Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Определение режима потока. 15Стр 1 из 7Следующая ⇒
Определение режима потока. 15 Определение гидравлического уклона. 16 Проверка существования перевальной точки. 17 Определение полной потери напора. 19 Определение числа насосных станций. 20 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ПРИВЕДЕННЫХ ЗАТРАТ.. 22 8. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.. 27 9. ПОСТРОЕНИЕ СОВМЕЩЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВОДА И НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ.. 29 11. РАСТАНОВКА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ.. 35 12. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЕТОВ.. 36 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 37 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 38 История использования нефти человеком проникает своими корнями далеко вглубь веков. Более 5000 лет назад, шумеры применяли природный битум в качестве связующего материала при кладке кирпичей, а в долине Инда, в городском поселении Мохенджо-Даро, битум обеспечивал водонепроницаемость бассейнов. Битум использовался и при строительстве Вавилонской башни. За несколько веков до н.э. китайцы использовали нефть и газ для приготовления пищи и обогрева жилищ. К началу третьего тысячелетия нефть и природный газ по-прежнему остаются «кровью» мировой экономики и основой энергетики подавляющего большинства стран мира. В свою очередь, энергетика является одной из основных отраслей народного хозяйства любой страны, показателем ее экономической мощи. Для Беларуси, не имеющей природных запасов энергоресурсов в стратегически значимых масштабах, их поставка по магистральным трубопроводам является необходимым условием успешного функционирования всего народно-хозяйственного комплекса и социальной сферы и залогом общеэкономической безопасности страны. Не менее важна для экономики республики и транзитная функция магистральных трубопроводов, которая приносит государству существенные валютные доходы, укрепляющие его финансовую безопасность. Заметная роль, которую Беларусь играет в обеспечении транзита энергоносителей по магистральным трубопроводам в западные страны, укрепляет международный престиж страны. Таким образом, магистральные трубопроводы являются неотъемлемым и важнейшим элементом национальной экономики Беларуси. Кроме того, трубопроводный транспорт обладает следующими преимуществами по сравнению с другими видами транспорта: - Трасса трубопровода короче трасс других видов транспорта, причём трубопровод может быть проложен между двумя любыми пунктами на суше, находящимися на любом расстоянии друг от друга; - Трубопроводный транспорт в отличие от других видов транспорта – непрерывный, что обеспечивает ритмичную работу поставщиков и бесперебойное снабжение потребителей, благодаря чему отпадает необходимость создания крупных запасов транспортируемого груза на концах трассы; - Потери нефти и нефтепродуктов при трубопроводном транспорте меньше, чем при перевозках другими видами транспорта; - Трубопроводный транспорт наиболее механизированный и более других поддаётся автоматизации; - Трубопроводный транспорт является наиболее экологически чистым способом транспортирования нефтегрузов.
Целью данного курсового проекта является: - освоение методики проектирования; - получение знаний и навыков в ходе выполнения расчетов; - получение проекта магистрального нефтепровода в качестве конечного результата; ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Таблица 1
Вязкость | = 16 сСт | |||||||||
= 10 сСт | ||||||||||
Температура | = -3° C | |||||||||
= 12° C | ||||||||||
Протяженность | = 380 км |
ОБРАБОТКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Технологический расчет нефтепровода ведем для самых невыгодных условий. Таковыми являются зимние условия с наиболее низкими температурами. Свойства нефти определяем для температуры на глубине заложения трубопровода. Расстояние от поверхности грунта до верхней образующей трубопровода принимаем равным 0, 8 м. Прибавив радиус трубопровода, выбранного по [1], получаем глубину заложения оси трубопровода. Минимальная температура – исходные данные.
Наиболее низкая температура согласно исходным данным tmin= -3° С.
Плотность на расчётную температуру t пересчитываем по формуле:
(1)
где t =tmin= -3 ° С;
r 20 – плотность нефти при 20 ° С, кг/м3;
x – температурная поправка, кг/м3 ° С
(2)
Тогда, плотность при t = -3° С:
Вязкость определяем по формуле:
(3)
где n t1 – коэффициент кинематической вязкости при t1;
U – коэффициент, значение которого определяем по известным значениям вязкости при двух температурах:
(4)
Тогда пересчитываем вязкость для заданных температур. Получаем:
Определяем расчетную часовую пропускную способность нефтепровода:
(5)
где NР – расчетное число суток работы нефтепровода (таблица 3.);
G – годовая пропускная способность нефтепровода, млн.т./год.
