [м2/с] - вязкость
Рн = 5,4 * 106 [кг/мс2] – давление
L = 1.2 * 105 [м] – длина нефтепровода
С = 1483 [м/с] – скорость света в идеальной жидкости
Т = 293*К – температура
Примем допущения:
1. Жидкость идеальна
2. Процесс стационарный
3. Процесс с распределенными параметрами
4. Трубопровод не имеет отводов
5. Трубопровод не имеет перепадов по высоте
6. Движение нефти в трубопроводе ламинарное
7. Процесс изотермический.
Прежде чем находить математическую модель линейного трубопровода выведем закон сохранения массы и закон сохранения количества движения.
Закон сохранения массы.
Этот закон гласит: масса любой части материальной системы, находящейся в движении, не зависит от времени и является величиной постоянной. Поскольку скорость изменения постоянной величины равна нулю, полная производная по времени от массы любой части рассматриваемой системы будет так же равна нулю. Математически это запишется так:
(1)
где *(х) – плотность вещества х = (х1, х2, х3) – координаты точки * - произвольный объем системы dV – дифференциал объема (dV = dx1 + dx2 + dx3)
Это уравнение называется интегральной формой закона сохранения массы.
Движение системы можно задать тремя функциями (2)
определяющими в момент времени t при t = t0 точка занимала положение .
Выразим начальные координаты через текущие . (3)
Перейдем от координат к получим:
(4)
где J – якобиан преобразования.
(5)
Делая обратный переход от к получим:
(6)
По правилу дифференцирования определителей получим:
(7)
примем
Из этого равенства и определения якобиана следует
(8)
С учетом этого равенства, уравнение (6) примет вид.
= 0 (9)
Раскрывая полную производную по времени в подынтегральном выражении по правилу
(10)
приведем уравнение (9) к виду
(11)
В силу произвольности выбора множества * из (9) следует, что подынтегральное выражение должно быть равно нулю.
(12)
Эта формула называется законом сохранения массы в дифференциальной форме.
Для одномерного течения жидкости уравнение примет вид
(13)
Закон сохранения количества движения.
Этот закон гласит: скорость изменения количества движения любой части материальной системы, находящейся в движении, равна сумме всех внешних сил. В математическом виде этот закон запишется так:
(1)
где (2)
Fv – силы обусловленные силовыми полями
Fs – силы действующие на единицу поверхности.
Подставив (2) в (1) получим интегральную форму записи закона сохранения количества движения
. (3)
Это векторное уравнение эквивалентно системе из трех уравнений, отражающих закон сохранения количества движения по каждой из координат х1, х2, х3
(4)
Пользуясь правилами дифференцирования интеграла, взятого по изменяющемуся объему и объединяя два слагаемых, получим
. (5)
Учитывая приведем (5) к виду
. (6)
Поскольку это равенство справедливо при произвольном объеме подынтегральное выражение (6) должно быть равно нулю
. (7)
Выражение (7) есть дифференциальная форма записи закона сохранения количества движения.
Для одномерного случая, когда все составляющие сил и скоростей по всем направлениям, кроме оси х1, равны нулю, уравнения (5) и (7) примет вид
.
Для написания математической модели линейного нефтепровода будем пользоваться этими двумя законами.
Дифференциальная форма записи линейного нефтепровода.
Рассмотрим динамическую модель нефтепровода. Запишем исходные уравнения законов сохранения массы и количества движения в интегральной форме
(1)
(2)
В качестве объема * выберем цилиндр, вырезанный из потока двумя перпендикулярными к оси трубы сечениями, отстоящими друг от друга на расстоянии *Х1. Считая *Х1 малой величиной, уравнения можно записать в виде
(3)
(4)
где S0 – площадь основания выделенного цилиндра
; d – диаметр трубы.
Считая величины и постоянными по сечению и переходя к средней скорости потока * по сечению трубы по правилу
. (5)
Из уравнений (3) и (4) получим.
(6)
(7)
Коэффициент введен для учета профиля скорости по сечению трубы. Для ламинарного течения .
Сила определяется полем сил тяжести
. (8)
Силу , действующую на поверхность объема интегрирования, разделим на две составляющие:
←предыдущая следующая→
1 2