Потери напора в трубопроводе

При перекачке нефти по магистральному нефтепроводу напор, развиваемый насосами перекачивающих станций, расходуется на трение жидкости о стенку трубы h_t, преодоление местных сопротивлений h_мс, статического сопротивления из-за разности геодезических (нивелирных) отметок Dz, а также создания требуемого остаточного напора в конце трубопровода h_ост.

Полные потери напора в трубопроводе составят

H = h_t + h_мс + Dz + h_ост. (1.10)

Следует отметить, что по нормам проектирования расстояния между линейными задвижками составляют 15…20 км, а повороты и изгибы трубопровода плавные, поэтому доля местных сопротивле­ний невелика. С учетом многолетнего опыта эксплуатации трубопроводов с достаточной для практических расчетов точностью можно принять, что потери напора на местные сопротивления составляют 1…3% от линейных потерь. Тогда выражение (1.10) примет вид

H = 1,02h_t + Dz + h_ост. (1.11)

Под разностью геодезических отметок понимают разность отметок конца и начала трубопровода Dz = z_к – z_н . Величина Dz может быть как положительной (перекачка на подъем), так и отрицательной (под уклон).

Остаточный напор h_ост необходим для преодоления сопротив­ления технологических коммуникаций и заполнения резервуаров конечного пункта (а также промежуточных перекачивающих станций, находящихся на границе эксплуатационных участков).

Потери напора на трение в трубопроводе определяют по формуле Дарси-Вейсбаха

, (1.12)

либо по обобщенной формуле лейбензона

, (1.13)

где L_р – расчетная длина нефтепровода;

D – внутренний диаметр трубы;

w – средняя скорость течения нефти по трубопроводу;

Q – расход нефти.

n – расчетная кинематическая вязкость нефти;

l – коэффициент гидравлического сопротивления;

b, m – коэффициенты обобщенной формулы Лейбензона.

Значения l, b и m зависят от режима течения жидкости и шероховатости внутренней поверхности трубы. Режим течения жидкости характеризуется безразмерным параметром Рейнольдса

, (1.14)

При значениях Re<2320 наблюдается ламинарный режим течения жидкости. Область турбулентного течения подразделяется на три зоны:

§ Гидравлически гладкие трубы 2320<Re<Re₁;

§ Зона смешанного трения Re₁<Re<Re₂;

§ Квадратичное (шероховатое) трение Re> Re₂.

Значения переходных чисел Рейнольдса Re₁ и Re₂ определяют по формулам

,

где – относительная шероховатость трубы;

k_Э – эквивалентная (абсолютная) шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также от ее состояния. Для нефтепроводов после нескольких лет эксплуатации можно принять k_Э=0,2 мм.

Расчет коэффициентов l, b и m выполняется по формулам, приведенным в табл. 1.5.

Таблица 1.5 – Значения коэффициентов l, b и m для различных

режимов течения жидкости

Режим течения	l	m	b, с2/м
ламинарный	64/Re		4,15
турбулентный	гидравлически гладкие трубы	0,3164/Re0,25	0,25	0,0246
смешанное трение		0,123
квадратичное трение			0,0826·l

1.5.3. Гидравлический уклон

Гидравлическим уклоном называют потери напора на трение, отнесенные к единице длины трубопровода

(1.15)

С учетом (1.15) уравнение (1.11) принимает вид

(1.16)

Графическое представление выражения (1.16) показано на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Графическое представление линии гидравлического уклона

Как видно из рисунка, линия гидравлического уклона показывает распределение напора по длине трубопровода. Напор в любой точке трассы определяется вертикальным отрезком, отложенным от линии профиля трассы до пересечения с линией гидравлического уклона. При графических построениях (расстановке ПС на профиле трассы) положение линии гидравлического уклона должно учитывать надбавку на местные сопротивления.