Объемный секундный расход определится следующим образом:
(6)
Расчетное число суток работы нефтепровода
Таблица 3
Протяженность, км | Диаметр нефтепровода, мм | |
до 820 включительно | свыше 820 | |
До 250 Свыше 250 до 500 Свыше 500 до 700 Свыше 700 | 357 356/355 354/352 352/350 | 355 353/351 351/349 349/350 |
Примечание: В числителе указаны значения Nр для нормальных условий прокладки, в знаменателе – при прохождении нефтепроводов в сложных условиях, когда заболоченные и горные участки составляют не менее 30% общей протяженности трассы.
НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ
НЕФТЕПРОВОДЫ
Используя таблицу 4, принимаем:
Конкурирующие диаметры труб
Таблица 5
Наружный диаметр, мм | Давление, МПа |
D1 = 720 | 5-6 |
D2 = 820 | 4, 8-5, 8 |
D3 = 1020 | 4, 6-5, 6 |
МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
По каждому из выбранных диаметров мы определяем расчетную толщину стенки по следующей формуле
(7)
где n – коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему рабочему давлению в трубопроводе);
р – рабочее (нормативное) давление, МПа;
Dн – наружный диаметр трубы, см;
R1 – расчетные сопротивления растяжению, МПа.
В соответствии с [1] толщину стенки труб следует принимать не менее 1/140 Dн, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм - для труб условным диаметром свыше 200 мм.
Увеличение толщины стенки при наличии продольных осевых сжимающих напряжений по сравнению с величиной, полученной по формуле (7), должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, учитывающим конструктивные решения и температуру транспортируемого продукта.
Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями. При этом минусовой допуск на толщину стенки труб не учитывается.
В соответствии с диаметром трубы, выбираем марку стали, из которой эти трубы изготавливают (таблица 6).
Марка стали для труб имеющихся диаметров
Таблица 6
Наружный диаметр труб, мм | Марка стали | Предел прочности, не менее, МПа |
720 | 17ГС | 510 |
820 | 17Г2СФ | 540 |
1020 | 16Г2САФ | 590 |
Коэффициент надежности по нагрузке выбирается в соответствии с [1]:
- для нефте- и нефтепродуктопроводов, работающих по системе из «насоса в насос»;
- – во всех остальных случаях.
В нашем случае принимаем .
Расчётное сопротивление металла трубы и сварных соединений R1 определяем по формуле:
(8)
где R1н – нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, определяемое из условия работы на разрыв, равное минимальному пределу прочности ;
m – коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый по таблице 7.1 с учётом классификации таблицы 7.2;
k1 – коэффициент безопасности по материалу, принимаемый по таблице 7.3.
kn - коэффициент надёжности.
В соответствии с [1] выбираем коэффициент условия работы по следующим таблицам:
Значения коэффициентов условий работы трубопровода m
Таблица 7.1
Категории магистральных трубопроводов | I | II | III | IV |
Значения коэффициента m | 0, 75 | 0, 75 | 0, 9 | 0, 9 |
Классификация магистральных трубопроводов по категориям
Таблица 7.2
Назначение магистрального трубопровода | Категория трубопровода |
Для транспортировки природного газа: Диаметром менее 1200 мм Диаметром 1200 мм и более | IV III |
Для транспортировки нефти или нефтепродуктов: Диаметром менее 700 мм Диаметром 700 мм и более | IV III |
Принимаем .
Значения коэффициента безопасности по материалу k1
Таблица 5.3
Характеристика труб | k1 |
Термически упрочнёные трубы (закалённые и отпущенные в трубе или листе); из низколегированной стали, прокатанной по регулируемому режиму | 1, 34 |
Горячеправленые (по режиму нормализации), термически упрочнённые (закалённые и отпущенные в трубе или листе), из нормализованной улучшенной низколегированной стали, из стали, прокатанной по регулируемому режиму | 1, 4 |
Спиральношовные из горячекатанной низколегированной стали, сваренные в три слоя, и прямошовные экспандированные трубы из нормализованной листовой стали, сваренные двусторонним швом дуговым методом | 1, 47 |
Прямошовные экспандированные и спиральношовные из горячекатанной низколегированной и углеродистой стали. Бесшовные трубы. | 1, 57 |
Соответственно коэффициент безопасности по материалу принимаем:
- для D1 = 720 мм – k1 = 1, 47
- для D2 = 820 мм – k1 = 1, 47
- для D3 = 1020 мм – k 1 = 1, 47
Коэффициент надежности принимаем по [1]
Значение коэффициента надежности по назначению
Таблица 5.4
Условный диаметр трубопровода, мм | Значение коэффициента надежности по назначению трубопровода kн | |||
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Гидравлический расчет трубопровода – основа рациональной работы трубопровода, как гидравлической системы.
