Технологический расчет магистрального нефтепровода

Определим расчетную плотность нефти при температуре на глубине заложения оси трубопровода:
ρ=ρ20+ξ∙20-tp
где ξ- температурная поправка
ξ=1,825-0,001315∙ρ20=1,825-0,00135∙883=0,633кг/м3∙с
Тогда
ρ=883+0,633∙20-2=894,4 кг/м3
Определим по формуле Валтера (ASTM) кинематический коэффициент вязкости при tp:
lglgvp+0.8=A+B∙lgt0
Коэффициенты А и В определим используя известные кинематические вязкости
В=lglgv2+0.8lgv1+0.8lgt20-lgt0=lglg17,44+0.8lg54,5+0.8lg293-lg275=-5,103
A=lglgvp+0.8-B∙lgt0=lglg54,5+0.8+5,103lg275=12,7
Из формулы Валтера выразим искомое значение vp и определим его:
vp=101012,7-5,103lg275-0,8=19,45 мм2/с
Для дальнейшего расчета необходимо знать расчетную часовую производительность нефтепровода, которую определим по формуле:
Q=Gг∙kнн24∙Np∙ρ=13∙109∙1,0524∙350∙894,4=1817 м3/ч
где Np- расчётное число рабочих суток в году;
kнн- коэффициент неравномерности перекачки.
Исходя из расчётной часовой производительности подберём основные магистральные и подпорные насосы.
Для обеспечения производительности Q = 1817 м3/ч необходимы: магистральный насос НМ 2500-230 с диаметром рабочего колеса 385 мм. Так как подпорный насос имеет подачу почти в два раза меньше магистрального, то на насосной станции будут установлены два параллельно соединённых работающих подпорных насосов.
Определим напоры, развиваемые основным магистральным и подпорным насосами по формулам:
hm=am-bmQ2
где am, bm- постоянные коэффициенты в характеристиках магистральногонасоса;
m- число параллельно включенных подпорных насосов
hm=258,8-8,59∙10-6∙18172=230,44 м
Определим рабочее давление, развиваемое головной насосной станцией магистрального нефтепровода
P=ρ∙g∙mu∙hm+hn∙10-5≤P
где P=6,4 МПа- допустимое давление из условия прочности корпуса насоса и запорной арматуры.
mu=3 - число работающих на станции магистральных насосов.
Тогда
P=894,4∙9,81∙3∙230,44∙10-6=6,07 МПа≤P=6,5 МПа
т.е. условие прочности выполняется, следовательно, насосное оборудование выбрано верно.
Расчётный напор, развиваемый насосной станцией (основными магистральными насосами) определим по формуле:
Нст=mu∙hm=3∙230,44=691,32 м
Ориентировочное значение внутреннего диаметра магистрального нефтепровода определим по формуле:
D0=4Q3600∙π∙wд
где wд- рекомендуемая ориентировочная скорость перекачки, определяемая из графика рис.1
Рис.1- Зависимость рекомендуемой скорости перекачки от плановой производительности нефтепровода
D0=4∙18173600∙3,14∙1,0=0,8 м
Согласно техническим условиям на трубы [1] выберем трубопровод с наружным диаметром Dн=800 мм из стали 10Г2ФБЮ имеющей следующие характеристики
δв =590 МПа- временное сопротивление стали на разрыв;
δт =460 МПа - предел текучести стали;
kt =1,34 - коэффициент надёжности по материалу
Определим толщину стенки трубопровода
δ0=np∙Dн∙P2∙R1∙np∙P
где np - коэффициент надёжности по нагрузке (от внутреннего давления для нефтепроводов с промежуточным НПС без подключения ёмкостей);
R1- расчётное сопротивление металла трубы
R1=R1н∙myk1∙kн
R1н- нормативное сопротивление растяжению (сжатию), равно временному сопротивлению на разрыв (δв=R1н);
my- коэффициент условий работы трубопровода;
kн - коэффициент надёжности по назначению трубопровода
R1=590∙0,91,34∙1,0=396,27 МПа
Тогда
δ0=1,1∙800∙6,352∙396,27+1,1∙6,35=7 мм
Вычисленное значение толщины стенки трубопровода округляем в большую сторону до номинальной величины δ0=7 мм согласно ТУ.
Внутренний диаметр нефтепровода определим по формуле:
D=Dн-2∙δ=800-2∙7=786 мм
При определении ориентировочного значения диаметра трубопровода была применена рекомендуемая скорость течения нефти в трубе wд=1,0 м/с.
Уточним скорость течения нефти в трубе, так как стал известен внутренний её диаметр:
W=4∙Qπ∙D2∙3600=4∙18173,14∙0,7862∙3600=1,0 м/с
Выполним гидравлический расчёт нефтепровода

. Определяем режим течения нефти в трубопроводе. Примем эквивалентную (абсолютную) шероховатость поверхности стенки трубы (зависит от материала, способа изготовления и состояния на момент применения) равной kэ= 0,2 мм, тогда относительная шероховатость трубы будет равна
kэотн=kэD=0,2786=0,0002
Находим переходные числа Рейнольдса
Re1=10kэотн=10∙0,7860,0002=39300
Re2=500kэотн=500∙0,7860,0002=1310000
Режим течения нефти определим по безразмерному параметру Re
Re=wDvp=1,0∙0,78659,45∙10-6=40441
Так как Re1ReRe2 ,т.е