Перекачка высоковязкой и застывающей нефти, страница 15

-  при турбулентном режиме (Re ³ 10000)

                   

Re, Pr< Gr - числа Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа

                  ;            ;          ;

         b_t - коэффициент температурного расширения;

         Т_w - средняя температура стенки трубопровода.

В переходной области 2000 < Re < 10000 величина коэффициента a₁ определяется интерполяцией.

Внешний коэффициент теплоотдачи определяется по формуле Аронса - Кутателадзе

                            ,                (2.16)

где    H_п  - приведенная глубина заложения трубопровода,

                                            ;

         Н - фактическая глубина заложения;

         Н_сн - высота снежного покрова;

         l_гр, l_сн - коэффициент теплопроводности соответственно грунта

         и снега;

         Nu - число Нуссельта при теплоотдаче в воздух, ;

         a_o - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух,

         a_o » 11,63 Вт/(м×град).

При H/D_из > 2 вторым слагаемым под знаком логарифма можно пренебречь. Данное равенство выполняется в случае, когда D_из ³ 600 мм.

Для трубопроводов без специальной тепловой изоляции прокладываемых в грунтах малой влажности, при турбулентном режиме течения с малой погрешностью можно принять К » a₂.

Из вышеприведенных формул видно, что при проектировании “горячих” трубопроводов дополнительно надо располагать данными о коэффициенте теплопроводности грунта, а также о теплоемкости и коэффициенте теплопроводности нефти.

2.3.3. Смешанный режим движения в “горячих” трубопроводах

В большинстве “горячих” трубопроводов при  начальной температуре нефть течет в турбулентном режиме. Однако по мере удаления от пункта подогрева нефть остывает, ее вязкость возрастает, турбулентные пульсации молей жидкости ослабевают и на некотором удалении от пункта подогрева число Рейнольдса может стать равным критическому Re_кр, при котором турбулентный режим течения переходит в ламинарный.

 Происходящую смену режима течения в “горячем” трубопроводе необходимо учитывать при гидравлическом расчете. Для этого надо знать протяженность участков с турбулентным и ламинарным режимами течения.

В соответствии с формулой (2.14) длина участка с турбулентным течением равна

                            ,

где     - обобщенная теплоемкость нефти, ;

         К_т, g_т - соответственно полный коэффициент теплопередачи и

         коэффициент  g при турбулентном режиме течения нефти.

Аналогично можно выразить длину участка с ламинарным течением

                            ,

где Т_к - температура нефти на входе в пункт подогрева.

Соответственно расстояние между пунктами подогрева равно

.

Во всех трех формулах присутствует неизвестная пока критическая температура Т_кр. Выразим ее.

По определению

                            .

Отсюда динамическая вязкость нефти, соответствующая смене режима ее течения равна

                                     .                                  (2.17)

С другой стороны аналогично формуле Филонова-Рейнольдса можем записать

                                     ,                           (2.18)

где    m_* - динамическая вязкость нефти при известной температуре Т_*;

         u_m - крутизна вискограммы для динамической вязкости.

Решая (2.17) и (2.18) совместно, находим

                            .                         (2.19)

Возможны 2 частных случая. При Т_кр ³ Т_к  в трубопроводе имеет место только турбулентный режим течения и расстояние между пунктами подогрева l_тс равно

                     ,

а при Т_н £ Т_кр режим течения в трубопроводе только ламинарный и расстояние между пунктами подогрева находится по формуле

                            .

2.3.4. Потери напора и гидравлический уклон в “горячем”

          трубопроводе

Поскольку в “горячих”  трубопроводах в результате изменения температуры по длине непрерывно изменяется вязкость нефти, то пользоваться формулами по расчету потерь напора, полученными для случая изотермической перекачки, можно лишь на бесконечно малом участке длиной dx (где температуру нефти можно считать постоянной), то есть