Гидравлический расчет трубопроводной системы с замерной установкой

Российский Государственный Университет  НЕФТИ и ГАЗА им.И.М.ГУБКИНА

 

ФАКУЛЬТЕТ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

КАФЕДРА НЕФТЕГАЗОВОЙ И ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОМЕХАНИКИ

 

 

Курсовая  работа по курсу «Гидравлика»

 

«Гидравлический расчет трубопроводной системы с  замерной установкой»

Вариант 1.

 

 

 

 

Выполнил  студент

Группы НД-10-1

Пономарева  Д.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012.

Задание на курсовую работу

1. Теоретическая часть.

Теоретические основы гидравлического расчета  сложных трубопроводов.

2. Расчетная часть.

Нефть вязкостью υ и плотностью ρ поступает с устьев 4-х скважин к замерной установке. Заданы: давления на устьях скважины р_уi, длины подводящих линий L_i, и расходы Q_i по ним, длина коллектора L_к, диаметры d₂, d_к. Трубы стальные новые чистые.

1. Определить остальные диаметры труб d₁, d₃, d₄.
2. Найти давление на входе в насос.
3. Как изменится расход в коллекторе и давление на входе в насос, если трубы сильно заржавеют?

 

Схема установки

Замерная  установка

P_y2, L₂, d₂ p_y1, L₁, d₁

 

 

 

Коллектор

L_k, d_k

0 н

 

 

 

P_y3, L₃, d₃ p_y4, L₄, d₄

 

 

 

 

Q1,м3/ч	Q2,м3/ч	Q3,м3/ч	Q4,м3/ч	LK, км	L1, км	L2, км	L3, км	L4, км	Dk,мм
100	120	90	80	5	5	4	6	7	300

В единицах измерения  системы СИ

0,0278

0,0333

0,025

0,0222

5000

5000

4000

6000

7000

0,3

 

D2,мм	Py1,Мпа	Py2,Мпа	Py3,Мпа	Py4,Мпа	ρ,кг/м3	υ,м2/с	∆1, мм	∆2,мм
200	1,2	1,1	1,0	0,9	850	0,3*10-4	0,06	2

В единицах измерения  системы СИ

0,2

1200000

1100000

1000000

900000

850

0,00003

0,00006

0,002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

          Трубопроводы для перемещения  жидкостей, применяемые в современной  технике, могут быть самых различных  назначений и размеров, от используемых  в лабораторной технике и контрольно-измерительной  аппаратуре капилляров до трубопроводов  протяжением в сотни и тысячи километров (магистральные нефтепроводы и газопроводы) или имеющих диаметры в несколько метров (трубопроводы гидротехнических сооружений). Поэтому различают «длинные» и «короткие» трубопроводы, а также простые и сложные.

Короткими называют (условно) трубопроводы небольшой длины, если местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине или даже превышают последние: это – 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 же потерями иногда пренебрегают, или же оценивают их приближенно.

Сложными называют трубопроводы, в случае, если они имеют переменный по длине диаметр или имеют ветвления. Такие трубопроводы делятся на следующие основные виды:

а) параллельные соединения («а»), когда к основной магистрали подключены параллельно ей еще одна или несколько труб (называемых лупингами);

б) разветвленные или тупиковые трубопроводы, в которых жидкость из магистрали отнимается в боковые ответвления и обратно в магистраль не поступает («б);

в) кольцевые трубопроводы, представляющие собой замкнутую магистраль, питающую расположенные вдоль нее расходные пункты (как, например, в простейшем случае –  «в»).

          В таких трубопроводах различают  транзитный расход, т.е. расход, передаваемый по магистрали, и путевой (или попутный), отбираемый из магистрали на пути движения в ней жидкости. При этом отбираемый расход называется сосредоточенным, если точки отбора жидкости находятся на большом расстоянии друг от друга и условно-непрерывным, если точки отбора расположены достаточно близко одна от другой. Трубопроводы же одинакового по длине диаметра и состоящие из одной лишь линии или нитки называются простыми.

          Гидравлические расчеты трубопроводов,  независимо от их вида, имеют  целью установление зависимостей  между количеством протекающей в них жидкости (расходом), распределением давления по длине трубопровода и геометрическими характеристиками (формой и размерами труб на отдельных участках трубопроводной сети). Исходными при этих расчетах являются уравнение Бернулли и уравнение сохранения расхода (или неразрывности): первое является динамическим, а второе –  кинематическим.

В соответствии с уравнением Бернулли разность полных напоров Н1 в начальном и Н2 в конечном сечениях трубопровода, или некоторого его участка, равняется напору, который затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений:

Причем

 

где – h_τ потери напора по длине, h_м – местные потери напора на гидравлические сопротивления.

Потери напора по длине трубопровода (т.е. линейные) определяются для круглых труб из формулы Дарси-Вейсбаха:

 

Местные потери напора определяются по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

В данной курсовой работе используется математический метод расчета трубопровода, при помощи уравнения Бернулли в виде:

= h_τ1-2

 

Допускается, что вся система находится  на одном уровне и этот уровень  равен нулю, т.е. z_i=0, и все местные потери равны нулю.