На основании гидравлических расчетов трубопроводов определяется число перекачивающих станций, давление на станциях, напор основных насосов, пропускная способность трубопровода, как при полном развитии, так и при вводе отдельных станций, а также выбирается насосное оборудование нефтеперекачивающих станций.
Решение задач, возникающих в трубопроводном транспорте с помощью гидравлического расчета, позволяет правильно запроектировать, соорудить и эксплуатировать магистральные трубопроводы.
Определение режима потока.
Режим движения потока в трубопроводе характеризуется параметром Рейнольдса:
(11)
где Qc – объемный секундный расход, м3/с;
ν - кинематическая вязкость перекачиваемой нефти, м2/с;
Dвн – внутренний диаметр трубопровода, м.
Рассчитаем число Рейнольдса для каждого из диаметров:
- для D1 = 720 мм
- для D2 = 820 мм
- для D3 = 1020 мм
Течение в трубе ламинарное, если Re < 2320.
При турбулентном течении – Re > 2320. Область турбулентного течения подразделяется на три зоны:
- гидравлически гладких труб, когда потеря на трение, а следовательно, и коэффициент гидравлического сопротивления зависят от внутренней шероховатости трубы;
- переходную зону (смешанного трения), когда коэффициент гидравлического сопротивления зависит от режима течения и шероховатости;
- гидравлически шероховатых труб (квадратичного трения), когда коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от шероховатости трубы и не зависит от режима течения.
Эти зоны разделяются между собой, так называемыми, переходными числами Рейнольдса, которые найдены на основании экспериментальных данных. Эти зоны характеризуются следующими числами Рейнольдса:
- если 2320 < Re < Re1пер – поток турбулентный в зоне гидравлически гладких труб;
- если Re1пер < Re < Re2пер – поток турбулентный в переходной зоне;
- если Re > Re2пер – зона квадратичного трения.
Переходные числа Рейнольдса определяются по формулам:
(12)
(13)
где kэ – эквивалентная шероховатость труб.
Определим переходные числа Рейнольдса:
- для D1 = 720 мм
- для D2 = 820 мм
- для D3 = 1020 мм
Таким образом получаем следующие режимы для выбранных диаметров трубопровода:
- для D1 = 720 мм – поток турбулентный в зоне гидравлически гладких труб (т.к. 2320 < 79407, 31 < 141000 т.е. 2320 < Re < Re1пер);
- для D2 = 820 мм – поток турбулентный в зоне гидравлически гладких труб (т.к. 2320 < 69629, 55 < 160800 т.е. 2320 < Re < Re1пер);
- для D3 = 1020 мм – поток турбулентный в зоне гидравлически гладких труб (т.к. 2320 < 55870, 42 < 200400 т.е. 2320 < Re < Re1пер);
Топография трассы
Поправочный коэффициент Кт
Линейная часть
Здания и сооружения
Трубопровод в целом, условный диаметр, мм
Территориальный коэффициент Ктер
Таблица 9
Территориальный район | 2, 0 |
Территориальный коэффициент | 0, 99 |
Капитальные затраты k тр, вычисляются по формуле:
(19)
где СЛ – удельные капитальные вложения на 1 км. трубопровода (по таб.10)
СГНС, СПС – капитальные вложения, соответственно в одну головную и промежуточную станцию (по таб.11)
СПСР – капиталовложения в одну промежуточную насосную станцию с резервуарным парком;
n ст– число насосных станций на трассе трубопровода.
Капитальные затраты на строительство линейной части трубопровода (у.е.)
