Определение общих потерь напора и потерь напора на трение
Секундный расход нефти и ее средняя скорость определяется по следующим формулам:
, (19)
. (20)
, м3/с
м/с.
Определим число Рейнольдса с целью определения режима течения нефти:
, (21)
где 
– средняя скорость нефти;
– внутренний диаметр нефтепровода
– кинематическая вязкость.
.
При 
˂ 2320 режим течения ламинарный, в обратном случае – турбулентный.
В нашем случае, режим течения нефти - турбулентный.
При турбулентном режиме течения различают три зоны трения: гидравлически гладких труб (коэффициент гидравлического сопротивления 
зависит только от 
); смешанного трения ( зависит от 
и относительной шероховатости 
) и квадратичного трения ( 
зависит только от ). Границами этих зон являются переходные числа Рейнольдса:
и 
, (22)
где – относительная шероховатость труб, выраженная через эквивалентную шероховатость 
(табл. 3.6) и внутренний диаметр нефтепровода .
, (23)
Условия существования зон трения таковы:
- гидравлически гладких труб:
2320 ˂ ˂ 
, при этом коэффициент гидравлического сопротивления
; (24)
- смешанного трения:
˂ ˂ 
, при этом коэффициент гидравлического сопротивления
(по Альтшулю) (25)
или
(по Исаеву); (26)
- квадратичного трения:
˃ , при этом коэффициент гидравлического сопротивления
(по Шифринсону) (27)
или
(по Никурадзе). (28)
Таблица 3.6 – Эквивалентная шероховатость труб (данные А. Д. Альтшуля).
| Вид трубы | Состояние трубы |  , мм
|
| Бесшовные стальные | Новые, чистые | 0,01 – 0,02 0,014 |
| Сварные стальные | После нескольких лет эксплуатации | 0,15 – 0,3 0,2 |
| Сварные стальные | Новые, чистые | 0,03 – 0,12 0,075 |
| Сварные стальные | С незначительной коррозией после очистки | 0,1 – 0,2 0,15 |
| Сварные стальные | Умеренно заржавевшие | 0,3 – 0,7 0,5 |
| Сварные стальные | Старые заржавевшие | 0,8 – 1,5 |
| Сварные стальные | Сильно заржавевшие | 2 – 4 |
Примечание: в знаменателе указаны средние значения эквивалентной шероховатости.
В случае ламинарного течения коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Стокса:
. (29)
Поскольку мы имеем сварные стальные новые трубы, то эквивалентная шероховатость труб согласно табл. 3.6, составляет = 0,075 мм. В этом случае относительная шероховатость труб равна:
.
Теперь необходимо определить, в какой зоне трения течет жидкость. Определим граничные значения Re (Re1 и Re2):
,
.
Видно, что выполняется условие 2320 ˂ ˂ , так как
2320 ˂ 121451 ˂ 133333,33 то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб и коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле 24:
.
Гидравлический уклон в нефтепроводе определяем по формуле:
, (30)
.
В соответствии с нормами проектирования магистральные нефтепроводы протяженностью более 600 км делятся на эксплуатационные участки, длиной от 400 до 600 км. Соответственно их число составляет:
, (31)
где L – длина трубопровода.
В нашем случае L = 810 км, поэтому:
.
На станциях, расположенных на границе эксплуатационных участков, вместимость резервуарного парка должна составлять 0,3 … 0,5 суточной пропускной способности трубопровода.
Следовательно, конечный напор 
, необходимый для закачки нефти в резервуары, будет использован 
раз.
Конечный напор обычно принимают =40 м.
Полные потери напора в трубопроводе будут равны:
, (32)
где 
– разность геодезических отметок конца 
и начала 
, трубопровода:
. (33)
Согласно заданию, отметки = 186,5 м, 
= 198м.
м.
м.
Станции, расположенные на границах эксплуатационных участков, являются как бы головными для своих участков. Поэтому на них устанавливаются подпорные насосы, развивающие суммарный напор 
. Следовательно, суммарный напор, развиваемый насосными станциями нефтепровода, складывается из напора, развиваемого всеми подпорными насосами «головных» насосных станций и суммарного напора 
станций, т.е.:
, (34)
где 
– расчетный напор одной станции.
, (35)
м.
В магистральном трубопроводе устанавливается такой расход 
, при котором суммарный развиваемый напор равен полным потерям напора в трубопроводе.
Соответственно, уравнение баланса напоров имеет вид:
, (36)
Из формулы следует, что расчетное число насосных станций равно:
, (37)
В нашем случае:
шт.
Расчетное число насосных станций, может быть округлено как в сторону большего, так и в сторону меньшего числа станций, если заказчика устраивает, что фактическая производительность нефтепровода отличается от проектной, то принимается соответствующий вариант. При округлении числа станций в большую сторону требуемая производительность трубопровода достигается при его работе на переменных режимах.