Ламинарный режим истечения

Время слива при ламинарном режиме истечения определяется по основной формуле:

(11.4.6)

или по упрощенной формуле

(11.4.7)

Здесь n - коэффициент кинематической вязкости нефтепродукта. Коэффициенты a и b для ламинарного режима связаны с приведенной

длинной трубопровода и параметром Рейнольдса следующим образом:

, (11.4.8)

где приведенная длина трубопровода l_пр есть сумма геометрической длины трубопровода l и длины, эквивалентной местным сопротивлениям l_м:

, (11.4.9)

а теоретический параметр Рейнольдса

(11.4.10)

Если теперь построить график уравнения (11.4.10) в координатах , то прямая отсечет на оси отрезок α, равный геометрической длине трубопровода l, выраженной числом диаметров трубопровода: . Тангенс угла наклона прямой выражается величиной b:

.

Таким образом, величина α определяется геометрическими размерами трубопровода, а b - числом и характером местных сопротивлений трубопровода.

При ламинарном режиме течения местные сопротивления зависят не только от их типа, но и от числа Рейнольдса. Коэффициенты местных сопротивлений z при Re=2000 можно принимать по таблице 11.17.

Таблица 11.17

Коэффициенты местных сопротивлений при ламинарном режиме

Рис. 11.2. Схемы самотечного слива и налива

Таблица 11.18

Расчетные формулы для различных случаев самотечного

налива и слива нефтепродукта

а)

б)

в)

г)

д)

Примеры расчетов

Пример 11.6.Определить время истечения нефтепродукта с кинематической вязкостью n = 0,2 см²/сек из цистерны диаметром D₁ = 2,8 м, длиной 10,0 м. Слив происходитс постоянным добавочнымнапоромН = 3,0 м (рис 11.2.д). Площадь зеркала нефтепродукта в резервуаре-прием­нике F₂ = 30,0 м². Диаметр сливного трубопровода d = 102 мм длина 30 м. Местные сопротивления: универсальный сливной прибор, плавный переход, две задвижки, три угольника вход в резервуар.

Решение

Убедимся, что в течение всего слива истечение происходит при турбулентном режиме. По табл. 11.16, с учетом того, что сопротивление универсального сливного прибора равно сопротивлению входа в трубу с острыми кромками, имеем:

Принимая коэффициент гидравлического сопротивления λ=0,032, определим коэффициент расхода

.

Тогда

м/с;

м/с.

Проверим значения коэффициента гидравлического сопротивления по формуле Блазеуса:

Определим время слива по формулам

м²;

в=H+D₁=3,0+2,8=5,8 м;

с;

По таблице эллиптических интегралов Е (k; =1,160; F (k; =2,349.

с.

По упрощенной формуле при k=1,023;

к_с=1,203 [по графику к_с=f(k)].

Пример 11.7.Определить время налива цистерны диаметров D = 2,8 м и длиной L₂=10 м нефтепродуктов вязкостью ν=0,25 см²/с из резервуара высотой Н_р=8,2 м и с площадью зеркала нефтепродукта F₁=90 м². Разность уровней отпускного отверстия резервуара и нижней образующей котла цистерны Н=3,3 м. Трубопровод диаметром d=150 мм и длиной l=120 м. Арматура трубопровода – две задвижки, четыре колена. Налив – под уровень жидкости в цистерне.

Решение

1. Максимальный уровень взлива в резервуаре.

В рассматриваемом случае налив начинается при разности уровней

Н+Н_р=3,3+8,2=11,5м.

Полагая, что режим истечения будет турбулентным, по табл. 11.16, найдем:

.

Коэффициент расхода

Начальная скорость истечения:

м/с.

Конечная скорость истечения

м/с.

Соответственно

Rе_Н=14800;

λ_Н=0,029;

в=Н+Н_р=11,5 м; f=0,01765 м²;

с;

sinα=0,55; α=33°20’;

Время налива

или

с, при k_c=1.

2. Минимальный взлив в резервуаре.

Минимальный взлив нефтепродукта соответствует случаю, когда над уровнем отпускного отверстия находится объем нефтепродукта, равный объему наливаемой цистерны. При этом

.

Коэффициент расхода

Скорость истечения

м/с,

м/с.

Соответственно

.

с.

sinα=0,935; α=69°10’.

Время налива

с, или при к_с=1,03

с.

Принудительный слив нефтепродуктов

Из транспортных емкостей

Принудительный слив применяется при выг­рузке нефтепродуктов из нефтеналивных судов, для ускорения сли­ва железнодорожных цистерн.

Слив танкеров и барж

При выгрузке нефтепродукта из нефтеналивного судна грузовы­ми насосами (рис. 11.3) средний расход слива Q_c находится из усло­вия, что заполняется наиболее удаленный от причала резервуар.

