Физические свойства жидкостей, транспортируемых по трубопроводам

   Алгоритм  определения потерь напора при «горячей»  перекачке:

1. Определяется распределение температуры по длине трубопровода по формуле Шухова.
2. Определяется распределение кинематической вязкости по длине трубопровода по формуле Рейнольдса-Филонова.
3. В зависимости от значения кинематической вязкости определяется число Рейнольдса .
4. С помощью числа Рейнольдса определяется коэффициент гидравлического сопротивления .
5. Вычисляется интеграл .
6. Определяются потери напора по формуле: .

   

 

   Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов.

   Последовательная  перекачка нефтей и нефтепродуктов представляет собой специальную технологию транспортировки нефтей и нефтепродуктов по трубопроводам, при которой в одном трубопроводе в любой момент времени находятся несколько жидкостей, различающихся по своим физико-химическим свойствам. Последовательная перекачка применяется в основном при транспортировке нефтепродуктов, в редких случаях – разных сортов нефтей. Нефтепродуктами, которые перекачиваются по трубопроводу, являются несколько сортов, дизельных топлив, авиационных керосинов.

   Автомобильные бензины различаются по октановому числу, которое указывается в  их маркировке. Последовательной перекачке  чаще всего подвергаются бензины  следующих марок: А-76, А-80, А-92.

   Маркировка  дизельных топлив: Л-0.2-65, где Л – тип топлива (летнее, зимнее, арктическое); 0.2 – содержание серы (0.2, 0.4, 0.5); 65 – температура вспышки (65, 40).

   Авиационные керосины бывают следующих сортов: ТС-1 и ТС-2.

   Сорта нефтей различаются по содержанию серы, солей и по коэффициенту обводнённости (содержанию серы).

   Перекачка нефтепродуктов:

   

   Различные сорта нефти поступают с нефтеперерабатывающего завода, каждый в свой резервуар, а  затем последовательно, один за другим, закачиваются в магистральный нефтепродуктопровод. При этом какие-либо разделители между различными жидкостями отсутствуют, поэтому такой метод также называется последовательной перекачкой прямым контактированием.

   Партия – любая последовательно движущаяся в трубопроводе жидкость.

   Закачка партий нефтепродуктов организуется таким  образом, чтобы друг с другом контактировали нефтепродукты, наименее различающиеся  по своим свойствам.

   Цикл  перекачки – совокупность партий всех нефтепродуктов, перекачиваемых по данному трубопроводу.

   Цикл  перекачки может иметь следующий  вид: А-0.5-40 → А-0.2-65 → А-80 → А-92 → А-80 → А-0.2-65.

   Преимущества  последовательной перекачки прямым контактированием:

1. Возможность использование одного трубопровода для перекачки нескольких нефтепродуктов.
2. Наиболее полная загруженность трубопровода.
3. Равномерное снабжение потребителей.
4. Снижение себестоимости перекачки.

   Основным  недостатком последовательной перекачки  прямым контактированием является образование смеси в зоне контакта партий. Однако количество образующейся смеси относительно невелико и не превышает одного процента от общего объёма трубопровода.

 

   

   Смесеобразование  при последовательной перекачке.

   Смесь, образующаяся при последовательной перекачке, бывает двух видов: технологическая и первичная.

   Технологическая смесь образуется непосредственно  в зоне контакта двух партий разнородных жидкостей при последовательной перекачке.

   Первичная смесь образуется в начале участка  трубопровода вследствие конечности времени  переключения задвижек трубопроводов ведущих от различных резервуаров.

   На  конечном пункте трубопровода организуется раскладка смеси, то есть добавление смеси к партиям чистых нефтепродуктов с сохранением показателей качества последних.

   Основным  показателем качества при контакте бензин-бензин является октановое число, при контакте бензина и дизельного топлива – температура конца кипения, при контакте дизельного топлива с дизельным топливом – содержание серы, при контакте дизельного топлива с бензином – температура вспышки.

   Рассмотрим механизм смесеобразование при последовательной перекачке.

   На  смесеобразование при последовательной перекачке влияют два основных процесса: конвективная и турбулентная диффузии.

   Конвективная  диффузия обусловлена неравномерностью скоростей частиц жидкости при её течении.

    Процесс конвективной диффузии в чистом виде имеет место при ламинарном режиме течения жидкости.

   Если  режим течения турбулентный, то к  конвективной диффузии добавляется  турбулентная диффузия, которая обусловлена хаотическим движением частиц жидкости в области смеси.

   Зона  первоначального контакта нефтепродуктов внутри области смеси двигается  со средней скоростью перекачки  .

   При турбулентной диффузии объём образующейся смеси меньше, чем при чистой конвективной диффузии, и составляет около одного процента от объёма всего трубопровода.

   При последовательной перекачке средняя  скорость должна быть меньше величины , чтобы сохранился развитый турбулентный режим, и объём смеси был минимальным.

   Число Рейнольдса при этой скорости можно найти по следующей формуле: .

   Объём образующейся смеси определяется из следующей формулы: .

   Объёмные  концентрации: , . При этом должно выполняться следующее условие: . Обычно используется концентрация замещающего нефтепродукта смеси , тогда концентрацию замещаемого нефтепродукта смеси будет равна .

   Массу смеси можно определить по формуле: .

   Тогда: ; ; ; , поэтому можно сделать вывод, что: . 
 