Через уравнение  Бернулли находим давление на входе  в насос. А диаметры труб определяем, используя специальную программу  для зависимости h(Q).

Использованные  формулы:

Для скорости V =

Для коэффициента гидравлических сопротивлений:

Зона гидравлически гладких  труб λ = формула Блазиуса при значениях числа Рейнольдса 2300 < Re < 10

 

Квадратичная область  λ = формула Альтшуля при значенях числа Рейнольдса 10 < Re < 500

Для числа Рейнольдса: Re =

Формула Дарси-Вейсбаха для потерь: h_τ = λ

 

 

 

 

 

 

Расчетная часть

1. Определим скорость во второй трубе:

V₂ = = =1,061 м/с

Определим число Рейнольдса для потока во второй трубе:

Re₂ = = = 7073,333

Определим режим течения в трубе 2 и коэффициент  гидравлических сопротивлений:

10 = = 33333,333

Re₂ < 10 → зона гидравлически гладких труб →

λ₂= = = 0,0345

Определим потери на участке 2-0:

h_τ2-0 = λ = = 39,59 м

Составим  уравнение Бернулли для участка 2-0:

= h_τ2 → p_y0 = p_y2 - h_τ2ρg = 1100000 - 39,59*850*9,8 = 769878,785 Па

Зная давление на замерной установке найдем потери на остальных трех участках по формуле   = h_τ1-2.

h_τ1-0 = = = 51,583 м

h_τ3-0 = = = 27,597 м

h_τ4-0 = = = 15,606 м

Зная потери на всех участках трубопровода используя программ найдем диаметры всех струб.

 

 

Зависимость h(d) для труб 1, 3, 4 при шероховатости 0,06 мм

№	d, м	h1, м	h3, м	h4, м
1	0,178	62,31	62,09	58,84
2	0,186	50,51	50,33	47,7
3	0,194	41,31	41,17	39,01
4	0,202	34,06	33,95	32,17
5	0,21	28,3	28,2	26,73
6	0,218	23,68	23,59	22,36
7	0,226	19,94	19,87	18,83
8	0,235	16,89	16,83	15,95
9	0,243	14,39	14,34	13,59
10	0,251	12,32	12,28	11,64
11	0,259	10,6	10,57	10,01
12	0,267	9,17	9,13	8,66
13	0,275	7,96	7,93	7,52
14	0,283	6,94	6,91	6,55
15	0,291	6,07	6,05	5,73
16	0,299	5,33	5,32	5,04

Из графиков видно что: d₁ = 187 мм, d₃ = 221мм, d₄ = 237мм.

 

2.  Найдем расход в коллекторе:

Q_k = Q₁₊ Q₂₊ Q₃₊ Q₄ = = 0,108 м³/с

Найдем скорость в коллекторе:

V_к = = = 1,533 м/с

Определим число Рейнольдса для потока в коллекторе:

Re_к = = = 15330

Определим режим течения в коллекторе и  коэффициент гидравлических сопротивлений:

10 = = 50000

Re₂ < 10 → зона гидравлически гладких труб →

Λ_к= = = 0,0284

Определим потери на участке 0-н:

h_τ0-н = λ = = 56,696 м

Составим  уравнение Бернулли для участка  0-н:

= h_τ0-н → p_н = p₀ - h_τ0-нρg = 769878,785 – 56,696*850*9,8 = 297119,189 Па

Итак, давление на входе в насос составляет 297119,189 Па.

3. Когда трубы сильно заржавеют, то расход в коллекторе не изменится, т.к.

шероховатость не влияет на расход, не участвует в  формуле при расчете.

Найдем  новое давление на замерной установке, когда трубы сильно заржавеют:

Определим режим течения  в трубе 2 и коэффициент гидравлических сопротивлений:

10 = = 1000

Re₂ > 10 → квадратичная область →

Λ₂ = = = 0,0412

Определим потери на участке 2-0:

h_τ2-0 = λ = = 47,278 м

Составим  уравнение Бернулли для участка 2-0:

= h_τ2 → p_y0 = p_y2 - h_τ2ρg = 1100000 – 47,278*850*9,8 = 705772,397 Па

Определим режим течения в коллекторе и коэффициент гидравлических сопротивлений:

10 = = 1500

Re_к > 10 → квадратичная область →

Λ_к = = = 0,0357

Определим потери на участке 0-н:

h_τ0-н = λ_к = = 71,269 м

Зная давление на замерной установке и потери в  коллекторе, найдем давление на входе  в насос. Для этого составим уравнение  Бернулли для участка 0-н:

= h_τ0-н → p_н = p₀ - h_τ0-нρg = 705772,397 – 71,269*850*9,8 = 111495,84 Па

Давление  на входе в насос когда трубы  сильно заржавеют уменьшится на 185623,349 Па.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

Диаметры  остальных труб равны: d₁ = 187 мм, d₃ = 221мм, d₄ = 237мм.

Давление  на входе в насос при гладких  и чистых трубах составляет 297119,189 Па.

Когда трубы сильно заржавеют расход в коллекторе не изменится, а давление на входе в насос умменьшится на 185623,349 Па.