Пример: Технологический расчет нефтепровода

5. Определение полных потерь напора в трубопроводе
и число нефтеперекачивающих станции для каждого варианта
1) Вычисляем число Рейнольдса по следующей формуле:
Re = 4 * Q / π * Д _вн * ν
где: Q - секундный расход; Д _вн - внутренний диаметр; ν - кинематическая вязкость, м²/с ;
Если Д _{вн 1} = 900 мм.
Re ₁ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 0,9 м * 0,00001180768м ²/с = 210600,458111
Если Д _{вн 2} = 996 мм.
Re ₂ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 0,996 м * 0,00001180768 м ²/с = 190301,618775
Если Д _{вн 3} = 1188 мм.
Re ₃ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 1,188 м * 0,00001180768 м ²/с = 159545,801599
2) Определяем переходное число Rе_I:
Rе_I = 10 * Д _вн / К
где: К - абсолютная эквивалентная шероховатость, принимается равной 0,03 мм ;
Рассчитаем эту величину для конкурирующих вариантов:
Если Д _{вн 1} = 900 мм .
Rе ₁ = 10 * 0,9 м / 0,00003 м = 300000,00 ;
Если Д _{вн 2} = 996 мм .
Rе ₂ = 10 * 0,996 м / 0,00003 м = 332000,00 ;
Если Д _{вн 3} = 1188 мм .
Rе ₃ = 10 * 1,188 м / 0,00003 м = 396000,00;
3) Определяем режим течения нефти
Режим течения нефти зависит и характеризуется в основном от числа Рейнольдса и от коэффициента шероховатости. Данные величины были определены в предыдущем пункте, поэтому можно будет определить характер течения нефтепродуктов
А) Для ламинарного режима нефти необходимо выполнение следующего неравенства:
Re < 2000 ;
Условие не выполняется для всех конкурирующих вариантов.
Б) Для турбулентного режима нефти необходимо выполнение следующего неравенства:
Re > 2000 > 10 * Д _вн / К ;


210600,458111 > 2000 < 10 * 0,9 / 0,00003 условие выполняется
190301,618775 > 2000 < 10 * 0,996 / 0,00003 условие выполняется
159545,801599 > 2000 < 10 * 1,188 / 0,00003 условие выполняется
4) Определяем коэффициент гидравлического сопротивления
Коэффициент гидравлического сопротивления λ для смешанного режима определяется по формуле Блазиуса:
λ = 0,3164 / ( Re ¼ )
λ ₁ = 0,3164 / (210600,458111^¼ ) = 0,3164 / 21,422237 = 0,0147697;
λ ₂ = 0,3164 / (190301,618775^¼ ) = 0,3164 / 20,886257 = 0,0151487;
λ ₃ = 0,3164 / (159545,801599 ^¼ ) = 0,3164 / 19,98579 = 0,015831.
5) Определяем скорость движения потока по следующей формуле:
W = 4 * Q / π * Д _вн^² ;
Д _{1 вн} = 900 мм.
W ₁ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 0,9 ^² м ² = 2,763003 м / с ;
Д _{2 вн} = 996 мм.
W ₂ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 0,996 ^² м ² = 2,2560447 м / с ;
Д _{3 вн} = 1188 мм .
W ₃ = 4 * 1,756855 м ³ / c / 3,14 * 1,188 ^² м ² = 1,5857455 м / с ;
6) Определяем потери напора в трубопроводе по формуле Лейбензона:
h _τ = β * Q ^{2- m} * ν ^m * L / Д _вн^{5- m};
где: β - принимается для данного режима равной 0,0247;
m - принимается равной для данного режима 0,25;
L - длина трубопровода ; 654 км.
Если Д _{1 вн} = 0,9 м и ν ₁ = 0,0000118077 м² / с ;
h _{τ 1} = 0,0247 * 1,756855 ^2-0,25 м ³ / c * 0,0000118077 ^0,25 м² / с * 654000 м / 0,9 ^5-0,25 м = 0,0247 * 2,6809447 * 0,0586194 * 654000 / 0,60625 = 4187,472705 м ;
Если Д _{2 вн} = 0,996 м и ν ₂ = 0,0000118077 м / с ;
h _{τ 2} = 0,0247 * 1,756855 ^2-0,25 м ³ / c * 0,0000118077 ^0,25 м² / с * 654000 м / 0,996 ^5-0,25 м = 0,0247 * 2,6809447 * 0,0586194 * 654000 / 0,981142 = 2587,450508 м;
Если Д _{3 вн} = 1,188 м и ν ₃ = 0,0000118077 м / с ;
h _{τ 3} = 0,0247 * 1,756855 ^2-0,25 м ³ / c * 0,0000118077 ^0,25 м² / с * 654000 м / 1,188 ^5-0,25 м = 0,0247 * 2,6809447 * 0,0586194 * 654000 / 2,266617 = 1120,020098 м .
7) Определяем разность геодезических отметок по следующей формуле:
Δ z = z ₂ - z ₁; Δ z = 189 м - 142 м = 47 м;
где: z ₁ - геодезическая отметка начального пункта;
z ₂ - геодезическая отметка конечного пункта ;
8) Определяем потери напора в трубопроводе по следующей формуле:
H = 1,01 * h _τ + Δ z ;
Для h _{τ 1} = 4187,472705 м;
H ₁ = 1,01 * 4187,472705 м + 47 м = 4276,347432 м ;
Для h _{τ 2} = 2587,450508 м ;
H ₂ = 1,01 * 2587,450508 м + 47 м = 2660,325013 м ;
Для h _{τ 3} = 1120,020098 м ;
H ₃ = 1,01 * 1120,020098 м + 47 м = 1178,220299 м ;
9) Определяем величину гидравлического уклона по следующей формуле:
I = h _τ / L
Для h _{τ 1} = 4187,472705 м;
I ₁ = 4187,472705 м / 654000 м = 0,006403;
Для h _{τ 2} = 2587,450508 м;
I ₂ = 2587,450508 м / 654000 м = 0,003956;
Для h _{τ 3} = 1120,020098 м;
I ₃ = 1120,020098 м / 654000 м = 0,001713;
10) Определяем число однотипных станций по следующей формуле:
N = ( H - Δ h ) / H _ст
где: H - потери напора;
Δ h - подпор перед станцией;
H _ст - напор развивающей станцией;
Для H ₁ = 4276,347432 м ;
n ₁ = (4276,347432 м - 115 м) / 760 м = 5,475 шт; Принимаем n ₁ = 5 шт;
Для H ₂ = 2660,325013 м ;
n ₂ = (2660,325013 м - 115 м) / 760 м = 3,349 шт; Принимаем n ₂ = 3 шт;
Для H ₃ = 1178,220299м ;
n ₃ = (1178,220299м - 115 м) / 760 м = 1,399 шт; Принимаем n ₃ = 1 шт.