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:     | 1 || 3 |

Совершенствование защиты трубопроводов морских нефтеотгрузочных терминалов от чрезмерно высоких давлений

-- [ Страница 2 ] --
  • проблему адекватного задания силы трения при одномерном гидравлическом приближении;
  • проблему выбора аналитических или прямых численных методов расчета в рамках одномерного приближения, обеспечивающих приемлемую точность;
  • системные и технологические проблемы как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации.

Основной системной проблемой является разработка адекватной логики ре­акции системы на штатную аварийную ситуацию, обусловленную позицией тан­кера, включающую начало, синхронность или рассогласованность, а также про­должительность закрытия отсечных кранов и время задержки останова насосной станции.

Главной технологической проблемой является использование адекватных защитных мероприятий с целью предотвращения динамических перегрузок при гидравлических ударах, в частности использование в случае необходимости фор­сированного отбора нефти перед отсечными клапанами, начиная с момента нача­ла их закрытия.

Во второй главе приведена математическая модель гидравлических ударов на трубопроводах морских терминалов.

Перечисляются основные современные проблемы гидравлического удара:

  • правильный учет трения применительно к нестационарным течениям в од­номерной постановке;
  • определение параметров гидроудара при включении и выключении запор­ных элементов, сбросе жидкости, включении и останове насосной станции;
  • неустановившиеся течения в вязкоупругих трубах и шлангах, в том числе в сложной последовательности.

Далее выписываются уравнения гидравлического удара в упругих трубах в одномерном приближении, включающие уравнение сохранения массы жидкости

(1)

и уравнение количества движения

, (2)

где коэффициент Кориолиса.

Уравнение (1) может быть переписано следующим образом:

, (3)

где скорость распространения упругих возмущений

. (4)

Для упругой трубы

, (5)

или в более общей форме

, (6)

где параметр, учитывающий условия закрепления трубы, .

С использованием определения напора

(7)

уравнения (1) и (2) перепишутся в виде

, (8)

. (9)

Последние два уравнения обычно используются при численных решениях проблем, связанных с гидравлическим ударом.

Далее рассмотрены вопросы адекватного учета касательного напряжения на стенке трубы, в частности, обсуждается правомерность использования квазистационарного касательного напряжения на стенке.

В традиционном анализе переходных процессов предполагается, что выражения, связывающие касательное напряжение на стенке с осредненной по сечению скоростью, остаются справедливыми для нестационарных условий:

, (10)

где ws (t) квазистационарное касательное напряжение на стенке.

Использование квазистационарных касательных напряжений для расчета неустановившихся течений удовлетворительно только для столь слабых переход­ных процессов, что они не соответствуют режимам гидравлического удара. При прохождении волны гидравлического удара образуется возвратное течение рядом со стенкой, а этот эффект, в свою очередь, приводит к большому градиенту ско­рости на стенке.

При неустановившемся течении трение стенки значительно увеличивается по сравнению с трением при установившемся течении, что необходимо учитывать при расчетах параметров гидравлического удара.

В качестве первого приближения естественно предположить, что касательное напряжение при гидравлическом ударе состоит из квазистационарной и нестационарной составляющих:

. (11)

Определению второго слагаемого посвящены исследования большого коли­чества авторов как экспериментальные, так и теоретические.

Большинство авторов использовали выражение для касательного напряже­ния вида

(12)

с различными значениями параметра k.

В установившемся потоке падение давления на полностью открытом клапа­не определяется уравнением истечения через отверстие

, (13)

где о эмпирический коэффициент.

Можно предположить, что аналогичное соотношение справедливо при за­крытии клапана:

, (14)

где эмпирический коэффициент, зависящий от позиции клапана, а сле­довательно, и времени.

Разделив уравнение (13) на (14) и введя безразмерный коэффициент закры­тия клапана

, (15)

получим нелинейное граничное условие

. (16)

Для определения функции (t) для шарового клапана используется следующее выражение

, (17)

где Тс время закрытия клапана.

При анализе гидравлических ударов важными являются уравнения останов­ки насосной станции.

Частота вращения насоса в интервале времени t аппроксимируется экспонентой

, (18)

где угловое ускорение

, (19)

мощность, поглощаемая насосом,

(20)

и Е коэффициент полезного действия насоса.

В этой же главе приводятся уравнения останова насоса, эквивалентного па­ре последовательно соединенных основного и подпорного насосов, имеющих разные частоты вращения.

Третья глава посвящена анализу и адаптации методов математического моделирования гидравлических ударов для трубопроводов морских нефтеотгрузочных терминалов.

Приведен обзор инженерных и аналитических методов решения задач гид­равлического удара.

Разработан инженерный метод расчета гидравлического удара при наличии сосредоточенного отбора части жидкости на основе принципа суперпозиции наложения расходов и получено аналитическое решение линеаризованной задачи гидравлического удара при отборе жидкости перед отсечным клапаном.

Инженерные и аналитические методы имеют свои достоинства и недостатки, и использовались многими исследователями для решения задач гидравлического удара. Основным недостатком всех аналитических методов является необходимость линеаризации задачи, которая искажает полученные результаты.

Тем не менее, в ряде случаев использование инженерных и аналитических методов не только целесообразно, но и необходимо, особенно на стадии предварительных расчетов.

Среди численных подходов, предложенных для решения уравнений гидравлического удара, отметим следующие методы: характеристик (МХ), конечных разностей, волновой характеристический метод, конечных элементов, конечного объема, решеточный метод Больцмана.

Среди этих методов метод характеристик является наиболее популярным, так как он обеспечивает требуемую точность, численную эффективность, простоту программирования и возможность использования сложных граничных условий.

В основе метода характеристик лежит приведение системы уравнений (1), (2) к эквивалентной системе уравнений в характеристической форме:

, (21)

. (22)

Рассмотрим расчетную схему метода Хартри. Трубопровод длиной L разбивается по длине на п одинаковых участков; расстояние между узлами сетки вдоль оси х равно х = L/n. Шаг по времени t выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие Куранта-Фридрихса-Леви (КФЛ-условие)

х / t V + c. (23)

На границах трубопровода имеется только по одной характеристике: на верхнем конце (х = 0) обратная характеристика, в нижнем (х = L) прямая ха­рактеристика. В связи с этим на верхнем и нижнем концах трубопровода значе­ния напора или скорости должны задаваться явным образом.

Далее в главе приводится алгоритм метода характеристик, включающий: определение начальных условий путем решения стационарных уравнений, расчетную схему закрытия клапанов, расчетную схему сброса жидкости в емкость, расчетную схему остановки насосной станции, внутренние граничные условия в сочленениях, алгоритм выбора шага пространственной координаты для последо­вательности труб с разными параметрами, алгоритм расчета параметров сложно­го соединения труб, граничные условия резервуаров.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию гидравличе­ских ударов в трубопроводах нефтяных отгрузочных терминалов.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема нефтеотгрузочного терминала.

В таблице 1 приведены основные режимные параметры, предшествующие гидроударам; в этой же таблице приведены максимальные экспериментальные и расчетные давления в ходе гидроударов на выходе БРП и на входе в наливной причал.

На рисунке 2 приведены расчетные значения распределения напора по длине трубопровода во времени для гидроудара № 2.

СМЛОП стационарный морской ледостойкий отгрузочный причал;

1, 1' резервуары; 2, 2' подпорные насосы; 3, 3' основные насосы;

4, 4' обратные клапаны; 5, 5', 6, 6' отсечные клапаны; 7 концевой клапан

на шланге; 8, 8' нефтепроводы; 9 трубопроводная обвязка на наливном

при­чале (рисунок 4)

Рисунок 1 Принципиальная схема нефтяного отгрузочного терминала

Таблица 1 Максимальные экспериментальные и расчетные параметры

гидроударов на БРП и СМЛОП

Дата гидроудара Расход в каждой ветке, м3/ч; скорость враще-ния, об./мин* Давление на выходе из БРП до гидроудара, МПа Давление на входе на СМЛОП до гидроудара, МПа Максимальное давление на выходе из БРП после гидроудара, МПа (эксперимент; расчет) Максимальное давление на входе на СМЛОП после гидроудара, МПа (эксперимент; расчет)
ТН-17 ТН-18 ТН-17 ТН-18 ТН-17 ТН-18 ТН-17 ТН-18
1 05.09.2008 2000 1081 0,69 0,65 0,70 0,65 0,26 0,27 0,28 0,27 1,60 1,43 1,30 1,57 1,53 1,48 1,48 1,48
2 02.11.2008 2800 1489 1,20 1,21 1,10 1,21 0,47 0,50 0,50 0,50 2,50 2,13 2,10 2,13 2,11 2,27 2,10 2,27
3 05.06.2009 3900 1978 2,50 2,30 2,50 2,30 0,786 0,800 0,786 0,800 3,40 3,07 3,40 3,07 3,70 3,40 3,70 3,40
Примечание. * – Скорость вращения установлена расчетным путем.


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.