авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обоснование новых методов гидравлического расчета нефте- и нефтепродуктопроводов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МОРОЗОВА Наталья Владимировна

ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО

РАСЧЕТА НЕФТЕ- И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ

Специальность 25.00.19 Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Коршак Алексей Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Земенков Юрий Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент

Коробков Геннадий Евгеньевич

Ведущая организация:

ООО «Балтнефтепровод»

Защита состоится 26 ноября 2009 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 26 октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор А.К. НИКОЛАЕВ

общая характеристика работы

Актуальность темы исследований. Наша страна обладает одной из самых мощных трубопроводных систем в мире. Сегодня нефтяными компаниями эксплуатируется около 80 тыс. км магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов. И эта сеть продолжает расширяться – введена в строй первая очередь нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан, планируется строительство нефте- и нефтепродуктопроводов БТС-2, Западная Сибирь – Мурманск, Сызрань-Новороссийск (проект «Юг») и др.

Важным этапом как на стадии проектирования нефте- и нефтепродуктопроводов, так и в процессе их эксплуатации является гидравлический расчет, который лежит в основе расстановки перекачивающих станций и планирования режимов перекачки, что определяет экономическую эффективность принимаемых инженерных решений.

Вопросами разработки методов гидравлического расчета трубопроводов для перекачки ньютоновских жидкостей посвящены труды многих исследователей. Из современных работ в области исследования гидравлических сопротивлений и прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления можно выделить труды А.Д. Альтшуля, В.Д. Белоусова, И.А. Исаева, М.В. Лурье, Л.А. Самойленко, П.М. Слисского, А.В. Теплова, Г.К. Филоненко, Н.З. Френкеля, А.В. Черникина, В.И. Черникина. Б.Л. Шифринсона и др.

Большое количество теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в этой области, позволяет сегодня однозначно прогнозировать величину коэффициента гидравлического трения лишь для случаев ламинарного режима, а также зон гладкого и шероховатого трения турбулентного режима. В то время, как для переходной зоны, а также для практически значимой в магистральном транспорте нефти и нефтепродуктов зоны смешанного трения турбулентного режима единственно верного решения этой задачи пока не существует.

В этой связи исследования, направленные на совершенствование гидравлического расчета нефте- и нефтепродуктопроводов являются актуальными.

Цель диссертационной работы обоснование зависимостей для расчета коэффициента гидравлического сопротивления в переходной зоне и зоне смешанного трения турбулентного режима, а также определение областей их применения в случае использования формулы Л.С. Лейбензона.

Идея работы. Для расчета величины коэффициента гидравлического сопротивления в переходной зоне и зоне смешанного трения турбулентного режима необходимо использовать формулы, с наименьшей среднеквадратичной погрешностью описывающие экспериментальные данные, а область их применения должна определяться из условия сопряжения с другими формулами, справедливыми в смежных зонах.

Задачи исследований:

1. Выявление формул, позволяющих вычислить коэффициенты гидравлического сопротивления в переходной зоне и в зоне смешанного трения турбулентного режима с наименьшей среднеквадратичной погрешностью.

2. Определение коэффициентов в формуле Л.С. Лейбензона для переходной зоны и зоны смешанного трения турбулентного режима.

3. Уточнение граничных и критического числа Рейнольдса.

Научная новизна работы:

1. Показано, что если шероховатость труб определена на основе решения обратных задач, то величину для магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов при эксплуатационных расчетах можно находить по формулам классической гидравлики с допустимой при инженерных расчетах погрешностью.

2. Установлено, что с наименьшей среднеквадратичной погрешностью коэффициент гидравлического сопротивления в переходной зоне может быть рассчитан по формуле Института Гипротрубопровод, а в качестве критического числа Рейнольдса следует принимать величину 2040.

3. Впервые установлено, что в переходной зоне коэффициенты в формуле Л.С. Лейбензона равны =12,5·10-7 с2/м, m=-1,04.

4. Показано, что с наименьшей среднеквадратичной погрешностью гидравлический расчет по формуле Л.С. Лейбензона в зоне смешанного трения турбулентного режима может быть выполнен при =0,0166·0,15, m=0,1.

5. Найдены переходные числа Рейнольдса ReI=17,5/ и ReII=531/, позволяющие выполнить гидравлический расчет по формуле Л.С. Лейбензона без скачков напора на границах зоны смешанного трения.

Защищаемые научные положения:

1. При эксплуатационных расчетах нефте- и нефтепродуктопроводов в зоне смешанного трения турбулентного режима шероховатость труб следует определять на основе решения обратных задач, что позволяет использовать в расчетах современные формулы классической гидравлики (А.Д. Альтшуля, И.А. Исаева, Н.З. Френкеля, В.И. Черникина) с погрешностью не более 5%.

2. При проектных и эксплуатационных расчетах нефте- и нефтепродуктопроводов в переходной зоне и зоне смешанного трения турбулентного режима следует применять полученные в данной работе значения коэффициентов в формуле Л.С. Лейбензона и границы режимов и зон трения.

Методика исследований. В диссертационной работе использовались обобщение и анализ теоретических и экспериментальных трудов в области исследования гидравлических сопротивлений трубопроводов, аппарат фундаментальной гидравлики, различные прикладные математические методы - численные методы, линейная алгебра, методы математической статистики.

Достоверность научных положений. Теоретические исследования основаны на фундаментальных законах трубопроводной гидравлики и выполнены с использованием современных методов и профессиональных программных продуктов.

Достоверность положений выводов и рекомендаций подтверждается сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными других авторов.

Практическое значение работы. При использовании предложенных методических рекомендаций среднеквадратичная погрешность расчета в переходной зоне снижается на 14%, а в зоне смешанного трения турбулентного режима на 1,6%.

Реализация результатов работы. Разработанные формулы для гидравлического расчета применяются институтом ОАО «Институт «Нефтегазпроект» при проектировании нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.

Научные и практические результаты диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе СПГГИ (ТУ) при изучении дисциплины «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» студентами специальности 130501.

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 59-й Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ-2005» (РГУ им. И.М. Губкина, г. Москва, 2005 г.), II Межотраслевой научно-практической конференции «Проблемы совершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов ТЭК» (УГНТУ, г. Уфа, 2005 г.), Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России (СПГГИ (ТУ), г. Санкт-Петербург, 2006 г.), V Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (ПГУ, г. Новополоцк, 2006 г.), ежегодной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (УГНТУ, г. Уфа, 2005…2007 гг.), Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт» (УГНТУ, г. Уфа, 2005…2008 гг.).

Личный вклад автора. Автор самостоятельно выполнил постановку задач и разработку методики исследований, литературный обзор и анализ современных методов гидравлического расчета нефте- и нефтепродуктопроводов, сравнительный анализ погрешностей расчета коэффициента гидравлического сопротивления по формулам разных авторов, аналитические исследования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 1 статья в журнале, входящем в перечень журналов ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 190 страниц, содержит 21 таблицу и 29 рисунков, а также список литературы из 120 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, определены цель, идея, задачи, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе диссертационной работы приведен литературный обзор и анализ современных отечественных и зарубежных методов гидравлического расчета нефте- и нефтепродуктопроводов, оценки граничных чисел Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубопровода. Поставлены задачи исследований.

Во второй главе проведен сравнительный анализ погрешности расчета коэффициента гидравлического сопротивления по формулам Института Гипротрубопровод, И.А. Исаева, М.В. Лурье, Л.А. Самойленко, П.М. Слисского для переходной зоны с имеющимися в литературе экспериментальными данными по исследованию гидравлических сопротивлений при перекачке воды, нефтей, нефтепродуктов и их смесей. Представлено обоснование выбора расчетной зависимости для коэффициента в этой зоне. Определены и сопоставлены с экспериментальными данными границы переходной зоны, удовлетворяющие граничным условиям.

В третьей главе приведен сравнительный анализ величин коэффициента гидравлического сопротивления , рассчитанных по формулам А.Д. Альтшуля, И.А. Исаева, Института Гипротрубопровод, Н.З. Френкеля, В.И. Черникина, Б.Н. Лобаева, Г.К. Филоненко для зоны смешанного трения турбулентного режима с опытными данными по перекачке воды, керосина и воздуха. Представлено обоснование выбора расчетной зависимости для коэффициента в этой зоне. Приведены рекомендации по определению относительной шероховатости внутренней поверхности трубопровода при эксплуатационных расчетах.

В четвертой главе произведены необходимые преобразования зависимостей для расчета коэффициента , на основании которых получены новые коэффициенты и m в формуле Л.С. Лейбензона для переходной зоны и зоны смешанного трения турбулентного режима. Определены границы использования указанных коэффициентов. Произведено сопоставление полученных решений с экспериментальными данными, имеющимися в научно-технической литературе.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. При эксплуатационных расчетах нефте- и нефтепродуктопроводов в зоне смешанного трения турбулентного режима шероховатость труб следует определять на основе решения обратных задач, что позволяет использовать в расчетах современные формулы классической гидравлики (А.Д. Альтшуля, И.А. Исаева, Н.З. Френкеля, В.И. Черникина) с погрешностью не более 5%.

Исследование гидравлических сопротивлений при движении ньютоновских жидкостей по трубам в промышленных условиях не всегда возможно, так как любая научная задача требует проведения тщательно поставленных опытов. Однако, практика показывает, что перенос результатов лабораторных и даже полупромышленных исследований на такой сложный объект, как магистральный трубопровод приводит к значительным расхождениям расчетных и фактических величин потерь напора на трение, достигающих 30…40%.

В связи с этим, при эксплуатационных расчетах получили распространение «временные», как правило, экспоненциальные зависимости вида =(Re) или h=(Q), учитывающие реологические свойства жидкости и гидравлические характеристики конкретных трубопроводов посредством эмпирических коэффициентов. Такая практика искажает современные представления о природе гидравлических сопротивлений. Более правильным является использование опытно-промышленной информации в сочетании с современными зависимостями для расчета в зоне смешанного трения, в явном виде учитывающими влияние шероховатости внутренней поверхности трубы на величину гидравлических потерь.

Для оценки зависимостей, предложенных для расчета коэффициента в зоне смешанного трения, был проведен сравнительный анализ фактических величин коэффициента гидравлического сопротивления с величинами, полученными по формулам А.Д. Альтшуля, Института Гипротрубопровод, И.А. Исаева, Г.К. Филоненко, Н.З. Френкеля, В.И. Черникина. При этом величина эффективной шероховатости предварительно была определена путем решения обратной задачи для каждой зависимости в отдельности.

В качестве фактических величин использовались опытные данные, включающие серии лабораторных и полупромышленных экспериментов по перекачке воды, керосина и воздуха по трубам различных диаметров, имеющиеся в литературе.

Результаты сравнительного анализа представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Среднеквадратичная погрешность расчета по формулам различных авторов в зоне смешанного трения турбулентного режима для разных опытных серий

Описание экспериментальных данных (среда, диаметр трубопровода (d)) Среднеквадратичная погрешность расчета коэффициента , %
по формуле А.Д. Альтшуля по формуле И.А. Исаева по формуле Б.Н. Лобаева по формуле Г.К. Филоненко по формуле Н.З. Френкеля по формуле В.И. Черникина
1 Вода (d=40,2 мм) 1,92 1,60 4,12 1,90 2,01 2,02
2 Вода (d=40,5…50,6 мм) 1,94 1,54 3,57 1,73 1,80 1,84
3 Вода, керосин (d=205 мм) 1,72 1,72 2,50 1,60 1,62 1,54
4 Воздух, вода, керосин (d=74,5…359 мм) 2,83 2,02 3,42 2,16 2,24 2,23
5 Вода (d=143 мм) 3,28 2,47 3,41 2,77 2,77 2,91
6 Воздух (d=205 мм) 2,19 1,74 0,65 1,90 1,80 1,92
7 Воздух (d=205…206 мм) 2,44 2,20 1,21 2,40 2,26 2,39
Средняя (%) по сериям 2,33 1,90 2,70 2,07 2,07 2,12


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.