Определение параметров перекачки

H(x_j)_нов = z_j + p_у/ ρg                                              (18) 

     Для участка № 6:

     Tgβ = 85,6/29,3 = 2,92, тогда уравнение примет вид:

     41,4 + 2,92(121,7 - x`) + 3,45 = 75,88 + 1,1(121,7 - x`)

     41,4 + 355,36 – 2,92x` + 3,45 = 75,88 + 133,87 – 1,1x`

     x` = 104,6

     H(x₆)_нов = 127,3 + 3,45 = 130,75

     Для участка № 5:

     Tgβ = 74,1/10,7 = 6,92,

     127,3 + 6,92(92,4 - x`) + 3,45  = 130,75 + 1,1(92,4 - x`)

     x` = 92,4

     H(x₅)_нов = 201,4 + 3,45 = 204,85

Проверяем оставшиеся сечения по формулам (15) и (16):

     Участок № 4

     H (67,4) = 204,85 + 1,1*(81,7 – 67,4) = 220,47

     220,47 > 98,4 + 3,45

     220,47 > 101,85

     Участок № 3

     H (38,7) = 220,47 + 1,1*(67,4 – 38,7) = 252,04

     252,04 > 148,4 + 3,45

     252,04 > 151,85

     Участок № 2

     H (20,7) = 252,04 + 1,1*(38,7 – 20,7) = 271,84

     271,84 > 111,2 + 3,45

     271,84 > 114,65

     Участок № 1

     H (0) = 271,84 + 1,1*(20,7) = 293,61

     293,61 > 57,5 + 3,45

     293,61 > 60,95

     Так как других самотечных участков в трубопроводе нет,  рассчитываем давление в начале участка трубопровода:

     p_н = ρg [H (x_н ) - z_н],                                                    (19) 

     где x_н – начало участка трубопровода, м (x_н = 0 м).

     p_н = 887,65 * 9,8 (293,61 – 57,5) = 2053913,8 Па

     Отразим результаты проведенных вычислений на чертеже сжатого профиля трассы. 

     4 Определение оптимальных параметров перекачки 

     Предварительно  вычисляем новое значение гидравлического уклона:

i_нов = [H (x_j)_нов - H (x_к )]/ (x_к – x_j),                                      (20)

     Участок № 5:

     i_нов = (204,85 – 75,88) / (121,7 - 81,7) = 3,224

     При гидравлическом уклоне i_нов в исследуемом трубопроводе самотечного участка не будет. Это означает, что напор H(x_н)_нов и давление p_н,нов в начале участка нефтепровода:

H (x_н )_нов = H (x_к ) + i_нов L,                                                  (21) 

p_н,нов = ρg [H (x_н)_нов - z_н].                                                  (22) 

     H (x_н )_нов = 75,88 + 3,224 * 121,7 = 468,24

     p_н,нов = 887,65 * 9,8*(468,24 – 57,5) = 3 571 404,8 Па ≈ 3,57 мПа

     Используя приложение 1 сравним новое значение давления в начале участка трубопровода с рабочим давлением для магистральных нефтепроводов:

     5,8 мПа  >  3,57 мПа

     Далее определим увеличение напора H(x_н)_нов – H(x_н) и давления        p_н,нов – p_н для трубопровода без самотечных участков:

     H(x_н)_нов – H(x_н) = 468,24 - 293,61 = 174,63

     p_н,нов – p_н = 3571404 - 2053913,8 = 1517491 Па

     Затем, используя формулу (13) определим перепад давления (полные потери напора) в трубопроводе (∆p).

     ∆p = 3571404 – 300000 = 3271404 Па,

     ∆p_тр = 3271404 + 133236 = 3404640 Па.

     Задавшись максимальным значением рабочего давления из приведенного диапазона (Приложение 1) и приравнивая его к [p] (допускаемому давлению для труб) определяем число нефтеперекачивающих станций (НПС) вдоль фикси рованной трассы трубопровода:

     n_н.с = (i ⋅ L ± ∆z) / H_ст,,                                                                   (23)

     где

       H_ст, = [p]/ ρg                                                   (24)

     Здесь [p] – допускаемое давление для труб с толщиной стенки δ, Па.

     H_ст, = 6100000/887,65*9,8 = 701,2,

     n_н.с = (3,224 * 121,7 - 15,8) / 701,2 = 0,53

     Число НПС необходимое для данного  нефтепровода – 1 станция.

     Для определения минимального расхода  нефти, при котором в трубопроводе не возникают самотечные участки, требуется вновь найти скорость движения нефти (w) и коэффициент гидравлического сопротивления (λ).

     Новые параметры перекачки можно определить следующим способом: при подстановке известных величин в выражение (9), получается уравнение с двумя неизвестными: w и λ.

     0,003224 =  λ * w² / (0,703 * 2*9,8)

     λ * w² = 0,04442

     Уравнение (1) решают методом итераций (последовательных приближений). Задаваясь значениями λ⁽¹⁾ (в качестве первого приближения можно использовать вычисленное ранее значение λ), находят w⁽¹⁾, затем вычисляют число Re⁽¹⁾, далее определяют новое значение коэффициента гидравлического сопротивления λ⁽²⁾. В качестве второго приближения берут найденное значение λ⁽²⁾ и т. д. Итерационный процесс заканчивают когда λ^(j) ≈ λ^(j–1) (при этом должно совпадать не менее четырех значащих цифр).

     Для λ⁽¹⁾:

     0,028 * w² = 0,04442

     w = 1,26 м/с

     Re = 1,26 * 0,703 / 0,00003212 = 27577

     λ ² = 0,3164/27577^0,25 = 0,0245;

     Для λ⁽²⁾:

     0,0245 * w² = 0,04442

     w = 1,346 м/с

     Re = 1,346 * 0,703 / 0,00003212 = 29488

     λ ³ = 0,3164/29488^0,25 = 0,0241;

     Для λ⁽³⁾:

     0,0241 * w² = 0,04442

     w = 1,357 м/с

     Re = 1,357 * 0,703 / 0,00003212 = 29718

     λ ⁴ = 0,3164/29718^0,25 = 0,02409;

     λ ⁴ ≈ λ ³  (0,02409 ≈ 0,0241)

     На  основании вычисленного методом  итераций значения скорости движения нефти по уравнению расхода (2) определим минимальный расход нефти, при котором в трубопроводе не возникают самотечные участки.

     0,88765 * 1,357 * 3,14 * 0,703² / 4 =  0,467 м³/с ≈ 14,4 млн. т в год

     Полученный  расход перекачки нефти сравнивают с интервалом значений грузопотока, принятым для магистральных нефтепроводов (Приложение 1).

     Интервал значений грузопотока для выбранной трубы равен от 11 до 19 млн. т./ год, что удовлетворяет наши требования.