p align="left"> (1.40) где V- объем сепарированной нефти при постоянных давлении и температуре в системе, м3; Г0 - отношение объема газа, растворенного в нефти к объему этой нефти, приведенные к стандартным условиям; - коэффициент изменения объема нефти из-за изменения ее насыщенности газом. (1.41) где - плотности нефти и газа, растворяемого в нефти, при 20оС и 0,1 МПа, кг/м3. Уменьшение объема сепарированной нефти (?Vp) из-за сжатия ее до определенного давления (pпл) рассчитывают по формуле: (1.42) где - коэффициент сжимаемости сепарированной нефти (можно принять равным 6,5*10-4 Мпа-1). Увеличение объема нефти из-за ее нагревания до температуры tпл рассчитывают по формуле: (1.43) где - коэффициент термического расширения нефти Кажущуюся плотность растворенного газа определяют по формуле (1.44) Объемный коэффициент нефти можно рассчитать по формуле (1.45)где p - давление в системе, МПа; t - температура, оСдля нефти в пластовых условиях объемный коэффициент в первом приближении можно рассчитать по формуле: (1.46)Плотность нефти с растворенным в ней газом рассчитывают по формуле (1.47)Молярная масса нефтиМолярная масса сепарированной нефти (кг/кмоль) в результате ее однократного разгазирования при 20оС до атмосферного давления может быть рассчитана по формуле: (1.48)где - вязкость сепарированной нефти при стандартных условиях, мПа*сМолярную массу пластовой нефти можно рассчитать по формулам, аналогичным (1.48):, если мПа*с (1.49), если мПа*с (1.50)или по двухпараметрической формуле (1.51)При отсутствии данных по молярной массе сепарированной нефти и ее вязкости, а также плотности газонасыщенной нефти молярную массу пластовой нефти можно определить по формуле: (1.52)Зависимость вязкости сепарированной нефти от температурыУдовлетворительная связь между вязкостью сепарированной нефти и температурой описывается уравнением Вальтерра: (1.53)где - относительная кинематическая вязкость сепарированной нефти при температуре t, численно совпадающей с кинематической вязкостью нефти, выраженной в мм2/сек; а1 а2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от состава нефти. Для применения формулы (1.53) необходимо знание экспериментальных значений вязкости нефти при двух температурах, подставляя которые в (1.53) можно определить коэффициенты а1 и а2.Используя два экспериментальных значения вязкости нефти при двух температурах 20 и 50 оС, температурную зависимость динамической вязкости сепарированной нефти можно описать уравнением (1.54): (1.54)где - относительные динамические вязкости сепарированной нефти при атмосферном давлении и температурах 20, 50 и t оС соответственно, численно равные динамической вязкости сепарированной нефти, выраженной в мПа*с.Если известно только одно экспериментальное значение вязкости нефти при какой-нибудь температуре t0, то значение ее при другой температуре t можно определить по формуле (1.55): (1.55)где , - динамическая вязкость нефти при температуре t и t0, а и С - эмпирические коэффициенты: при 1000мПа*с С=10 1/мПа*с; а= 2,52*10-3 1/оС; при 101000мПа*с С=100 1/мПа*с; а= 1,44*10-3 1/оС; при С=1000 1/мПа*с; а= 0,76*10-3 1/оС.При отсутствии экспериментальных данных для ориентировочных оценок вязкости нефти при 20оС и атмосферном давлении можно пользоваться следующими формулами: Если кг/м3, то (1.56) Если кг/м3, то (1.57) Где - вязкость и плотность сепарированной нефти при 20 оС и атмосферном давлении, мПа*с и кг/м3 соответственно. Вязкость газонасыщенной нефтиПо формуле Чью и Коннели можно рассчитать вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения: (1.58)где - вязкость нефти, насыщенной газом, при температуре t и давлении насыщения, мПа*с, - вязкость сепарированной нефти при температуре t, мПа*с, А и В - эмперические коэффициенты, определяемые по формулам:А= ехрВ= ехрТеплоемкость нефти Теплоемкость нефти может быть рассчитана по формуле:гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих однофазные жидкости при постоянной температуреГидравлический расчет простых трубопроводов сводится к определению одного из следующих параметров: пропускной способности Q; необходимого начального давления (po) при заданном конечном (pк); диаметра трубопровода.