Расчет технологического трубопровода

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...2

Задание..........................................................................................................................4

1 Технологический расчет…………………………………………………………..5

  1.1 Расчет постоянных величин...............................................................................5

  1.2 Гидравлический расчет………………………………………………………...5

  1.3 Определение величины требуемого напора…………………………………..7

  1.4 Построение графика..........................................................................................15

  1.5Выбор насоса ………………………………………………………………….18

Заключение………………………………………………………………………….19

Список использованной литературы……………………………………………...20 

 

 

Введение

 

Технологическими трубопроводами называются такие трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируют сырье, полупродукты и готовые продукты, отработанные реагенты, воду, топливо и другие материалы, обеспечивающие ведение технологического процесса.

С помощью технологических трубопроводов на химических предприятиях перемещают продукты как между отдельными аппаратами в пределах одного цеха или технологической установки, так и между технологическими установками и отдельными цехами, подают исходное сырье из хранилищ или транспортируют готовую продукцию к месту ее хранения.

При выполнении гидравлических расчетов трубопроводов различают трубопроводы простые и сложные, короткие и длинные. Трубопроводы, не имеющие по пути следования жидкости в трубе ответвлений для отбора или дополнительной подачи в трубопровод жидкости, называются простыми. К сложным относятся трубопроводы, состоящие из основной магистральной трубы и боковых ответвлений, образующих сеть трубопроводов различной конфигурации. Трубопроводы технологических установок химических предприятий в большинстве своем являются простыми.

При проектировании новых трубопроводов и анализе работоспособности действующих приходится решать следующие задачи.

Для известной конструкции трубопровода необходимо определить давление или требуемый напор в начальном сечении трубопровода и выбрать способ перемещения жидкости по трубопроводу, обеспечивающий требуемый технологическими условиями ее расход. Если окажется невозможным, перемещение жидкости по трубопроводу самотеком или за счет имеющейся разности давлений в аппаратах и окажется необходимым использование насоса для перекачивания жидкости, тогда конечной целью расчета будет являться и подбор насоса, обеспечивающего заданный ее расход. Задачей расчета может быть и определение расхода жидкости с заданными свойствами по имеющемуся трубопроводу, когда известен статический напор в его начальном сечении.

Целью расчета может оказаться и подбор диаметра трубопровода, при котором обеспечивается требуемый расход жидкости при имеющемся статическом напоре в начальном сечении трубопровода.

Решение указанных задач связано с графическим построением для системы "начальная ёмкость - трубопровод - заполняемая ёмкость" так называемых гидравлических характеристик системы, под которыми понимают характеристику трубопровода и кривую требуемого напора. При выполнении расчетов, связанных с определением гидравлических характеристик, используются зависимости для определения потерь напора на линейных участках трубопровода, в местных сопротивлениях и технологических аппаратах и две фундаментальные зависимости: уравнение Бернулли и уравнение неразрывности потока.

Целью курсовой работы является:

1) Знакомство с устройством технологических трубопроводов химических предприятий, способами перемещения по ним жидкостей и методами использования фундаментальных зависимостей для получения расчетных уравнений, необходимых для построения гидравлических характеристик трубопроводов.

2) Выполнение индивидуального задания по построению кривой требуемого напора для простого технологического трубопровода, определению способа перемещения жидкости по нему для заданного расхода и подбор насоса, а также приобретение навыка анализа работы трубопровода на основании его гидравлических характеристик.

 

Задание

Перекачиваемая жидкость - нефть, температура 440С.

 

Таблица 1 - Давление в трубопроводе на входе и выходе.

Давление, кгс/см2
Pa	PВ
1,5 изб	0,5 вак.

 

Таблица 2 - Данные на первом и втором участке трубопровода.

LL1, м	d1, мм	Вид местного сопротивления	Вид и состояние трубы	Внезапное изменение диаметра	L2, м	d2, мм	Вид местного сопротивления	Вид и состояние трубы	Высота подъема
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
21	32x3	Вентиль норм	Стальная с большими отложениями		10	45x4	Отвод φ=900 R0/d = 10	Стальная новая	5

 

Рисунок 1 - Схема технологического трубопровода.

 

1 Технологический расчет

 

1.1 Расчет постоянных величин

 

Определим плотность и динамический коэффициент вязкости нефти спирта при рабочих условиях: Плотность нефти в месторождении Самотлорское составляет 0,856 г/см3  по данным источника [2]

Определим разность между температурами 20 0С и 44 0С

44 - 20 = 240С

По графе температурной поправки найдем поправку на 1 0С соответствующую плотности 0,856 г/ см3.

Поправка на 10С составляет 0,000699 г/ см3 по данным [1]. Умножим температурную поправку плотности на разность температур

0,000699∙24=0,016776.

Найдем плотность нефти при t=44 0C

ρ = 0,856 - 0,016776 = 0,839224 г/см3.

 

1.2 Гидравлический расчет трубопровода

 

Рассчитаем  объемный расход жидкости по формуле (1)

     (1)

где - площадь живого сечения, м2;

      - скорость течения жидкости, м/с;

    - внутренний диаметр трубы, м.

Для этого определим площадь живого сечения на первом и втором участках трубопровода

 м2,

 м2.

Определим объемный расход жидкости на первом участке трубопровода в интервале скоростей 0–3 м/с с шагом 0,5 м/с

qv1 = 0,5307∙10-3∙0,5 = 0,0002653 м3/с = 0,95508 м3/ч,

qv2 = 0,5307∙10-3∙1,0 = 0,0005307 м3/с = 1,91052 м3/ч,

qv3 = 0,5307∙10-3∙1,5 = 0,0007961 м3/с = 2,86596 м3/ч,

qv4 = 0,5307∙10-3∙2,0 =0,0010614 м3/с = 3,82104 м3/ч,

qv5 = 0,5307∙10-3∙2,5 = 0,0013268 м3/с = 4,77648 м3/ч,

qv6 = 0,5307∙10-3∙3,0 = 0,0015921 м3/с = 5,7315 м3/ч.

Полученные данные сведем в таблицу 3.

Таблица 3 – Объемный расход жидкости на первом участке трубопровода

Скорость жидкости на первом участке v, м/с	Расход жидкости qv, м3/с 10-3
0,5	0,2653
1,0	0,5307
1,5	0,7961
2,0	1,0614
2,5	1,3268
3,0	1,5921

 

Рассчитаем скорости течения жидкости на втором участке из уравнения неразрывности (3)

,                   (3)

м/с,          

 м/с,          

 м/с,          

 м/с,          

 м/с,          

 м/с.          

Полученные данные сведем в таблицу 4. 

Таблица 4 – Скорость течения жидкости на первом и втором участке

Скорость жидкости на 1 участке V1, м/с	Скорость жидкости на 2 участке V2, м/с
0,5	0,2468955
1,0	0,4937911
1,5	0,7406866
2,0	0,9875822
2,5	1,2344777
3,0	1,4813733

 

 

 

1.3 Определение величины требуемого напора

 

1.3.1 Определение статической составляющей требуемого напора.

Статический напор определяется по формуле (4)

,   (4)

Величина статического напора

м.

1.3.2 Определение общих потерь напора .

Определим число критерия Рейнольдса на 1 участке трубопровода по формуле (5)  и определим режим течения жидкости

,      (5)

где ρ – плотность [1], кг/м3;

µ - коэффициент динамической вязкости [1], Па с.

,

,

,

,

,

.

Найдем средние значения шероховатости стенок труб [4, c.519]

- на первом участке стальная труба с большими отложениями e=0,67 мм.

Рассчитаем относительные шероховатости стенок стальной трубы на 1-м участке по формуле (9)

                                                  ,                                                      (6)

.

Рассчитаем критические значения Рейнольдса по формулам (7) и (8)

,                                                             (7)

                                              (8)

                             .

Поскольку все значения критерия Рейнольдса входят в интервал [Reкр1;Reкр2], то течение жидкости на 1-м участке смешанное турбулентное.

Для расчета коэффициентов трения на 1-м участке воспользуемся формулой (9)

                                           ,                                             (9)

,

,

,

,

,

.

Определим режим течения жидкости на 2 участке трубопровода. Расчет Re ведем по формуле (5).

,

,

,

,

,

.

На втором участке стальная новая труба, по данным [3] средняя шероховатость стенки трубы e = 0,1 мм, следовательно

,

из чего следует, что

,

.

Поскольку первые 4 значения критерия Рейнольдса  Re<Reкр1, то течение гладкое турбулентное и расчет коэффициента трения ведется по формуле (10)

 ,                                                  (10)

,

,

,

.

Так как последние два значения Re принадлежат интервалу [Reкр1;Reкр2], то течение смешанное турбулентное, поэтому воспользуемся формулой (9)

,

.

Результаты расчета сведем в таблицы 5 и 6.

Таблица 5 – Коэффициент трения трубопровода для первого участка

V1, м/с	Re	λ
0,5	2491	0,052796
1	4981	0,049015
1,5	7471	0,047535
2	9963	0,046739
2,5	12452	0,046242
3	14943	0,045901

 

Таблица 6 – Коэффициент трения трубопровода для второго участка

V2, м/с	Re	λ
0,2468955	1750,3	0,048855
0,4937911	3500	0,041084
0,7406866	5250	0,037123
0,9875822	7001	0,034546
1,2344777	8751	0,035189
1,4813733	10501	0,034047