   Длина и объём области смеси.

   При практических расчётах под областью смеси понимают область, в которой концентрация замещающего нефтепродукта изменяется в пределах от одного до девяносто девяти процентов. В этом случае длина области смеси может быть определена по следующей формуле: , где - длина трубопровода; - коэффициент продольного перемеживания; - скорость течения жидкости. Коэффициент продольного перемеживания можно найти с помощью формулы Тейлора: . Объём области смеси определяется по формуле: , где - объём трубопровода.

   Формула для определения объёма смеси, полученная теоретическим путём, даёт заниженные результаты, по сравнению с теми, что имеют место на практике. Поэтому для определения объёма скорректированными формулами, полученными в результате обработки экспериментальных данных.

   Формулы Съенитцера: или .

   При последовательной перекачке нефтепродуктов возможны ситуации, когда перекачка останавливается (аварии, ремонтные работы, нехватка ресурсов). При остановке перекачки объём смеси существенно увеличивается.

    При последовательной перекачке одним  из требований является создание изгибов.

   Особенности гидравлического расчёта трубопровода при последовательной перекачке.

   Рассмотрим  участок трубопровода на котором  находятся две разные жидкости с  неравными плотностями ( ) и неравными вязкостями ( ), при этом длиной области смеси можно пренебречь.

   Запишем уравнение Бернулли для такого участка  трубопровода:

    ;

    ;

    ; ;

    .

   По  последнему равнению чаще всего определяется скорость течения жидкости при последовательной перекачке.

    ;

    .

   Из  последнего уравнения видно, что  разность полных напоров на концах участков равна потерям напора на этом участке.

   Скачок напора: . Если плотность второй жидкости больше плотности первой, то скачок напора будет отрицательным. Если плотность первой жидкости больше плотности второй, то скачок напора будет положительным.

   

   Рассмотрим  совмещённую характеристику трубопровода и перекачивающей станции при  последовательной перекачке.

   

   Такой график называется циклограммой процесса вытеснения одного нефтепродукта другим при последовательной перекачке.

 

   

   Классификация и состав сооружений магистральных газопроводов.

   Основные  этапы развития трубопроводного  транспорта газа:

1. До 1956 года. Этот этап характеризуется сооружением отдельных магистральных газопроводов. Наиболее крупными из них являлись газопроводы Саратов-Москва диаметром 352 миллиметров и Дашава-Москва диаметром 530 миллиметров.
2. 1956-1992 годы. Этот этап характеризуется созданием крупных газотранспортных систем, соединяющих северный Кавказ с центром (3 нитки), среднюю Азию с центром (4 нитки), Уренгой и Ямбург с центром (6 ниток).
3. После 1992 года. Этот этап характеризуется развитием единой системы газоснабжения России (ЕСГ).

   Единая  система газоснабжения России является широко разветвлённой системой магистральных газопроводов, которая предназначена для надёжного и бесперебойного снабжения потребителей газом. Протяжённость единой системы газоснабжения России составляет 150000 километров. Шестьдесят процентов трубопроводов, входящих в единую систему газоснабжения России, имеют диаметр 1020-1040 миллиметров.

   Современные задачи развития трубопроводного транспорта газа:

1. Реконструкция и модернизация отдельных элементов единой системы газоснабжения России.
2. Расширение экспорта природного газа.

   Газопроводы бывают следующих типов:

1. Внутрипромысловые газопроводы.
2. Внутризаводские газопроводы.
3. Подводящие газопроводы.
4. Газовые сети в населённых пунктах.
5. Магистральные газопроводы, которые работают при рабочем давлении большем, чем .

   Магистральные газопроводы предназначены для  транспортировки больших объёмов природного газа из районов добычи в районы массового потребления.

   По  величине рабочего давления магистральные  газопроводы бывают двух классов:

1. Магистральные газопроводы первого класса, у которых рабочее давление лежит в следующих пределах .
2. Магистральные газопроводы второго класса, у которых рабочее давление лежит в следующих пределах .

   

   В состав сооружений магистральных газопроводов входят:

1. Головные сооружения (ГС), на которых производится подготовка газа к транспорту.
2. Компрессорные станции, которые используются для создания в магистральных газопроводах давления, которое необходимо для перекачки газа. Компрессорные станции располагаются на трассе магистрального газопровода через 100-200 километров. Рабочее давление газа на выходе из компрессорной станции составляет . Компрессорные станции бывают двух видов:
1. Головные компрессорные станции (ГКС)
2. Промежуточные компрессорные станции (ПКС).
3. Линейная часть с ответвлениями. Линейная часть магистрального газопровода состоит из тех же элементов, что и линейная часть магистрального нефтепровода, за исключением того, что вместо задвижек используются шаровые краны. Кроме того, линейная часть магистрального газопровода оборудуется конденсатосборниками.
4. Газораспределительные станции (ГРС). Основными функциями газораспределительных станций являются:
• Подогрев газа.
• Понижение давления. При снижении давления газ охлаждается, поэтому его подогревают.
• Осушка газа.
• Очистка газа от механических примесей.
• Одоризация – введение в поток газа специальных резкопахнущих веществ с целью обнаружения утечек.
• Измерение расхода газа для учёта количества газа, поступающего к потребителю.
5. Подземные хранилища газа (ПХГ), которые предназначены для компенсации сезонной неравномерности потребления газа.