Ве­личина Q_c находится решением квадратного уравнения

(11.5.1)

где Н₀, а, b – коэффициенты, описывающей напор­ную характеристику грузового насоса; n_н – количество параллельно ра­ботающих насосов; λ_i – коэффициент гидравлического сопротивления i-го участка трубопроводной коммуникации, имеющего диаметр d_i и протяженность l_i; n₁ – число участков разного диаметра; n₂ – число местных сопротивлений; ξ_i – коэффициент местного сопротивления; Z_E, Z_c – нивелирная высота соответственно днища заполняемого резервуара и уровня нефтепродукта в судне; Н_p – уровень нефтепродукта в заполняемом резервуаре.

Рис. 11.3. Схема выгрузки нефтепродукта из нефтеналивного судна

Ориентировочно можно принять Z_c равным высоте нижнего го­ризонта вод, а Н_p – половине высоты резервуара.

Так как λ_i зависит от расхода, то величина Q_c находится мето­дом последовательных приближений. Для облегчения решения дан­ной задачи удобно представить

(11.5.2)

где λ₁ – коэффициент гидравлического сопротивления на участке диаметром d₁.

Соответственно формула (11.5.1) принимает вид:

(11.5.3)

Подбор зачистных насосов (если их нет на судне) производится по необходимому расходу слива

(11.5.4)

и необходимому напору

(11.5.5)

где V_сл – объем сливаемого нефтепродукта; – требуемое время слива судна.

Выбор температуры подогрева производится таким образом, что­бы выполнялось неравенство

(11.5.6)

где Н_вак – вакууметрическая высота всасывания насосов; h – потери напора на трение, по длине всасывающего трубопровода; h_м – сум­марные потери напора на местных сопротивлениях всасывающего трубопровода; ΔZ – разность нивелирных высот всасывающего пат­рубка насоса и уровня нефтепродуктов в емкости; Р_S – давление на­сыщенных паров нефтепродукта при температуре перекачки.

При проектных расчетах ориентировочный внутренний диаметр трубопроводов находится по формуле

(11.5.7)

где W₀ – ориентировочная средняя скорость перекачки нефтепро­дукта (табл. 11.19).

Найденные ориентировочные значения диаметров округляются в большую сторону до ближайшего значения.

При правильно выбранных размерах трубопроводной комму­никации общее время слива нефтепродуктов должно быть меньше нормативного.

Расчет принудительного нижнего слива железнодорожных цис­терн выполняется аналогично, однако, при расчете Q_c по формуле (11.5.3) необходимо учитывать наличие сливного прибора.

Таблица 11.19

Рекомендуемые значения средней скорости нефтепродуктов

Пример 11.8.Определить время слива нефтепродукта, доставляемого нефтерудовозами 1553 на нефтебазу с грузооборотом 300000 т/год. Длина трубопровода L = 0,5 км, плотность ρ = 850 кг/м³, кинематическая вязкос­ть 6,5∙10^-6 м²/с. Коэффициент неравномерности прибытия танкеров К_н = 1,7. Коли­чество причалов – 1. Подогрева нефтепродукта перед сливом не тре­буется. Местные сопротивления – равнопроходные со сливным тру­бопроводом (∑ξ_i = 2,6) . Принять Z_E – Z_C = 5 м, Н_p = 6 м.

Решение

1. По табл. 11.12 для заданного типа судна находим q_c = 2700 т; q_н = 500 м³/ч; тип грузовых насосов – 8НДВ; их число – 2.

2. Из формулы (11.3.6) находим суммарное время пребывания судна у причала

ч.

3. Принимаем время на подготовительные операции τ₁ = 1 ч; вре­мя на расчалку τ₅ = 1 ч. Так как зачистных насосов нефтерудовоз не имеет, то можно принять К = 1 и поэтому τ₃ = 0. Поскольку подо­грев нефтепродукта не требуется, то τ₄ = 0.

4. Следовательно, необходимое время выгрузки нефтепродукта

ч.

5. Необходимый расход слива судна по формуле (11.5.4)

м³/ч.

Так как Q_с.тр меньше подачи одного насоса нефтерудовоза, тодля выгрузки нефтепродукта достаточно работы одного насоса, т.е. в нашем случае n_н = 1.

6. По табл. 11.19 для заданной вязкости нефтепродукта находим его рекомендуемую скорость в трубопроводе W₀ = 2,5 м/с.

7. Ориентировочный внутренний диаметр сливного трубопровода по формуле (11.5.7)

м.

По приложению 20 выбираем стандартный диаметр трубопровода. Так как он будет длительного пользования, то с учётом неизбежной кор­розии толщину стенки принимаем δ = 7 мм, в этом случае необхо­димый внутренний диаметр будет обеспечен выбором трубы с D_н = 0,152 м.

8. Фактический внутренний диаметр сливного трубопровода

м.

9. Число Рейнольдса при необходимом расходе слива судна

.

