Методика гидравлического расчета неизотермического нефтепровода

; (7.42)

; (7.43)

; (7.44) ; (7.45)

; (7.46)

; (7.47)

; (7.48)

; (7.49)

, (7.50)

где - гидравлический уклон при , m- показатель режима течения

(7.51)

(7.52)

Пример 7.1. Расчет «горячего» нефтепровода

Исходные данные для расчета нефтепровода с подогревом нефти:

D = 0,35 м; δ = 0,008 м; D_H = 0,366 м; Q = 350 м³/ч; Q = 0,09722 м³/сек; С_р = 1800 Дж/кг∙К; β = 0,00065; L = 50000 м; T_H = 62 °С = 335 К; Т_о = 1°С = 274 К; ρ₂₀=940 кг/м³; ν₁₀ = 49 м²/ч; ν₁₀ = 0,01361 м²/сек; Т₁₀ = 283 К; ν₆₀ = 4,9 м²/ч; ν₆₀ = 0,00136 м²/сек; Т₆₀ = 333 К; λ_гр = 2,4 Вт/м∙К; Н_о = 2,2 м

Решение

По условию Форхгеймера-Власова определяем внешний коэффициент теплопередачи:

,

Вт/м∙К.

Т. к. нефтепровод подземный и неизолированный принимаем К меньше на 0,1882.

К = α₂-0,1882,

К = 4,1266-0,1882,

где К = 3,9384 полный k теплопередачи в первом приближении.

По формуле Шухова определим температуру в конце нефтепровода

,

,

К.

Внутренний коэффициент теплопроводности α₁

,

,

отсюда α₁=45,0986 Вт/м∙К.

Коэффициент крутизны вискограммы по формуле Филонова

,

.

Температура перехода из ламинарного в турбулентный режим

Т_кр=Т₆₀+Ln(ν₆₀∙3,1415∙Re_кр/(4Q))

где Re_кр = 2000; Т_кр=333+Ln(0,00136∙3,1415∙2000/(4∙0,09722)); Т_кр= 336,1 К; Т_кр= 335 К; Т_кр= 290,4 К.

Так как Т_кр> Т_Н, то в трубопроводе режим ламинарный.

Определяем α₁ по критериальному уравнению с учетом гидродинамики процесса для ламинарного режима

,

для этого вначале определим среднеарифметическую температуру

,

отсюда температура потока определяется по формуле

,

К.

Из уравнения теплового баланса определим температуру нефти в пристенном слое

,

К.

Для T_П и T_СТ определим вязкость, плотность, теплоемкость и теплопроводность по формуле Филимонова

,

,

,

м²/с,

м²/с.

Плотность определяем по формуле Менделеева

,

,

,

кг/м³,

кг/м³.

Теплоемкость определяем по формуле

,

,

Дж/кг∙К,

Дж/кг∙К.

Теплопроводность определяется по формуле

,

,

Вт/м∙К,

Вт/м∙К.

Критерий Рейнольдса

,

.

Критерий Гросгофа

,

.

Рис. 7.3. Зависимость температуры нефти от длины участка нефтепровода

Критерий Прандтля

,

,

,

,

определение α₁

,

,

Ошибка: .

Таблица 7.1

Распределение температуры по длине нефтепровода