Күрделі құбырөткізгіштің гидравликалық есебі
Есеп 6.1
Ұзындығы 10 км болатын жинаушы коллектордың бас жағынан көлемі 180 т/с, динамикалық тұтқырлығы 20 мПа*с және тығыздығы 800 кг/м3 товарлық мұнай беріледі. Жинаушы коллектордан үш нүктеден мұнай алынады 20 т/с, 50 т/с и 100 т/с.
Коллектордың басталған жерінен мұнай алынған нүктелерге дейінгі арақашықтық 4 км, 200 м, 3 км. Бастапқы қысымы 1,6 МПа болса, жалпы қысымның түсуін анықтау керек. Жинаушы коллектор көлденең төселген және жергілікті кедергілер жоқ.
Берілгені: L = 10 км; D = 0.2 м; G = 180 т/ч; μ = 20 мПа*с; ρ = 800 кг/м3;
q1 = 20 т/ч, q2 = 50 т/ч; q3 = 100 т/ч, l1 = 4 км; l2 = 200 м; l3 = 3 км; Pн = 1.6 МПа;
Табу керек: ΔР =?
Шешімі:
Бұл есепте бір-бірінен шығым көлемімен ерекшелінетін бірнеше бөлшектерден тұратын күрделі құбырөткізгіш берілген. Әрбір бөлшек жеке-жеке құбырөткізгіш ретінде есептелінеді (5.1 есепті қара). Жалпы қысымның түсуі жекелеген бөлшектердің қысым шығынының суммасына тең.
Бірінші бірінші нүктеге дейінгі мұнай жылдамдығын анықтаймыз
v1 = G / (S ρ) = 4 * 180 / (3600 * 3.14 * 0.2 2 * 800 * 10 -3) = 1.98 м/с.
Бұл бөлшекте ағыс режимі турбулентті, өйткені
Re1 = v1 * d / ν = v1 * d * ρ / μ = 1.98 * 0.2 * 800 / 20 / 10- 3 = 15750 > 2320 (Блазиуса зонасы).
Гидравликалық кедергі коэффициентті λ әр бөлшекке жеке анықтаймыз.
λi = 0.3164 / Re 0.25 = 0.3164 / 15750 0.25 = 0.028
Бірінші бөлшектегі қысым шығынын келесі формуламен анықтайды:
Δp = p1 - p2 = λ * L * v 2 * ρ / D / 2
Δp1 = 0.028 * 4000 * 1.98 2 * 800 / 0.2 / 2 = 0.875 МПа
Екінші бөлшектегі қысым шығынын анықтау үшін, алдымен мұнай ағысының жылдамдығын анықтап аламыз
v2 = (G - q1) / S / ρ = (180 - 20) * 4 / (3600 * 3.14 * 0.2 2 * 800 * 10 - 3) = 1.76 м/с
Екінші бөлшектегі ағыс режимі ламинарлы, өйткені
Re2 = v2 * d * ρ / μ = (1.76 * 0.2 * 800) / (20 * 10 - 3) = 14200 > 2320
Гидравликалық кедергі коэффициенті
λ2 = 0.3164 / 14200 0.25 = 0.0292
Екінші бөлшектегі қысым шығыны
Δp2 = 0.0292 * 200 * 1.76 2 * 800 / 0.2 / 2 = 37300 Па = 0.337 МПа
Үшінші бөлшектегі мұнай жылдамдығы:
v3 = [G - (q1 + q2)] / S / ρ = [180 - (20 + 50)] * 4 / (3600 * 3.14 * 0.2 2 * 800 *
* 10 -3) = 1.21 м/с
Ағыс режимі турбулентті, өйткені
Re3 = v3 d ρ / μ = (1.21 * 0.2 * 800) / 20 / 10 - 3 = 9560 > 2320
Гидравликалық кедергі коэффициенті
λ3 = 0.3164 / Re 0.25 = 0.3164 / 9560 0.25 = 0.0321
Үшінші бөлшектегі қысым шығыны
Δp3 = 0.0321 * 3000 / 0.2 * 1.21 2 / 2 * 800 = 278000 Па = 0.278 МПа
Төртінші бөлшектегі мұнай жылдамдығы
v4 = [G - (q1 + q2 + q3)] * 4 / φ / d 2 / ρ = (180 – 20 – 50 - 100) * 4 / 3600 / 3.14 /
/ 0.2 2 / 0.8 = 0.11 м/с
Ағыс режимі ламинарлы, өйткені:
Re4 = v4 * d * ρ / μ = 0.11 * 0.2 * 800 / 20 / 10 - 3 = 884 < 2320
Гидравликалық кедергі коэффициенті
λ4 = 64 / Re = 64 / 884 = 0.072
Төртінші бөлшектегі қысым шығыны
Δр4 = 0.072 * 2800 * 0.11 2 * 800 / 0.2 / 2 = 4879 Па
Барлық шығындарды қосқандағы жалпы қысым
Δp = Σ pi = 0.875 + 0.037 + 0.278 + 0.049 = 1.24 МПа
Зіндік жұмысқа арналған тапсырма
Есеп 6.1
Ұзындығы L км болатын жинаушы коллектордың бас жағынан көлемі G т/с, динамикалық тұтқырлығы μ мПа*с және тығыздығы ρ кг/м3 товарлық мұнай беріледі. Жинаушы коллектордан tr3 нүктеден мұнай алынады q1 т/c ;2yt q2 т/c.