Определение пропускной способностиПоскольку коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного Q, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями Q и определяют линейную скорость потока: (2.1)Затем рассчитывают число Рейнольдса и определяют режим движения жидкости: (2.2) В зависимости от него находят коэффициент гидравлического сопротивления: При Re2000 ( ламинарный режим) (2.3) При 2000Re4000 (критический режим) (2.4) При Re>4000 (турбулентный режим) для расчета используют формулу Альтшуля: (2.5), или частные формулы для трех областей турбулентного режима: Зона гладкого трения 4000<Re<10D/kэ (kэ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, мм) (2.6) Зона смешанного трения 10D/kэ <Re<500D/kэ Зона шероховатого трения Re>500D/kэ - (2.5, а) После этого рассчитывают полную потерю напора (давления) в трубопроводе по формуле: ; (2.7) и строят график зависимости или и по заданному Н илиР находят искомую пропускную способность. Можно воспользоваться рекомендованными в специальной литературе значениями оптимальной скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости от вязкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известному диаметру рассчитывают пропускную способность и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденной пропускной способности. Если полная потеря давления выше заданной - задаются другой скоростью. Таблица 1 - Рекомендуемые оптимальные скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости от вязкости |
Кинематическая вязкость жидкости (?? при температуре перекачки, см2/сек | Рекомендуемая скорость, м/сек | | | Во всасывающем трубопроводе | В нагнетательном трубопроводе | | 0,01-0,06 0,06-0,12 0,12-0,28 0,28-0,72 0,72-1,46 1,46-4,38 4,38-9,77 | 1,5 1,4 1,3 12 1,1 1,0 0,8 | 2,5 2,2 2,0 1,5 1,2 1,1 1,0 | | | Определение необходимого давленияПри известном начальном или конечном напоре (давлении) найти напор (давление) в противоположном конце трубопровода можно, зная полную потерю напора (давления) в трубопроводе, т.е. потерю напора (давления) на трение, преодоление разности геодезических отметок начала и конца трубопровода, преодоление местных сопротивлений (сужений, поворотов, задвижек и т.п.). Расчет полной потери напора (давления) производят следующим образом. Вначале находят линейную скорость течения жидкости по формуле (2.1), затем по формуле (2.2) - Re, коэффициент гидравлического сопротивления (ф. 2.3-2.6) и Н (Р). Начальное давление рассчитывают по формуле:Ро=Рк+РПример решения задачУсловие задачиНефть в количестве 8000м3/сут перекачивается по трубопроводу диаметром 307мм, длиной 15км, разность отметок начала и конца трубопровода 5м, сумма коэффициентов местных сопротивлений 5, коэффициент эквивалентной шероховатости 0,2мм плотность нефти 0,83т/м3. Определить полную потерю напора в трубопроводе (Н).Решение1. Находим линейную скорость потока в трубопроводе по ф.2.1:= 4*(8000/86400)/(3,14*0,3072)=1,51м/сек2. Поскольку по условию задачи вязкость неизвестна, находим ее значение по значению плотности, используя формулы 1.56 или 1.57==4,75мПа*с= 0,0048Па*с3. Находим число Рейнольдса по ф. 2.2:=4*(8000/86400)*830/3,14*0,307*0,0048=808454. Находим коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля (2.5), или используя частные формулы после определения зоны турбулентного течения=0,11(0,2/307+68/80845)0,25=0,0225. Находим полную потерю напора в трубопроводе по ф.2.7=(0,022*15000*1,512/0,307*2*9,81)+5+(1,512/2*9,81)*5=128,0мОпределение необходимого диаметраПоскольку коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного D, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями D и определяют все параметры, как при решении задач на определение пропускной способности. По известным параметрам строят график зависимости или и по заданному Н илиР находят искомый диаметр.Как и при решении задач по расчету пропускной способности, можно воспользоваться рекомендованными значениями оптимальной скорости течения жидкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известной пропускной способности рассчитывают диаметр, и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденном значении диаметра. Если полная потеря давления выше заданной - задаются другой скоростью.Гидравлический расчет газопроводовВ зависимости от максимального рабочего давления газа промысловые газопроводы подразделяются на следующие категории:· Газопроводы низкого давления - с давлением газа не более 0,005 МПа· Газопроводы среднего давления - с давлением газа от 0,005 МПа и не более 0,3МПа· Газопроводы высокого давления - с давлением газа от 0,3 МПа до 1,2 МПаГидравлический расчет газопроводов низкого давления производится при допущении, что скорость и удельный вес газа остаются по длине газопровода постоянными, течение - изотермическоеПолная потеря давления определяется по формуле , (2.8)где ?P - потеря давления на трение и местные сопротивления, Н/м2 (*9,81 Па)hгн -гидростатический напор за счет разности удельных весов воздуха и газа, Н/м2 (*9,81 Па)Причем, гидростатический напор учитывается при расчете газопроводов, прокладываемых в условиях резко выраженного рельефа местности. Гидростатический напор складывается с потерями давления на трение и местные сопротивления со знаком «плюс» или «минус» в зависимости от направления движения газа. Знак «минус» ставится при движении газа на подъем, знак «плюс» - на спуск.Потеря давления на трение и местные сопротивления определяется по формуле (2.9)где ? - коэффициент гидравлического сопротивленияQ0 - расход газа нормальные м3/час (нм3/час) D - внутренний диаметр газопровода, см - плотность газа при температуре 0оС и атмосферном давлении, кг/нм3 - приведенная длина газопровода, м = L+lэквгде L действительная длина газопровода, м; lэкв - эквивалентная длина прямолинейного участка трубопровода (м), потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением =1. lэкв= (2.10)Гидростатический напор определяется по формуле =(-)?H, (2.11)где - удельный вес воздуха, кг/м3, - удельный вес газа, кг/м3; ?H - разность отметок начала и конца расчетного участка трубопроводаСхема расчета потерь напора в газопроводе низкого давления1. Определяем среднюю скорость движения газаW=3.5368, (2.12)где Q0- расход газа, м3/час; D2 - диаметр трубопровода, см2. Рассчитываем число Рейнольдса по ф. 2.23. Определяем коэффициент трения по ф. 2.3 - 2.54. Находим эквивалентную длину участка газопровода по ф.2.105. Определяем приведенную длину газопровода:Lпр=L+lэкв*? (2.13)где?? - сумма коэффициентов местных сопротивлений6. Определяем потерю давления на трение и местные сопротивления по ф.2.97. При необходимости определяем гидростатический напор по ф.2.118. Определяем полную потерю давления газа по ф.2.8.Схема расчета пропускной способности газопровода низкого давления1. Задавшись скоростью газа в соответствии с рекомендациями (табл. 2) определяем объемный расход газа в нм3/час по формуле: Q0=2827.4*10-4D2W2. С учетом найденного Q0 рассчитываем полную потерю давления или напора. Проверяем соответствие заданных потерь давления или напора расчетнымСхема расчета диаметра газопровода низкого давления1. Задавшись скоростью газа в соответствии с рекомендациями (табл. 2) определяем диаметр трубопровода по формуле:D=1.882. С учетом найденного D рассчитываем полную потерю давления или напора. Проверяем соответствие заданных потерь давления или напора расчетнымТаблица 2 - Рекомендуемые значения скорости движения газа в трубопроводах|
Наименование транспортируемого газа | Скорость газа W, м/сек | | Пары углеводородов (остаточное абсолютное давление ниже 50мм рт ст. (0,0067 МПа) | 45 - 60 | | Пары углеводородов (остаточное абсолютное давление 50 - 100мм рт ст. (0,0067 - 0,013 МПа) | 30 - 45 | | Пары углеводородов (атмосферное давление) | 9 - 18 | | Газ (давление до 3 атм) | 5 - 20 | | Газ (давление 3 - 6 атм) | 10 - 30 | | Газ (давление свыше 6 атм) | 10 - 35 | | | Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давления во всей области турбулентного режима движения газа следует производить по формуле: где Рн, Рк - соответственно начальное и конечное абсолютное давление газа на расчетном участке трубопровода, атм.Lпр - приведенная (расчетная) длина газопровода, мkэ - эквивалентная абсолютная шероховатость стенки трубы, см? - кинематическая вязкость газа при 0оС и атмосферном давлении, м2/секQ0 - расход газа, нм3/час?г - удельный вес газа при 0оС и атмосферном давлении, кг/м3Величину эквивалентной абсолютной шероховатости внутренней поверхности стенок трубопровода принимают согласно табл. 3Таблица 3|
Наименование трубопровода | Эквивалентная шероховатость, мм (kэ) | | Внутренние газопроводы | 0,1 | | Магистральные газопроводы | 0,03 | | Воздухопроводы сжатого воздуха от компрессоров | 0,8 | | Нефтепродуктопроводы | 0,2 | | Нефтепроводы для средних условий эксплуатации | 0,2 | | Водопроводы | 0,5 | | Трубопроводы водяного конденсата | 0,5 | | Трубопроводы пароводяной смеси | 0,5 | | Паропроводы | 0,2 | | | Потери давления на местные сопротивления рассчитывают согласно ф.2.13lэкв= Скорость газа, приведенная к условиям трубопровода, определяется по формуле:W=3,54, Q0тр=Схема расчета потерь напора в газопроводе среднего и высокого давления1. Определяем приведенную длину газопровода по ф.2. Находим эквивалентную абсолютную шероховатость трубы kэ по табл.33. Определяем конечное давление по формуле:Рк=Гидравлический расчет трубопроводов при движении нефтегазовых смесейПерепад давления, обусловленный гидравлическим сопротивлением при движении газожидкостного потока, определяют по формуле Дарси-Вейсбаха: Число Рейнольдса: При Re 2300 При Re 2300 Кинематическая вязкость определяется по формуле Монна: где - расходное объёмное газосодержание двухфазного потока (расходный параметр, определяется для трубных условий): где Vг, Vж - объёмный расход газа и жидкости при средних давлении и температуре в трубопроводе. Плотность смеси: где ж, г - плотность жидкости и газа при средних давлении и температуре в трубе; - величина истинного газосодержания. Истинное газосодержание является сложной функцией, зависящей от физических свойств жидкости и газа, диаметра и наклона трубопровода, расхода жидкости и газа. Закономерности изменения - доли сечения потока, занятой газом, от указанных параметров устанавливаются только экспериментально - путём мгновенных отсечек потока или просвечиванием гамма-лучами. . Доля сечения потока, занятая жидкостью, составит: . Средняя скорость смеси: Определение структур потока и истинного газосодержания производится по критериям, разработанным во ВНИИГаз Мамаевым и Одишария. Эмульсионная структура Критерий Фруда: При 0,988 При 0,988 определяется по специальным графикам. Пробковая структура При движении смеси на подъём: При движении смеси по горизонтальным и нисходящим трубопроводам: где - угол между осью трубы и горизонталью. Расслоенная структура. Перепад давления, обусловленный гравитационными силами, определяется из уравнения: где hв hy - высоты восходящих и нисходящих участков, м; в, н - истинная плотность смеси на этих участках, определённая с учётом истинного газасодержания : при восходящем потоке: при нисходящем потоке: Тогда: Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих многофазные жидкости Для расчета трубопроводов, транспортирующих разрушенные неустойчивые эмульсии используют методику Гужова А.И. и Медведева В.Ф. порядок расчета по этой методике следующий. 1. Рассчитывают объемную долю дисперсной фазы в эмульсии: , 2. Определяют тип дисперсной фазы исходя из того, что наиболее плотная упаковка капель пластовой воды в эмульсии достигается при и дальнейшая концентрация их приводит к инверсии фаз в эмульсии. и 3. Определяют плотность эмульсии по одной из формул: ; ; где , - плотность нефти и воды, кг/м3; - обводненность в долях единицы; Gн иGв объемные расходы нефти и воды 4. Рассчитывают динамическую вязкость эмульсии по формуле Бринкмана при при 5. Определяют среднюю скорость течения эмульсии в трубопроводе: 6. Находят кинематическую вязкость эмульсии: 7. Вычисляют число Рейнольдса: ; 8. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления 9. Определяют перепад давления на расчетной длине трубопровода (- разность начальной и конечной геодезических отметок трубопровода, м; g - ускорение свободного падения, м/с2)
Страницы: 1, 2
|