Исследование физико-химических свойств нефти, различных жидкостей и особенностей использования трубопроводов

 

 

Результаты решения задачи 3.1.                                                                                              рис.6

Решение задачи 3.1 в режиме отображения  формул.                                                                   рис.7

 

 

график 1

Вывод: в трубопроводе наблюдается  турбулентный и ламинарный  режим  течения жидкости. В конце трубопровода будет обеспечена температура нефти 25,6 С⁰. Так как начальная температура нефти 74 ⁰С, а конечная необходимая 20 ⁰С, то следует, что задача решена верно. От температуры, как уже говорилось ранее, зависит плотность нефти.

 

 

ТЕМА 4. ПАРАФИНЫ

Парафины представляют собой смесь твердых углеводородов  метанового ряда преимущественно нормального  строения с 18-35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45-65°С. В парафинах обычно содержится некоторое количество изопарафиновых углеводородов, а также углеводородов с ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле.

Потерю напора на преодоление трения по длине трубопровода круглого сечения при установившемся режиме течения определяют по формуле  Дарси-Вейсбаха:

 
где h_тр - потеря напора на преодоление трения по длине трубопровода круглого сечения при любом установившемся режиме течения; λ - коэффициент гидравлического сопротивления, который зависит от числа Рейнольдса (Re) и относительной шероховатости стенки трубопровода; L - длина трубопровода, м; d - внутренний диаметр, м; W -  средняя скорость, м/с; g - ускорение силы тяжести: 9,81 м/с².

Чтобы ответить на вопрос задачи, нужно найти отношение потерь напора на трение в запарафиненном трубопроводе к потерям в трубопроводе без отложений:

 

Произведем расчет всех неизвестных  величин:

1. Диаметр запарафиненного трубопровода:

d₂=d₁-2*δ                                         (4.3)

2. Скорость потока жидкости в трубопроводе без отложении:

 

3. Скорость потока жидкости в запарафиненном трубопроводе:

 

4. Параметр Рейнольдса:

 

 

5. Определим режим течения

Re≤2300 – ламинарный                                 (4.8)

10*d/Δ≥Re≥2300 – турбулентный, зона Блазиуса                              (4.9)

500*d/Δ ≥ Re ≥10*d/Δ  -  турбулентный, зона смешанного трения    (4.10)

6. Если установлен ламинарный режим для обоих трубопроводов, то   
   

следовательно:   
 
   

7. Если установлен турбулентный режим  и зона Блазиуса для обоих трубопроводов, то:

 

 

8. Если установлены разные режимы в трубопроводах, то рассчитываем λ для каждого трубопровода и вычисляем потери напора:

а) для зоны Блазиуса:   
 
    

б) для зоны смешанного трения:

 

 

Задача 4

При перекачке нефти вязкости с расходом Q по трубопроводу внутренним диаметром d и абсолютной эквивалентной шероховатости Δ постепенно на его стенках образовался слой парафина толщиной δ.

Рассчитайте, во сколько  раз изменятся потери напора на трение?

 

Дано:

Найти:  
 
Решение:

Произведем расчет всех неизвестных  величин:

1. Найдем диаметр запарафиненного трубопровода по формуле (4.3)

В ячейку В13 вводим =C9-2*E9

 

2. Рассчитаем скорость потока жидкости в трубопроводе без отложений по формуле (4.4)

В ячейку С13 вводим =B9/(0,785*СТЕПЕНЬ(C9;2)) 

3. Рассчитаем скорость потока жидкости в запарафиненном трубопроводе (4.5)

В ячейку D13 вводим  =B9/(0,785*СТЕПЕНЬ(B13;2)) 

4. Параметр Рейнольдса по формуле (4.6) и (4.7)

В ячейку Е13 вводим  =C13*C9/A9

 

В ячейку F13 вводим  =D13*B13/A9

 

5. Определим режим течения по формулам (4.8-4.10)

6000 =>Re₁ => 2300 – турбулентный, зона Блазиуса.

300000 => Re₂ => 6000 – турбулентный, зона смешанного трения.

Т.к. установлены разные режимы в трубопроводах, то вычисляем потери напора по формулам (4.14) и (4.15).

 

 

6. Рассчитываем изменение потери на трение по формуле (4.2).

В ячейку А13 вводим  =H13*C9*СТЕПЕНЬ(D13;2)/(G13*B13*СТЕПЕНЬ(C13;2))

 

 

 

 

Результаты решения задачи 4.1                                                                                                      рис.8

Решение задачи 4.1 в виде отображения  формул                                                                                 рис.9

Вывод: потери напора на трение в запарафиненном трубопроводе увеличатся в 1,542 раз. Следовательно, будет уменьшаться  скорость прохождения нефти по трубопроводу. Это понижает  производительность трубопровода.

 

Использованная литература

1. Быкова Е.В. Информатика. Основы работы в Excel. Методические указания к выполнению лабораторных занятий. – СПб, СПГГИ (ТУ),2006
2. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.:Недра,1979.
3. Лутошкин Г.С. Сборник задач по сбору и подготовка нефти, газа и воды на промыслах: Учебное пособие / Г.С. Лутошкин, И.И. Дунюшкин. М.:Недра,1985.
4. Байков Н.М. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды /Н.М. Байков, Г.Н. Позднышев, Р.И. Мансуров. М.: Недра, 1981.
5. Сваровская Н.А. Электронный задачник по дисциплине «Сбор и подготовка скважинной  продукции» / Н.А. Сваровская, Л.В. Шишмина, В.Д. Гершман. Томск: ТПУ, 1995.
6. Тугунов П.И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / П.И.Тугунов, В.Ф. Новоселов. М.: Недра, 1981.
7. Асатур К.Г., Маховиков Б.С. Гидромеханика. СПб, СПГГИ(ТУ), 2008.

 

Приложение

 

Использованные в работе буквенные обозначения величин           Таблица 2

Символ	Значение	Размерность
r	плотность нефти	кг/м3
aн	коэффициент термического расширения нефти	(С0)-1
t	температура	С0
n	кинематическая вязкость нефти	м2/с
Мн	молярная масса нефти	кг/кмоль
p	давление	Па
m	динамическая вязкость нефти	Па*с
S	концентрация соли в воде	кг/м3
u	коэффициент крутизны вискограммы	1/К
d	внутренний диаметр трубопровода	м
Re	число Рейнольдса
Q	обьемный расход	м3/c
Cр	удельная теплоемкость нефти	Дж/(кг*К)
Kл, Kт	коэффициенты теплопередачи	Вт/(м2*К)
L, l	длина	м
h	потеря напора на трение	м
l	коэффициент гидравлического сопротивления
W	средняя скорость	м/с
d	толщина слоя парафина	м
D	абсолютная эквивалентная шероховатость	м
a, C	Эмпирические коэффициенты