Проиллюстрируем раздел 1.4.3. решением типичной задачи.

Задача 10.

При аварийном разрыве стального сборного коллектора на ДНС в выкидной линии дожимных насосов автоматика способна в течении 10 секунд осуществить закрытие линейной задвижки.

Определить, выдержит ли фланцевое соединение задвижки максимальную величину возникающего при этом гидравлического удара, если сборный коллектор длиной 10 км имеет внутренний диаметр 300 мм, наружный диаметр 320 мм и по нему транспортируется 180 т/час нефти плотностью 860 кг/м³ с коэффициентом сжимаемости равным 8 ^. 10^-10 1/Па.

Давление, развиваемое дожимными насосами, 20 атм., а гидравлические испытания трубопровода проводились при полуторной нагрузке.

Систематизируем исходные данные и переведём их в систему СИ.

Дано: СИ:

G= 180 т/час. G= 50 кг/с Все остальные величины уже

= 860 кг/м³ находятся в системе СИ.

D_в= 300 мм D_в = 0,3 м

L= 10 км L= 10000 м

Р_н= 20 атм. Р_н=2000000 Па

β_н= 8 ^. 10^-10 1/Па

D_н= 320 мм D_н= 0,32 м

t_закр. = 10 с

Δh_м.с. - ?

Предварительно, определим объёмный расход нефти и её среднюю скорость в сборном коллекторе:

Затем, найдём скорость распространения ударной волны «С» по формуле (1.91), предварительно определив модуль упругости жидкости «К» и толщину стенки трубопровода, взяв из справочника значение модуля упругости углеродистой стали Е= 2^.10¹¹ Па:

=0,01 м

Теперь, по формуле (1.88) определим фазу гидравлического удара:

Наконец, по формуле (1.90) рассчитаем величину гидравлического удара:

При этом, максимальное давление, воздействующее на фланец задвижки, можно определить как:

Рассчитаем давление гидравлического испытания трубопровода:

Так как:

то фланцевое соединение не выдержит величину гидравлического удара, возникающего при закрытии задвижки.

1.4.4. Трубопроводы с промежуточными ДНС

Гидравлический расчет подобных трубопроводов сводится к определению числа необходимых ДНС и их расстановке по трассе.

Прежде всего, необходимо определить оптимальный диаметр трубопровода.

Графо – аналитический метод, изложенный в разделе 1.1.1., в этом случае не подходит, т.к. в данной ситуации на первое место выходят вопросы экономической и технической целесообразности.

Данная задача допускает, по меньшей мере, два решения.

Можно проложить один трубопровод большого диаметра, а можно проложить несколько трубопроводов малого диаметра (лупинг).

В первом случае, капитальные затраты ниже, но эксплуатационные –выше.

Во втором случае, капитальные затраты больше, но эксплуатационные – меньше.

Кроме того, при возникновении аварийных ситуаций, связанных с разрывом трубопровода, экологический ущерб в первом случае существенно выше; а усталость металла (основная причина разрыва тела трубы), как известно, пропорциональна кубу диаметра трубопровода.

В то же время, автоматизация и синхронизация работы трубопровода, выполненному по второму варианту, гораздо сложнее, не говоря уже о трудностях, возникающих при проведении ремонтных работ.

Поэтому, на сегодняшний день в РФ (согласно воззрений В.Е.Яблонского) принято считать, что в данном случае оптимальным является первый вариант, но с таким диаметром трубопровода, который обеспечивает скорость течения жидкости порядка 1 м/с.

Необходимый диаметр трубопровода при этом определяется по следующей эмпирической зависимости:

(1.95)

где:

все величины подставляются и получаются в системе СИ.

Полученное значение диаметра округляют до ближайшего стандартного (в сторону увеличения). При этом, также устанавливают материал трубопровода и толщину его стенки.

После этого осуществляют прочностной расчет, определяя максимальное давление, допустимое для данного трубопровода:

(1.96)

где:

-допустимое напряжение на растяжение (берётся из справочной литературы).

Для углеродистых сталей находится в пределах от 40 ^. 10⁶ до 50 ^. 10⁶ кг/м²;

для легированных сталей находится в пределах от 50 ^. 10⁶ до 100 ^. 10⁶ кг/м²;

для чугунов находится в пределах от 14 ^. 10⁶ до 25 ^. 10⁶ кг/м².

Затем, строго в масштабе строят профиль трассы (рис. 1.17).

Теперь, рассчитаем напор, развиваемый одной ДНС:

Пользуясь формулами Дарси – Вейсхбаха или Лейбензлна (см.раздел 1.1.1.) определим суммарные потери напора по всей трассе трубопровода – «H».

Найдём необходимое число ДНС:

Приступим к расстановке ДНС по трассе:

а)

б)

в)

г)

Профиль трассы трубопровода

Рис. 1.17.

Вариант а):

Из начальной точки трассы «А» строго в масштабе по вертикальной оси отложим напор, развиваемый одной ДНС – получим точку «Е».

Из точки «Е» проведём линию гидравлического уклона.

Точка пересечения линии гидравлического уклона и профиля трассы «В» и есть место расположения второй ДНС.

Величина гидравлического уклона (i₀) определяется по формуле:

(1.97)

где:

L_об– общая длина трубопровода.

Общую длину трубопровода находят либо по рис.1.17 с помощью курвиметра, либо по теореме Пифагора, заменяя трассу набором прямоугольных треугольников, в которых участки трассы являются гипотенузами. Возможно и практическое определение общей длины трубопровода прямыми замерами на местности.

Но:

(1.98)

где:

– угол наклона к горизонту линии гидравлического уклона.

Затем, из точки «В» вновь строго в масштабе откладываем вертикально напор, развиваемый одной ДНС – получим точку «F».

Из точки «F» снова проведём линию гидравлического уклона, которая, разумеется, будет параллельна первой линии гидравлического уклона.

Точка пересечения линии гидравлического уклона и профиля трассы «С» и есть место расположения третьей ДНС.

Затем, из точки «С» вновь строго в масштабе откладываем вертикально напор, развиваемый одной ДНС – получим точку «К».

Из точки «К»снова проведём линию гидравлического уклона.

Точка пересечения линии гидравлического уклона и профиля трассы «D» и есть место расположения четвёртой ДНС.

Из точки «D» вновь строго в масштабе откладываем вертикально напор, развиваемый одной ДНС – получим точку «М».

Из точки «М»снова проведём линию гидравлического уклона, которая уже не пересекает профиль трассы, проходя выше максимальной точки «О».

Поэтому, строительство дополнительных ДНС больше не требуется.

Дальнейшее транспортирование жидкости будет осуществляться за счет разности геодезических отметок конца трубопровода и максимальной точки «О», т.е. самотёком.

Вариант б):

Поскольку, после максимальной точки «О» дальнейшее транспортирование жидкости будет осуществляться самотёком, то задачей четвёртой ДНС в точке «D» является лишь перевал жидкости через эту максимальную точку.

Но для этого не требуется полного напора, развиваемого одной ДНС.

Проведём линию гидравлического уклона касательно профилю трассы в точке «О».

Обозначим точку пересечения линии гидравлического уклона и напора четвёртой ДНС как «N».

Величина отрезка «D - N» и есть потребный напор четвёртой ДНС.

Строительство менее мощной четвёртой ДНС позволит существенно сократить эксплуатационные расходы.

В принципе, на участке «D - О» после понижения напора ДНС можно было бы использовать трубы с меньшей толщиной стенок, что позволило бы существенно сократить и капитальные затраты, поскольку трубы продаются на вес, но этого, как правило, не делают из соображений надёжности.

Вариант в):

При возникновении подобной ситуации можно вообще обойтись без строительства четвёртой ДНС в точке «D».

Для этого, требуется лишь изменить угол линии гидравлического уклона, проходящей через точку «К».

Достичь этого можно проложив лупинг от точки «С» до точки «О».

Гидравлический уклон лупинга рассчитывается по формуле (1.99):

(1.99)

где:

m– коэффициент из уравнения Лейбензона.

Но, участок трассы после перевальной точки «О» может быть настолько продолжительным, что величины гидростатического напора не хватит на преодоление сил трения.

В этом случае, даже на спуске, придётся сооружать дополнительно ДНС. Её расположение определяют по формулам Дарси – Вейсхбаха или Лейбензона (см раздел 1.1.1) подбирая длину участка таким образом, чтобы потери напора на трение сравнялись с гидростатическим напором.

Кроме того, участок трассы после перевальной точки «О» может быть настолько крутым, что гидростатический напор превысит прочностные характеристики трубопровода.

В этом случае придётся увеличивать толщину стенок трубопровода, что неизбежно приведёт к росту капитальных затрат.

Вариант г):

При возникновении подобной ситуации можно не только обойтись без строительства четвёртой ДНС в точке «D», но и существенно сократить длину лупинга, изменив угол линии гидравлического уклона не от точки «К», а от точки «R». Длина лупинга, в этом случае, определяется длиной участка трассы «V - O».

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 480; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!