Определение диаметра и расчет часовой производительности нефтепровода

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА И РАСЧЕТ ЧАСОВОЙ                    ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА

Производительность нефтепровода при пуске первой очереди ЦПС «Приобского» составляет G= 6 млн. т/год (I квартал 2003 г.), при пуске второй очереди –  12 млн. т/год (2004 г.). Исходя из этого,  по рекомендуемым значениям из  ВНТП 2-86 выбираем нефтепровод диаметром 720 мм.

Так как климат в районе строительства нефтепровода суровый (температура самой холодной пятидневки ниже – 40 °С), то для прокладки трубопровода выберем трубу диаметром 720х10 мм из стали марки 06ГФБАА класса прочности К-56 по ТУ 14-3-1399-95, ОАО «Выскунский металлургический завод»:

–  предел текучести материала трубы s_т = 420 МПа;

–  временное сопротивление растяжению s_вр = 560 МПа;

–  коэффициент надежности К_н = 1;

–  коэффициент безопасности по материалу К₁ = 1,47;

–  коэффициент условий работы трубопровода m = 0,75;

–  коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе  

  n = 1,1.

В дальнейших расчетах будем использовать диаметр нефтепровода, толщину стенки определим следующим образом [1, стр. 41],

,                                                         (2.1)

где       D_Н – наружный диаметр трубы, мм;

             P – рабочее давление в трубопроводе, Р = 5,4 МПа;

             n – коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе                           R₁ – расчетной сопротивление, определяемое следующим                                                                             образом [1, стр. 41].

,                                                     (2.2)

где       R^Н₁ – минимальное значение временного сопротивления σ_вр, МПа;

             m – коэффициент условий работы трубопровода

             К₁ – коэффициент безопасности по материалу

             К_Н – коэффициент надежности

Определим часовую производительность нефтепровода, воспользовавшись формулой [2, стр. 83].

,                                                      (2.3)

где       G – производительность станции, т/год;

             24 – число часов в сутках;

             τ – количество рабочих дней в году (τ = 350) [2, стр.82];

             ρ – расчетная плотность нефти, т/м³.

Для определения расчетной плотности найдем расчетную температуру. По ВНТП 2-86 под расчетной температурой считают, наинизшую температуру, которую принимает поток нефти в нефтепроводе. Эта температура определяется по уравнению Лейбензона .

,                                          (2.4)

где       t₀ – температура окружающей среды, К;

             t_н – начальная температура нефти, К;

             b – показатель увеличения температуры нефти за счет трения пото                      ка;

             а – показатель уменьшения температуры нефти за счет теплообмена;

             L – длина трубопровода, м.

Определим a, b  по формулам:

, ,                                      (2.5)

где       k – полный коэффициент теплопередачи, Вт/м² × К;

             D – внутренний диаметр нефтепровода, м;

             Q – объемный расход нефти, м³/с;

             i – гидравлический уклон трубопровода [1, стр. 28]:

                                                (2.6)

Расчет температуры будем производить методом последовательных приближений, для этого зададимся температурой t и рассчитаем соответствующие физические свойства нефти (плотность, вязкость и удельную теплоемкость).

Плотность нефти при расчетной температуре определим по формуле [1, стр. 4].

,                                             (2.7)

где       ρ_t – плотность нефти при температуре t, кг/м³;

             ρ₂₀ – плотность нефти при 20 ºС, кг/м³;

             t – температура нефти, ºС

             z – температурная поправка,  , (r подставляется в кг/м³).

Определим вязкость при неизвестной температуре [1, стр. 5].

,                                         (2.8)

где       ν_t – вязкость при температуре t, м²/с;

             ν_* – вязкость при известной температуре t_*, м²/с;

             t – температура нефти , ºС;

            U – показатель крутизны вискограммы, 1/ºС, определяется по формуле [1, стр. 5]:

,                                                          (2.9)

где       ν₁ – вязкость при температуре t₁;

             ν₂ – вязкость при температуре t₂;

.

Теплоемкость находится по формуле [1, стр. 4]:

,                                             (2.10)

где       Т – вероятная температура нефти, К.

Так как мы не знаем расчетную температуру, то сделаем расчет для 20 °С, и после уточнения температуры произведем перерасчет параметров.

Расчет трубопровода диаметром 720 мм

,

.

Так как климат в районе строительства нефтепровода суровый (температура самой холодной пятидневки ниже – 40 °С), то для прокладки трубопровода выберем по сортаменту трубу с толщиной стенки d = 10мм из стали марки 06ГФБАА класса прочности К-56 по ТУ 14-3-1399-95, ОАО «Выскунский металлургический завод», тогда:

.

Зададимся расчетной температурой t_р = 7 °С.

,          .

Для выяснения режима течения определим число Рейнольдса (Re) и переходные числа Re_I и Re_II [1, стр. 25-26].

                                        (2.11)

                                                                             (2.12)

         ,                                        (2.13)

где       е – эквивалентная шероховатость труб, е = 0,15 мм [1, стр. 27].

          

2320 < Re < Re_I , значит в трубопроводе наблюдается турбулентный режим в зоне гидравлически гладкого трения (зона Блазиуса).

Таким образам m = 0,25 и [1, стр. 28, таблица 17].

Найдем показатели a и b.     

,           .

Тогда °С

Расхождение между принятой и расчетной составляет 1,45 %, что не превышает допустимое расхождение равное 10%. Таким образом, для Æ 720 мм за расчетную температуру примем 7 °С.

Проведем аналогичный расчет с учетом увеличения производительности. Результаты расчета сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Сводная таблица

Q, млн. т/год	Q, м3/ч	tр, °С	rtр, кг/м3	n tр, м2/с
6	814	7	877,85	62,6 ×10-6
7	950	8	877,17	60,23×10-6
8	1087	9	876,49	57,99×10-6
9	1222	9	876,49	57,99×10-6
10	1359	10	875,81	55,80×10-6
11	1495	10	875,81	55,80×10-6
12	1632	11	875,12	53,7× 10-6