10. Чтобы учесть условия работы трубопровода на перспективу, принимаем эквивалентную шероховатость равной 2∙10^-4 м (как для труб бывших в эксплуатации). Соответственно относительная шероховатость, переходные числа Рейнольдса равны

11. Так как Re_I < Re < Re_II, то течение нефтепродукта происходит в зоне смешанного трения турбулентного режима. Поэтому коэффи­циент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле Альтшуля

12. Напор, необходимый для слива нефтепродукта, по формуле (11.5.5)

м.

Так как Н_с меньше номинального напора насоса 8НДВ, то стро­ить насосную станцию нет необходимости.

13. Для насосов 8НДВ по приложению 22 находим величины коэффи­циентов в уравнении напорной характеристики: Н₀ = 31,6 м; а = 2,95∙10^-2 ч/м²; b = –0,733∙10^-6 ч²/м⁵.

14. Вычисляем коэффициенты в уравнении:

м.

15. Решаем полученное квадратное уравнение

что дает

.

Так как найденная величина Q_c практически не отличается от Q_c.тр то уточнять величину λ нет необходимости.

16. Фактическое время слива судна

ч.

Сифонный слив

При неисправных сливных приборах железнодорожных цистерн или отсутствии сливных устройств, для герметизированного слива нефтепродуктов применяют верхний (сифонный) слив (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Расчетная схема сифонного слива железнодорожных цистерн

Задачами расчета сифонного слива являются:

1) определение диаметров трубопроводных коммуникаций;

2) их гидравлический расчет;

3) подбор насосов для производства слива;

4) проверка коммуникаций на устойчивость всасывания.

Алгоритм расчета сифонного слива таков. Исходя из объема неф­тепродукта в цистерне и требуемой продолжительности слива, опре­деляется необходимый расход в одном стояке Q_c. Затем по формуле (11.5.7) находятся расчетные диаметры сливного стояка, коллектора, всасывающего и нагнетательного трубопроводов. После этого выби­раются их стандартные значения.

Потери напора в стояке

(11.6.1)

где λ_ш, l_ш – коэффициент гидравлического сопротивления и длина шланга; λ_с, l_с – то же для стояка диаметром d_c; ∑ξ – суммарный коэффициент местных сопротивлений в стояке; υ_c – средняя скорость движения нефтепродукта в стояке; l_с.пр – приведенная длина стояка.

Расход нефтепродукта в коллекторе

(11.6.2)

где n_c – количество стояков, подключенных к коллектору слева или справа (берем большее) от точки присоединения всасывающего тру­бопровода.

Потери напора в коллекторе, как трубопроводе с переменным расходом, находятся по формуле

(11.6.3)

где n_к – коэффициент, учитывающий изменение расхода по длине коллектора: при ламинарном режиме n_к = 0,5, а при турбулентном – n_к = 1/3; λ_к – коэффициент гидравлического сопротивления наи­более протяженной ветви коллектора длиной l_к и диаметром d_к при движении нефтепродукта со средней скоростью υ_к; ∑ξ_к – сумма коэффициентов местного сопротивления коллектора; l_к.пр – приве­денная длина коллектора.

Расходы во всасывающем и нагнетательном трубопроводах сливной коммуникации

(11.6.4)

где n_co – общее число стояков, подключенных ко всему коллектору.

По величине расхода Q находятся потери напора на трение во всасывающем h_в, и в нагнетательном h_н трубопроводах.

Суммарные потери напора в трубопроводах фронта слива с уче­том уровня нефтепродукта в резервуаре Н_р

(11.6.5)

где ΔZ – разность нивелирных высот конца и начала трубопровода.

По требуемым напору Н и подаче Q выбирается тип насоса, после чего выполняется расчет фактически обеспечи­ваемого им расхода слива Q_ф решением квадратного уравнения

(11.6.6)

где А_с, В_с, С_с – расчетные коэффициенты:

При решении (11.6.6) в качестве первого приближения Q_ф для расчета λ_с необходимо брать величину Q_c.

Расчет сифонного слива завершается проверкой коммуникаций на устойчивость всасывания. Нормальная работа сливного стояка возможна при условии, что остаточное давление в любой точке тру­бопроводной сети больше давления насыщенных паров сливаемого нефтепродукта при температуре перекачки. При несоблюдении это­го условия нарушается сплошность нефтепродукта в трубопроводе, и сифонный слив становится невозможным.

Задача проверки коммуникаций на устойчивость всасывания решается графоаналитически. Для этого сначала в масш­табе изображают цистерну, стояк (рис. 11.5) и всю трубопроводную коммуникацию, а затем строят линию остаточных напоров.

Рис. 11.5. Геометрические размеры стояка и его характерные точки

Построение начинают с того, что от конца шланга вверх откла­дывают напор

(11.6.7)

равный высоте столба нефтепродукта, создающего минимальное для данной местности атмосферное давление, за вычетом напора, соответствующего давлению насыщенных паров нефтепродукта.

Найденные значения потерь напора на каждом участке откладываются по вертикали вниз от линии напора в системе. Получают график остаточных напоров.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: