Визначення часу зливання нафтопродуктiв iз транспортних ємностей

Визначення часу зливання рiдин iз транспортних ємкостей ускладнене тим, що внаслiдок змiни рiвня нафтопродукту в цистернi змiнюється й напiр, пiд дiєю якого вiдбувається зливання нафтопродукту. Весь процес зливання характеризується несталим витіканням нафтопродукту в зли­внiй комунiкацiї. Для вирiшеннi цiєї задачi повний час зливання рiдини подiляють на нескiнченно малi промiжки, протягом яких напiр вважають постiйним, а рух рiдини – сталим.

Оскiльки за нескiнченно малий промiжок часу Dt рiвень нафтопро­дукту в цистернi (рис. 6.1) понижається на елементарну височiнь D z, то з умови нерозривностi потоку можна записати:

q dt = –f v dt = –F dz (6.1)

де q – миттєва витрата нафтопродукту; f – площа поперечного перерізу зливної комунiкацiї; v – середня швидкiсть плину рiдини за час dt; F – площа вiльної поверхнi нафтопродукту на рiвнi z у цис­тернi.

Iнтегрування рiвняння (6.1) у межах вiд z = z1 до z = z2 i вiд t = t1 до t=t2=t дозволяє отримати формулу для визначення часу повного зливу нафтопродукту з тари:

. (6.2)

Для вирiшення рiвняння (6.2) необхiдно знати залежнiсть змiни F i v вiд рiвня нафтопродукту z у цистернi.

Залежнiсть F=f(z) можна отримати з геометричних спiввiдно­шень транспортної тари, а закономiрнiсть змiни v=f(z) – експери–ментально або теоретично.

6.1.1. Зливання нафтопродуктiв iз залiзничних цистерн

Поперечний переріз залiзничної цистерни являє собою окружнiсть, звідси значення поверхні F як функцiю рiвня нафтопродукту z у цистернi можна одержати з трикутника на рис. 6.1:

F = 2 x L

або

 

де L – довжина; D – дiаметр котла цистерни.

 

Рис.6.1. Схема до розрахунку часу зливання нафтопродуктiв iз за­лiзничних цистерн:

1 – цистерна; 2 – зливана комунiкацiя; 3 – приймальний резерву­ар

 

Для визначення швидкостi витікання рiдини необхiдно скласти рiвнян­ня Бернуллi для двох перерізiв: I-I i II-II (рис. 6.1):

p1 v12 p2 n li vi m vj2 v22

z + h+ -- + -- = -- +Sli ------ +Sxj -- + --

r 2g r i=1 di 2g j=1 2g 2g

де h – рiзниця позначок мiж почат­ком i кiнцем зливної комунiкацiї; p1 i p2– абсолютний тиск вiдповiдно в цистернi i прийомному ре­зервуарi; v1 – швидкiсть зниження рiвня нафтопродукту; r – щiльнiсть зливаного наф­топродукту; v2 – середня швидкiсть руху рiдини на кiнцевiй дiлянцi; n – число дiлянок зливної комунiкацiї, які мають рiзноманiтнi дiаметри; m– число мiс­цевих опорiв зливної комунiкацiї; vi и vj – середня швидкiсть руху нафтопродукта відповіднона i–й дiлянцi та в j–му мiсцевому опорi (i = 1, 2,....n та j = 1, 2,...m); li – геометрична довжина i–тої дiлянки; xj – j–й коефiцiєнт мiсцевого опору;.

Прийнявши, що v1=0, одержимо вираження для швидкостi на кiнцевiй дiлянцi:


де m –коефiцiєнт витрати зливної комунiкацiї:

Пiдставивши значення F i v у рiвняння (6.2), отримаємо:

(6.3)

Експериментальнi дослiдження залежностi m=f(Re) при зливанні нафтопродуктiв iз залiзничних цистерн показали, що коефiцiєнт вит­рати зливальних пристроїв залiзничних цистерн при малих значеннях чисел Re значно змiнюється. Стали значення коефiцiєнта витрати стає при значеннях Re > 104.

Звiдси випливає, що iнтегрування рiвняння (6.3) при
m = const правомiрно здійснювати лише в межах вiд z1 до такого рiвня zкр, який вiдповiдав би переходу турбулентного режиму течії в ламінарний.

Для визначення повного часу зливання весь процес витiкання необ­хiдно роздiлити на час витiкання при турбулентному (tт) i ламiнарному (tл) режимах. Таке дiлення є умовним, оскільки визначити межу переходу режиму течії з турбулентного в ламінарний можна лише приблизно.

Якщо при iнтегруваннi рiвняння (6.3) пiдставити якесь усереднене значення коефiцiєнта m i вважати його постiйним продовж усього часу зливання, то його можна винести за знак iнтеграла. Проте робити це можна тiльки в окремих випадках, для яких вiдомий характер змiни m=f(t). Окремими випадками може бути зливання:

через короткий патрубок;

через спецiальний довгий патрубок;

пiд надлишковим тиском;

з автомобiльніх цистерн.

1. Зливання нафтопродуктiв через короткий патрубок.
Якщо зливання нафтопродуктiв здiйснюється самоплином через зливальний прилад залiзничної цистерни в мiжрейковий колектор, то можна прийняти, що h=0 i p1=p2=pa – атмосферному тиску, z2 =0 i z1 =D. Тодi рiвняння (6.3) прийме вигляд:

,

де f – площа перерізу зливного приладу; – усереднений коефiцiєнт витрати зливного приладу цистерни.

Для унiверсального зливного прилада (d = 0,2 м; h = 0,56 м) в iнтервалi змiни кiнематичної в’язкостi зливних нафтопродуктiв вiд 1.10–4 до 653.10–4 м2/c коефiцiєнт витрати можна визначити за формулою, яка на­ведена в роботi [2]:

 

 

= ---------

238n + 1,29

де n – коефiцiєнт кiнематичної в’язкості нафтопродукту.

2. Зливання нафтопродуктiв через довгий патрубок.

При зливанні нафтопродуктiв самопливом через спецiальнi пристрої нижнього зливання в безнапорні колектори або в приймальний резервуар без змiни в них рiвня нафтопродукту можна прийняти p1=p2=pa.

Тодi

, (6.4)

де – усереднений коефiцiєнт витрати зливного приладу.

Для зливного приладу СЛ-9, в якого d=0,15 м i l=1,16 м, при змiнi в’язкості в iнтервалi вiд 1.10–4 до 70.10–4 м2/с i при p1=p2 експериментально була отримана така залежнiсть (описана в роботi [2]):

.

Iнтегрування рiвностi (6.4) дозволяє одержати вираз для визначення часу повного зливання в такому виглядi:

(6.5)

 

де y-коефіциент, який залежить від співвідношення h/D і визна-чається за графiком на рис. 6.2.

 

Рис. 6.2. Графiк визначення коефiцiєнта y