Таблица 10
Наружный диаметр трубопровода, D, мм | Основная магистраль | Параллельная магистраль |
219 | 22, 8 | 18 |
273 | 24, 9 | 20, 1 |
325 | 28, 8 | 22, 8 |
377 | 33, 6 | 27, 5 |
426 | 37, 6 | 31, 5 |
530 | 56, 6 | 45, 1 |
630 | 71 | 56 |
720 | 77, 5 | 62, 1 |
820 | 91, 1 | 74, 9 |
920 | 113, 6 | 97, 3 |
1020 | 136, 1 | 119,.6 |
1220 | 180, 8 | 165, 6 |
Капитальные затраты на строительство насосной станции.
Таблица 11
Пропускная способность, млн.т/год | Стоимость головной насосной станции, у.е., на новой площадке. | Стоимость промежуточной насосной станции, у.е., на новой площадке. |
0, 7-0, 9 | 1339 | 830 |
1, 3-1, 6 | 1504 | 854 |
1, 8-2, 3 | 1643 | 920 |
2, 5-3,.2 | 1867 | 1127 |
3, 5-4, 8 | 2556 | 1274 |
6, 5-8, 5 | 5418 | 1926 |
10-12 | 6730 | 2012 |
14-18 | 8077 | 2170 |
22-26 | 9202 | 2554 |
32-36 | 12300 | 2788 |
42-50 | 15396 | 3023 |
70-78 | 16195 | 3550 |
Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле:
(20)
где K л – капитальные вложения в линейную часть с учетом всех поправочных коэффициентов;
(21)
K ст – капитальные вложения в насосные станции с учетом всех поправочных коэффициентов:
(22)
Зэ – затраты на электроэнергию:
(23)
G – годовой объем перекачки по трубопроводу, т/год;
H ст – дифференциальный напор, развиваемый одной станцией, м;
Кс – коэффициент, учитывающий снижение расхода электроэнергии при сезонном регулировании перекачки (принимаем Кс = 1);
η н и η э – КПД насоса и электродвигателя;
N с – расход электроэнергии на собственные нужды насосной станции N с = 1, 5-2 10 кВт.ч./год;
Сэ – стоимость 1 кВт.ч электроэнергии (таблица 12). Сэ=0, 0128у.е./кВт.ч.
Тарифы на электричество по районным энергоуправлениям.
Таблица 12
Энергосистема | Стоимость 1 кВт. ч., y.e. |
Мосэнерго | 0, 0128 |
Горэнерго | 0, 0128 |
Смоленскэнерго | 0, 0207 |
α 1 – годовые отчисления в долях единицы на амортизацию станций (α 1=8, 5% от капитальных затрат на станции);
α 2 – годовые отчисления на амортизацию линейной части трубопровода (α 2 =3, 5% от капитальных затрат на трубопровод);
α 3 – годовые расходы на текущий ремонт станций(α 3=1, 3%);
α 4 – годовые расходы на текущий ремонт трубопровода (α 4 =0, 3%);
Зт – затраты на воду, смазку, топливо (5 тыс.у.е./год);
Зз – заработная плата (80 тыс.у.е./год на одну станцию);
П – прочие расходы (принимаем равными 25% от зарплаты).
Приведенные затраты определяем по формуле:
(24)
где Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, Ен = 0, 15;
ki – капитальные затраты для рассматриваемого вида транспорта;
Э i – эксплуатационные затраты для рассматриваемого вида транспорта.
Значит,
- для D1 = 720 мм:
- для D 2 = 820 мм:
- для D 3 = 1020 мм:
Следовательно, вариант со значением диаметра 820 мм из трех рассматриваемых является оптимальным, так как у него наименьшие приведенные затраты.
Насосы
Электродвигатели
Подача, м3/ч
Мощность, кВт
2500
2000
2500
3600
2500
3200
5000
3200
Подпорные агрегаты
8НДв НМ 360
МА-36-51/6
14НДс Н 800
МА-36-51/6
НМП 2500-74
ДС-118/44-6
НМП 3600-78
ДС-118/44-6
Для обеспечения безкавитационной работы насосов на промежуточных станциях, производим расстановку таким образом, чтобы напор во всасывающих трактах был больше, либо равен допустимому кавитационному запасу (40 м).
В соответствии с требуемым кавитационным запасом подбирают подпорные насосы для головной станции (табл. 13). Система работает по схеме из «насоса в насос», а следовательно нет необходимости устанавливать подпорные насосы на промежуточных станциях, подпор «кочует» с ГНПС.
Выбираем подпорный насос марки НМП-3600-78. Устанавливаем 1 рабочий и 1 резервный подпорный насос.
