КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Расчет трубопроводов при неизотермическом движении однофазной жидкостиИсходные данные к заданию 4.5 Исходные данные к заданию 4.4
Таблица 4.11
Говоря об изотермическом движении однофазных жидкостей по трубопроводам, мы полагали, что температура, а следовательно, плотность и вязкость жидкости, остается неизменной на всем протяжении потока и в любой точке его поперечного сечения. Однако, реальные потоки жидкости или подогревают в различных печах или теплообменниках или их естественная теплота рассеивается в окружающей среде. При движении продукции скважины от забоя к устью и далее до установок подготовки нефти происходит постепенное понижение температуры и разгазирование флюидов (нефти и воды), транспортируемых по одному трубопроводу. С понижением температуры и разгазированием флюидов увеличивается вязкость нефти (эмульсии), понижается Re и, в конечном итоге, увеличивается гидравлическое сопротивление: t↓→ν↑→Rе ¯ →λ↑. Падение температуры и глубокое разгазирование особенно нежелательны для высоковязких и парафинистых нефтей. Также по этой причине транспортирование нефтей на месторождениях Севера должно осуществляться в газонасыщенном состоянии, чтобы снизить их вязкость, а следовательно, и потери от гидравлических сопротивлений. Последняя ступень сепарации в данном случае должна устанавливаться на центральном пункте сбора нефти или на НПЗ. Знание законов распределения температуры флюидов по длине нефтепровода необходимо как для проектировщиков нефтесборной системы, так и для эксплуатационников: для правильной расстановки подогревателей и настройки режима их работы. Для установления закона изменения температуры жидкости по длине трубопровода выделим на расстоянии X от начала трубопровода элементарный участок длиной dX и составим для него уравнение теплового баланса. Потери теплоты от элементарного участка dX в единицу времени в окружающую среду составят: (4.47) где – поверхность охлаждения элементарного участка, м; k - коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду. При движении жидкости через рассматриваемый участок dX она охладится на dt oC и потеряет количество теплоты, равное: (4.48) - так как температура жидкости по мере удаления от начала трубопровода падает. При установившемся режиме потери теплоты жидкостью должны быть равны теплоте, отдаваемой ею в окружающую среду:
(4.49)
где k – коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду, Вт/(м2 К); t - температура жидкости на расстоянии X от начала трубопровода; t0 - температура окружающей среды; d - внутренний диаметр трубопровода; G - массовый расход нефти, кг/с; CP - удельная массовая теплоемкость нефти, кДж/(кг град). При этом tH > t > t0. При стационарном режиме изменением k по длине трубопровода можно пренебречь. Формулу Шухова используют для расчета температуры в любой точке неизитермического трубопровода: (4.50) Это и есть закон распределения температуры жидкости по длине трубопровода. Температура в конечной точке трубопровода при x=l , (4.51) где Шу – параметр Шухова: (4.52) В неизотермическом трубопроводе в общем случае могут наблюдаться два режима течения: на начальном участке при сравнительно высокой температуре жидкости – турбулентный режим, а в конце- ламинарный. Температура, соответствующая переходу турбулентного режима в ламинарный, называется критической. (4.43) где t - температура нефти, при которой требуется узнать вязкость, oC; tx - произвольная температура, выбранная в рабочем интервале температур; νx - кинематическая вязкость нефти при температуре tx. Если мы не располагаем экспериментальной кривой температурной зависимости вязкости, то для аналитического определения показателя крутизны вискограммы u необходимо знать вязкость нефти ν1 и ν2 при двух температурах t1 и t2: (4.54) Для ориентировочного определения вязкости нефтей в зависимости от их температуры и плотности можно пользоваться графическими зависимостями. Очевидно, что при tKP ≥ tH в трубопроводе только ламинарный режим, а при tKP ≤ tК - режим только турбулентный. При tH >tKP >tK в трубопроводе имеют место оба режима. Длина турбулентного участка lt определится из формулы Шухова: (4.55) По этой же формуле определится длина ламинарного участка, заменяя tH на tKP - в числителе и tKP на tK - в знаменателе, а также KT на KЛ. Если в трубопроводе два режима, то температура потока в конце трубопровода: (4.56) Коэффициент теплопередачи в (4.52) зависит от внутреннего α1 и внешнего α2 коэффициентов теплоотдачи, а также от термического сопротивления стенки трубы, изоляции, отложения парафина и определяется из формулы: (4.57) где λi, dнi, di - соответственно коэффициент теплопроводности, Вт/(м.оС), наружный и внутренний диаметры трубы, изоляции, м; α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м2.грС). Коэффициент теплоотдачи α1 определяют из формулы Михеева: для Re ≤ 2000 (4.58) для Re ≤ 10000 (4.59) где Nu, Re, Pr, Gr - соответственно критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа, Grст - критерий Грасгофа, определяемый при температуре стенки. Все остальные параметры рассчитывают при средней температуре потока. Критерии Нуссельта: ; характеризует интенсивность перехода теплоты на границе поток - стенка. Критерий Рейнольдса: ; характеризует отношение сил инерции и трения в потоке. Критерий Прандтля: ; характеризует отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя. Критерий Грасгофа ; характеризует соотношение сил трения, инерции и подъемной силы, обусловленной различием плотностей в отдельных точках неизотермического потока, где β - коэффициент объемного расширения нефти,1/оС; g - ускорение свободного падения, м/с2; tп и tст - соответственно температура потока и внутренней поверхности стенки трубы, оС; Ср - массовая теплоемкость жидкости, Дж/(кг∙оС). Индекс “п”показывает, что все параметры вычисляются при средней температуре потока , а индекс”ст”-при средней температуре стенки трубопровода. В интервале температур, в котором работают промысловые трубопроводы, массовая теплоемкость Ср, коэффициент теплопроводности λ и плотность нефти ρ изменяются в узких пределах Ср = 1,6 – 2,5 кДж/(кг∙оС), λ = 0,1 – 0,16 Вт/(м.∙оС) Поэтому для ориентировочных расчетов и их можно считать постоянными. Для более точных расчетов массовую теплоемкость нефтей (Дж/(кг∙оС) определяют по (4.61) а коэффициент теплопроводности нефтей λ (Вт/(м∙оС) по формуле Крего-Смита
(4.60) (4.61) где ρ15 - плотность нефти при 15оС, т/м3; t - температура нефти, оС. Массовая теплоемкость углеродистых сталей и отложений парафина равна 0,5 и 2,9 кДж/(кг.оС). Для определения плотности нефти пользуются формулой Д.И.Менделеева
ρt = ρ20 / [1 + (t - 20)] (4.62)
где ρ20 - плотность нефти при 20 оС; β - коэффициент объемного расширения нефти, 1/оС (обычно β = 0,000066 1/оС). Для определения внешнего коэффициента теплоотдачи α2 подземного трубопровода пользуются теоретической формулой Форхгеймера-Власова: (4.63) где Но - глубина заложения трубопровода в грунт до его оси, м; λгр - коэффициент теплопроводности грунта. При > 2 имеем: Для подземных изолированных трубопроводов при турбулентном режиме α1 > α2. Поэтому для приближенных расчетов величиной 1/α1 можно пренебречь т.е. в этом случае принимается tн ≈ tот. Для ориентировочных расчетов коэффициент теплоотдачи k можно принимать, Вт/(см2∙оС), для сухого песка – 116∙10-6 для влажной глины – 145∙10-6, для мокрого песка – 348∙10-6.
Дата добавления: 2015-06-27; Просмотров: 1107; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |