Гидравлический расчет трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов предусматривает определение их диаметров или пропускной способности или необходимого перепада давления.

Гидравлический расчет нефтепроводов ведется на основе уравнения Бернулли

(2.1)

где Z₁, Z₂ - геодезические отметки; Р₁, Р₂ - давления; r - плотность жидкости; u- средняя скорость жидкости; a₁ и a₂ - коэффициенты Кариолиса (в практических расчетах для турбулентного режима движения а» 1); h_п путевые потери напора.

Путевые потери напора в общем случае складываются из потерь на внутреннее трение жидкости по длине трубопровода (h_т_p) и из потерь на местные сопротивления (h_м) (задвижки, диафрагмы, повороты и т.д.)

h₁ = h_т_p + h_м (2.2)

При гидравлическом расчете напорного нефтепровода местными сопротивлениями можно пренебречь. Потери напора по длине трубопровода при установившемся движении определяются по формуле Дарси – Вейсбаха

(2.3)

или потери давления на трение

(2.4)

где l - длина трубопровода; D — внутренний диаметр трубопровода; l - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий в общем случае от режима движения и относительной шероховатости внутренней стенки трубы.

l = f (Re, e), (2.5)

где Re - число Рейнольдса

(2.6)

где е - абсолютная шероховатость стенок трубы. Число Рейнольдса определяется по формуле:

Re = (2.7)

где m - динамическая вязкость жидкости.

Средняя скорость определяется

(2.8)

где Q- объемный расход жидкости.

Если Re < 2320, то течение жидкости ламинарное (послойное) и шероховатость стенки не оказывает влияние на коэффициент гидравлического сопротивления, l определяется по формуле Стокса

(2.9)

Если Re > 2320, то течение жидкости турбулентное (точнее, турбулентное течение наступает при Re > 2800, а в области 2320 < Re < 2800 переходный режим, в практических расчетах эту область можно считать турбулентной).

Турбулентное течение характеризуется хаотичным беспорядочным движением частиц жидкости в ядре потока и ламинарным подслоем у стенки трубы. Хаотическое беспорядочное движение частиц жидкости вызывает увеличение затрат энергии на трение жидкости, что приводит к росту коэффициента гидравлического сопротивления. При турбулентном режиме движения жидкости коэффициент гидравлического сопротивления может быть определен по формуле Блазиуса:

(2.10)

Гидравлический расчет заканчивается подбором насоса по значениям подачи и напора и определением действительной производительности при работе принятого насоса на данный трубопровод.

Задача 2.1. Рассчитать давление на устье Р_у добывающей скважины для следующих условий: выкидная линия горизонтальная, местные сопротивления отсутствуют, длина выкидной линии l = 4200 м, внутренний диаметр выкидной линии d_вн= 0,1 м, дебит скважины Q = 320 м³ /сут, плотность нефти r_н = 850 кг/м³; давление перед входом в сепаратор Р_с = 1,5 МПа. вязкость нефти m = 3,5 мПа×с.