Произведём пересчет характеристик насоса НМ-2500-230 с воды на нефть (Q-H и Q-η ). Для этого определим эквивалентный диаметр рабочего колеса:
(25)
где D 2 и В2 – внешний диаметр и ширина лопаток соответственно рабочего колеса магистрального насоса;
Кл – коэффициент сужения выходного сечения рабочего колеса лопатками (Кл = 0, 9).
Находим число Re на выходе из колеса по формуле:
(26)
где Q н – номинальная подача насоса ( =3600 м3/ч=1 м3/с).
ν – кинематическая вязкость нефти.
Поправочные коэффициенты в нашем случае равны 1, 0 [2 таблица 16] Следовательно, характеристики насоса при работе на нефти остаются такими же, как на воде.
Подбирают электродвигатели для насосов, исходя из потребной мощности, рассчитываемой по формуле:
(27)
где N н - мощность электродвигателя, кВт;
H н – напор, развиваемый насосом, м;
Q – подача насоса, ;
g – ускорение свободного падения;
η н – КПД насоса, в долях единицы (η н=0, 87).
Подбираем марку электродвигателя – СТД-2500-2 (N=2500кВт).
Рис.7 Совмещенная характеристика трубопровода и насосных станций.
Как видно на Рис.7 станции не создают необходимый для перекачки напор. Величина недостающего напора составляет ∆ Н = 200, 97 м. В связи с этим, необходимо увеличить число оборотов ротора нагнетателей. Необходимое число оборотов можно определить по формуле:
(29)
где n ном – номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об./мин.;
∆ Н – величина недостающего (избыточного) напора приходящаяся на
один нагнетатель, м; (в случае недостающего напора ∆ Н < 0)
Характеристика нагнетателя НМ 3600-230 при n 1 = 3121 об./мин.
Таблица 14
Q, м3/ч | 360 | 720 | 1080 | 1440 | 1800 | 2160 | 2520 | 2880 | 3240 | 3600 | 3960 |
Н, м | 328, 3 | 326 | 322, 3 | 317 | 310, 3 | 302 | 292, 2 | 281 | 268, 2 | 254 | 238, 2 |
После регулирования работы оборудования совмещенная характеристика выглядит следующим образом:
Рис.8 Совмещенная характеристика трубопровода и насосных станций.
Таким образом мы вышли на заданный расход Q = 3632, 4 м3/ч, а полный напор при этом составит 2098 м.
Напор на выкиде одного насоса: 252, 63 м
Напор на выкиде ГНПС: 583, 26 м
Напор на выкиде НПС: 583, 26 м
Данные напоры не превышают допустимого напора (Ндоп = 644, 32 м).
РАСТАНОВКА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Метод расстановки был предложен В.Г.Шуховым.
От начальной точки трассы, где должна находиться головная станция, в масштабе высот профиля откладывается по вертикали подпор Н1 и напор , развиваемые станцией. Из конца полученного отрезка проводится линия гидравлического уклона. Точка пересечения ее с линией эквидистантной профилю трассы, отстоящей от нее на величину подпора – место расположения второй станции. От этой точки вновь откладывается напор, развиваемый станцией, вновь проводится линия гидравлического уклона и т.д. Линия гидравлического уклона, идущая от последней станции, должна придти к перевальной (или к конечной) точке трассы.
Размещение нефтеперекачивающих станций, выполненное описанным способом, не всегда следует считать строго обязательным. Расположение станций можно в некоторых пределах изменять.
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЕТОВ
Параметр | Единицы измерения |
Варианты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения курсового проекта мы получили знания по:
· правильному выбору рациональных способов транспортирования нефти и нефтепродуктов;
· проведению технологических расчетов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов;
· нормативным требованиям при проектировании объектов нефтепроводной системы;
· технологии эксплуатации магистральных трубопроводов;
· принятию правильных технических решений при эксплуатации магистральных трубопроводов;
· использованию вычислительной техники при проектировании магистральных трубопроводов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы./Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985г.
2. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов».
3. Машины и оборудование газонефтепроводов: Учебн.-метод. Комплекс для студ.спец.Т-70.05.01. В 2-х ч. Ч.1./ Сост. П.В.Коваленко, Н.М.Рябыш; под общ. ред. П.В.Коваленко.- Новополоцк: ПГУ, 2004.-300с.
Определение режима потока. 15
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 338; Нарушение авторского права страницы