Коллектордың басталған жерінен мұнай алынған нүктелерге дейінгі арақашықтық l1 км, l2 км. Бастапқы қысымы Pн МПа болса, жалпы қысымның түсуін анықтау керек. Жинаушы коллектор көлденең төселген және жергілікті кедергілер жоқ.
Варианттар бойынша тапсырмалар кесте 6.1-де келтірілген.
6.1-кесте
| Бастапқы мәндер | Варианттар | ||||||||||||||
| Құбырөткізгіш ұзындығы, км | |||||||||||||||
| 1-ші участок ұзынд. км | 3,5 | 1,5 | 2,5 | ||||||||||||
| 2-ші участок ұзынд. км | 0,5 | 2,5 | |||||||||||||
| Құбырөткізг. диамет, мм | |||||||||||||||
| Мұнай шығыны, т/с | |||||||||||||||
| 1 участок шығыны, т/ч | |||||||||||||||
| 2 участок шығыны, т/с | |||||||||||||||
| Мұнай тығыздығы, кг/м3 | |||||||||||||||
| Мұнайдың динамик.тұтқырлығы мПа*с | |||||||||||||||
| Бастапқы қысым, МПа | 1,8 | 2,0 | 2,2 | 2,5 | 2,8 | 3,0 | 3,4 | 3,6 | 3,8 | 4,0 | 2,3 | 2,9 | 3,2 | 3,0 | 3,5 |
| Абсолютті эквивалентті бұдырлық, мм | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,11 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,11 | 0,13 |
6.1 кестенің жалғасы
| Бастапқы мәндер | Варианттар | ||||||||||||||
| Құбырөткізгіш ұзындығы, км | |||||||||||||||
| 1-ші участок ұзынд. км | 3,5 | 1,5 | 2,5 | ||||||||||||
| 2-ші участок ұзынд. км | 1,5 | 2,5 | 2,5 | ||||||||||||
| Құбырөткізг. диамет, мм | |||||||||||||||
| Мұнай шығыны, т/с | |||||||||||||||
| 1 участок шығыны, т/ч | |||||||||||||||
| 2 участок шығыны, т/с | |||||||||||||||
| Мұнай тығыздығы, кг/м3 | |||||||||||||||
| Мұнайдың динамик.тұтқырлығы мПа*с | |||||||||||||||
| Бастапқы қысым, МПа | 1,8 | 2,1 | 2,2 | 2,5 | 2,8 | 3,0 | 3,4 | 3,6 | 3,8 | 4,0 | 2,3 | 2,9 | 3,2 | 3,0 | 3,5 |
| Абсолютті эквивалентті бұдырлық, мм | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,11 | 0,15 | 0,10 | 0,12 | 0,11 | 0,13 |
Резервуарларда мұнайды сақтағандағы мұнай шығынының есебі
Есеп 7.1
Жартысына дейін (Нг = 0.5 Н) толтырылған көлемі 4600 м3 (d = 22.8 м, H = 11.4 м, қақпақтың конусының биіктігі h = 0.47 м) болат цилиндрлі тік резервуардың маусым айындағы бір «кіші дем алу» кезіндегі мұнай шығынын анықтау керек. Мұнайдың бастапқы қайнау температурасы tнк = 46 оС. Орташа атмосфералық қысымы Ра = 105 Па. Маусым айындағы ауаның орташа температурасы tbср = 17.8 оС. Айдағы орташа минималды температура tbmin = 12.3 оС. Резервуардағы газ кеңістігінің температурасының ауытқу амплитудасы Δtг = 27.8 оС.
