Гидравлический расчёт сложного трубопровода

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ  НЕФТИ  и ГАЗА

им. И.М. Губкина

 

ФАКУЛЬТЕТ  РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАФЕДРА НЕФТЕГАЗОВОЙ И ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОМЕХАНИКИ

Курсовая работа

по курсу «Гидравлика»

«Гидравлический расчёт сложного трубопровода»

К защите:

Научный руководитель,

доцент                                                       Е.Г. Разбегина

 студент  группы

                                              Д.С.Ефимченко

Защита:

Председатель комиссии,

проф.

Член комиссии,

доц.

Оценка

 

 

 

 

Москва

2008

1.Задание на курсовую  работу

Разность отметок между  днищами резервуаров Н. Резервуары соединены трубами, из которых вторая и третья проложены параллельно (L₂=L₃). Труба 3 имеет задвижку. Трубы стальные бесшовные новые.

1. Определить расход нефти в трубах, проложенных между резервуарами, имеющими давление p₁ и p₂ и уровни нефти в них z₁ и z₂.
2. Определить расходы в трубах.
3. Как изменятся эти расходы, если закрыть задвижку?
4. Повторить расчеты по пунктам если в трубах образуются значительные отложения.
5. Оценить, в каких пределах (в процентах) изменится расход в системе по пункту 1, если уровни в резервуарах станут одинаковыми.
6. Построить характеристику разветвления.

Схема гидравлической системы.

 

 

 

 

 

 

2.Введение

Сложный трубопровод имеет  разветвлённые участки, состоящие  из нескольких труб (ветвей), между которыми распределяется жидкость, поступающая  в трубопровод из питателей.

Сечения трубопровода, в  которых смыкаются несколько  ветвей, называются узлами.

В зависимости от структуры  разветвлённых участков различают  следующие типы сложных трубопроводов: с параллельными ветвями; с концевой раздачей жидкости; с непрерывной  раздачей жидкости; с кольцевыми участками. В практике встречаются разнообразные сложные трубопроводы комбинированного типа.

Можно выделить три основные группы задач расчёта сложных  трубопроводов:

1. Определение размеров труб по заданным в них расходам и перепадам напоров в питателях и приёмниках.
2. Определение перепадов напоров в питателях и приёмниках, необходимых для обеспечения требуемых расходов в трубах заданных размеров.
3. Определение расходов в трубах заданных размеров по известным перепадам напоров   (см.[1], стр.266).

В данном курсовом проекте  рассматривается третья из представленных групп задач. По существу это поверочный расчёт уже существующего трубопровода, выясняющий условия его работы. Безусловно, знание расходов в трубах на промысле просто необходимо.

3. Теоретическая часть

Для решения сформулированных выше задач составляется система  уравнений, устанавливающая связи  между размерами труб, расходами  жидкости, напорами. Эта система  состоит из уравнений баланса  расходов для каждого узла и уравнений  Бернулли для каждой ветви трубопровода. При этом в сложных трубопроводах  можно пренебрегать относительно малыми местными потерями напора в узлах. Это  позволяет считать одинаковыми  напоры потоков в концевых сечениях труб, примыкающих к данному узлу, и оперировать в уравнениях Бернулли понятием напора в данном узле.

Уравнение Бернулли для участка  трубопровода 1-2 записывается в виде

(1)

где z – геометрический напор;

       - пьезометрический напор;

        - скоростной напор;

         - коэффициент Кориолиса;

         - потери напора;

В данной курсовой работе участки, для которых записываются уравнения  Бернулли и . Тогда (1) примет вид

     (2)

Потери напора в трубах выражаются формулой Дарси – Вейсбаха (см.[2] стр. 103)

                                                     (3);    

где - длина трубы;

        - диаметр трубы;

         - коэффициент сопротивления трения;

        - коэффициент местного сопротивления;

         - средняя скорость потока в трубе;

Поскольку средняя скорость потока в трубе выражается формулой

                                                                        (4);

где - расход жидкости в трубе;

а местными сопротивлениями  пренебрегаем, то потери напора можно  написать в следующем виде

   (5);

Коэффициент сопротивления  трения

в зависимости от режима течения в трубе некоторым образом зависит от расхода Q . Так, если режим течения ламинарный (Re< =2300 или, с учётом того, что , условие перепишется так ), то

     (6)

В зоне гидравлических гладких  труб области турбулентного режима для шероховатых труб ( ) будем использовать формулу Блазиуса

        (7)

В зоне смешенного трения области турбулентного режима для шероховатых труб ( ) будем использовать приближённую формулу А.Д. Альтшуля  (см.[2], стр. 140)

                                                                (8)

В квадратичной области вполне шероховатых труб ( ) формула Альтшуля переходит в формулу Б.Л. Шифринсона (см.[2], там же)

    (9)

Т.о, используя формулы (2), (5) – (8), можно получить зависимости  типа

    (10)

для каждого участка трубопровода. Используя тот факт, что  (расход на участке 1-4 равен расходам на участках 1-2, 2-3, 3-4), а ( расход на участке 2-3 равен сумме расходов на трубах L₂ и L₃), данную задачу можно решить графо-аналитическим методом.

 

4. Расчётная часть

Исходные данные:

P1,кПа	P2,кПа	L1,км	L2,км		L3,км	L4,км		d1,м	d2,м		d3,м	d4,м
250	130	4	3,5		3	3		0,2	0,25		0,2	0,2
z1,м		z2,м		H,м			ρ,кг/м3			υ*105,м2/с
20		15		1,5			900			2

Возьмём относительную шероховатость  Δ=0,01мм.

Возьмём коэффициент местного сопротивления для трубы 3 ξ=0,15

1. Запишем уравнения типа (3) и (5) для каждого участка трубопровода

Для участка 1-2: