Материал: 2482

8.СЛИВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Впроцессе слива (налива) нефтепродуктов определяют скорость истечения, расход вытекающей жидкости и время ее истечения. Насадком называют короткий патрубок (сопло), присоединенный к отверстию в тонкой стенке, имеющей длину (3 ÷ 4) d0 и увеличивающий пропускную способность отверстия. Стенка считается тонкой, если ее толщина δ < 0,2 d0, где d0 – диаметр отверстия.

При изучении истечения жидкости через отверстия и насадки движение рассматривается на коротком отрезке, поэтому сопротивления по длине потока очень малы и ими пренебрегают. Потерю напора в этом случае можно относить только за счет местных сопротивлений.

8.1.Истечение жидкости через отверстия

На рис. 8.1 показано истечение жидкости через отверстие в тонкой стенке.

Рис. 8.1. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке

Рассмотрим вытекание жидкости из открытого сосуда в атмосферу через отверстие площадью F. При истечении жидкости из отверстия на некотором расстоянии от него происходит сжатие струи. Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия струи ε, представляющим собой отношение площади сжатого сечения струи Fсж к площади отверстия F [61]

Величина ε при истечении жидкости из больших резервуаров через малые отверстия равна 0,61 ÷ 0,63.

116

Обозначим постоянную высоту уровня жидкости над центром отверстия через H. Давление и скорость жидкости в сечении 1-1 через Р1; 1, в сечении 2-2 через Р2; 2.

Напишем уравнение Бернулли для сечений 1-1, 2-2, приняв коэффициент скорости α1 = α 2 = 1,

Пренебрегая скоростью движения жидкости в резервуаре ( 1 в виду ее малости) и учитывая потери напора только в местном сопротивлении, уравнение Бернулли можно записать в виде:

H P1 P2 22 22 ,

2g 2g

где – коэффициент местного сопротивления;

g – удельный вес жидкости, Н/м3.

Откуда

в частном случае, когда Р1 = Р2 = Ратм

Теоретическая скорость истечения из отверстия равна

Отношение действительной скорости истечения жидкости к теоретической называется коэффициентом скорости

щаяся в сосуде жидкость, затрачивается на создание скорости и на преодоление сопротивления (например, 0,97 , 97 % расходуется на создание скорости,

117

3 % – на потери в местном сопротивлении). Действительная скорость истечения будет равна Д Т .

Объемный расход жидкости определяется из выражений

Q Fсж Д ,

Fсж F ,

Обычно μ и ε определяются опытным путем, а коэффициент φ находится путем вычислений. Например, при ε = 0,64 и φ = 0,97; μ = 0,62.

Коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к теоре-

где V – объем жидкости в резервуаре, м3;– время истечения жидкости, с.

откуда, при необходимости, определяется d0, Д или Q.

Чтобы найти массовый расход, необходимо объемный расход умножить на плотность жидкости (М Q ).

8.2. Истечение жидкости через насадки

Для слива (налива) нефтепродуктов часто используют цилиндрические насадки (рис. 8.2).

Струя жидкости после выхода из сосуда и входа в насадок подвергается некоторому сжатию dсж = 0,8d, затем постепенно расширяется и заполняет все

118

поперечное сечение. В выходном сечении 2–2 коэффициент сжатия струи ε = 1. Коэффициент расхода будет равен коэффициенту скорости μ = 0,82.

Коэффициент расхода насадка больше коэффициента расхода отверстия в тонкой стенке примерно в 1,3 раза. Объясняется это тем, что насадок работает как насос в результате того, что на его входе образуется зона с пониженным давлением (разрежение).

Рис. 8.2. Истечение жидкости из внешнего цилиндрического насадка

При сливе нефтепродуктов из емкостей часто используют насадки с длинными шлангами (рис. 8.3). В данных шлангах (трубопроводах) дополнительно происходят потери напора на трение по длине

где – коэффициент гидравлического сопротивления; – средняя скорость движения жидкости, м/с; l – длина трубы, м; d – внутренний диаметр трубы, м; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Рис. 8.3. Цилиндрический насадок с трубой, используемый для слива нефтепродуктов

119

При расчете расхода нефтепродуктов по длинным трубопроводам, имеющим местные сопротивления, коэффициент расхода находят по формуле

1 l d

Определив , зная F и Н, находят действительный расход жидкости (неф-

тепродукта) и время истечения.

8.3. Истечение жидкости при переменном напоре

Задача об истечении жидкости при переменном напоре обычно сводится к определению времени опорожнения или наполнения всего сосуда в зависимости от начального наполнения, формы и размеров сосуда и отверстия. Такие задачи решают при наполнении и опорожнении резервуаров, цистерн, водохранилищ, бассейнов, шлюзовых камер. Необходимо иметь в виду, что в этих случаях вследствие непрерывного изменения напора, а следовательно, и непрерывного изменения скоростей и давлений всегда наблюдается неустановившееся движение жидкости, поэтому при расчетах нельзя использовать обычное уравнение Бернулли.

При решении таких задач полное время истечения жидкости разделяют на бесконечно малые промежутки, в течение каждого напор считают постоянным, а движение жидкости установившимся.

Рассмотрим простейший пример истечения жидкости в атмосферу через донное отверстие площадью s из открытого вертикального цилиндрического сосуда, одинакового по всей высоте поперечного сечения S (рис. 8.4, а).

Рис. 8.4. Истечение жидкости при переменном напоре:

а – ёмкость с постоянным сечением; б – ёмкость с переменным сечением

120