Берілгені: V = 4600 м3; tнк = 46 оС; Д = 22.8 м; Ра = 105 Па; Н = 11.4 м;
tbср = 17.8 оС; h = 0.47 м; tbmin = 12.3 оС; Нг = 0.5 Н; Δtг = 27.8 оС;
Табу керек: Gtмд =?
Табу керек:
Резервуардағы газ кеңістігінің температурасын анықтаймыз:
а) Орташа айлық ауа температурасының ауытқуы:
Δtb / 2 = tbср - tbmin
Δtb = 2 * (17.8 - 12.3) = 11 оС
б) минимальная температура в газовом пространстве резервуара:
tгmin = tbmin = 12.3 оС
в) Максималды резервуардағы газ кеңістігінің температурасы:
tгmax = tгmin + Δtг = 12.3 + 27.8 = 40.1 оС
Мұнайдың жоғарғы қабатындағы температурасы:
tbcmin = tbcp - 0.3 * Δtг / 2 = 17.8 - 0.3 * 27.8 / 2 = 13.7 оС
tbcmax = tbcp + 0.3 * Δtг / 2 = 17.8 + 0.3 * 27.8 / 2 = 21.9 оС
Резервуардағы газ кеңістігіндегі мұнай өнімдері мен мұнай буының көлемдік концентрациясын анықтаймыз:
а) ол үшін, мұнай өнімдері мен мұнай қаныққан буының қысымға тәуелділік графигін (7.1 суретті қара), пайдалана отырып қаныққан булар қысымын анықтаймыз Py болғандағы tbcmin и tbcmax:
Py1 = 0.027 МПА и Py2 = 0.04 МПа
б) сәйкес бу концентрациясы:
C1 = Py1 / Pa = 0.027 / 0.1 = 0.27 C2 = Py2 / Pa = 0.04 / 0.1 = 0.4
в) орташа көлемдік концентрация:
С = (С1 + С2) / 2 = (0.27 + 0.4) / 2 = 0.335
Мұнай буларының молекулалық массасын анықтаймыз:
Мб = 60 + 0.3 * tк + 0.001 * tк 2 = 60 + 0.3 * 46 + 0.001 * 46 2 = 75.9 кг/(кмоль)
Бір «кіші дем алу» кезіндегі мұнай шығыны
Gtмд = V * Pa * [(1 - C1) / T1 - (1 - C2) / T2] * C / (1 - C) * Мб / R' = 4600 * 0.5 *
* 10 5 * [(1 - 0.27) / (273 + 12.3) - (1 - 0.4) / (273 + 40.1)] * 0.335 / (1 - 0.335) * * 75.9 / 8314 = 679.487 кг
где Т1 = tгmin + 273, Т2 = tгmax + 273.
Есеп 7.2
7.1 есебінің шарты бойынша бір «үлкен дем алу» кезіндегі мұнай шығынын анықтау керек.
Шешімі:
График бойынша (сурет 7.1) орташа температурадағы мұнайдың қаныққан буының орташа қысымын анықтау
tbccp = tbcp = 17.8 оС, при t = 17.8 оС Py = 0.035 МПа
Резервуардың газ кеңістігіндегі мұнай буының орташа көлемдік концентрациясы:
C = Py / Pa = 0.035 / 0.1 = 0.35
Резервуардың газ кеңістігіндегі орташа температура:
tгcp = (tгmax + tгmin) / 2 = tbcp + (Δtг - Δtb) / 2 = 17.8 + (28.7 - 11) / 2 = 26.2
Бір «үлкен дем алу» кезіндегі сйымдылықты пайдалану коэффициенті 0.95 болғандағы мұнай шығыны:
Gбд = (V1 - V2) * Pa / T * C * Mб / R' = 4600 * 0.95 * 10 5 * 0.35 * 75.9 / 8314 /
/ (273 + 26.2) = 4666.8 кг