Курсовая работа (т): Проект новой функциональной блок-схемы установки подготовки нефти

где l - длина трубки теплообменника, м; n - число параллельно работающих труб;  и - коэффициенты теплоотдачи с внутренней и наружной стороны трубы, Вт/(м2 .0С); r1 и r2 - внутренний и наружный радиус трубы, м; - толщина i-го слоя, м;  - теплопроводность i-го слоя, м; K - коэффициент теплопередачи, отнесенных к поверхности S, Вт/(м2 .0С); S=- общая поверхность теплопередачи, м2 ; d - наружный диаметр трубы.

Количество переданной теплоты Q определяют из теплового баланса

Q = G1cp1(t-t)=G2cp2(t-t), (1.3)

где cp1 и cp2 - удельная теплоемкость жидкостей 1 и 2, Дж/(кг. 0С); t- начальная температура нагреваемой жидкости, 0С; t - конечная температура нагреваемой жидкости, 0С; t- начальная температура охлаждаемой жидкости, 0С; t- конечная температура охлаждаемой жидкости, 0С.

Средний температурный напор, входящий в (1.2), при прямотоке или противотоке определяют как средне логарифмический

tcp = , (1.4)

где t0 и ts - разность температур жидкостей на обоих концах теплообменника. При прямотоке t0=t-t, ts=t-t, при противотоке t0=t-t, ts=t-t.

Если t0/ts2, то вместо среднего логарифмического температурного напора можно использовать средний арифметический.

cp1(t -t)=, (1.5)

где G1 и G 2 - соответственно количество поступающей в теплообменник безводной (горячей) и обводненной нефти (холодной), кг/ч; Gэ - количество поступающей пластовой воды вместе с нефтью, кг/ч; cp1, cp2, cp3 - удельные теплоемкости соответственно горячей, холодной нефти и пластовой воды, Дж/(кг.0С); t- температура эмульсии при входе в теплообменник, 0С; t- температура безводной (горячей) нефти при входе в теплообменник, а t- температура этой нефти при выходе из теплообменника, 0С; t - температура эмульсии, нагреваемая в теплообменнике (неизвестная), 0С;  - к.п.д. теплообменника.

Формулу (5) можно представить так:

cp1 (t- t)= Gэ cp3(t- t):, (1.6)

а удельную теплоемкость эмульсии так:

= cpн+В(cpв- cpн), (1.7)

где В - содержание воды в эмульсии; cpн и cpв - соответственно удельная теплоемкость нефти и воды, Дж/(кг.0С); Gэ - массовый расход эмульсии, кг/ч.

Требуется определить длину теплообменника для нагревания G1= 14000 кг/ч раствора от температуры t= 120С до t = 920С.

Исходные данные: Удельная теплоемкость раствора cp = 4050 Дж/(кг.0С). Для нагревания используется G2 = 33000 кг/ч парового конденсата при температуре t= 1200С. Теплообменник имеет 100 труб диаметром 25*2 мм. В межтрубном пространстве установлены перегородки. Коэффициент теплоотдачи: для раствора, движущегося по трубкам,  = 520 Вт/(м2 .0С); для конденсата движущегося в межтрубном пространстве,  = 2300 Вт/(м2 .0С); теплопроводность стенки труб ст=45 Вт/(м .0С), толщина слоя отложения на стенках труб отл = 0,3мм, а их теплопроводность отл =1,7 Вт/(м .0С).

Решение. Количество теплоты, передаваемой в единицу времени,

= G2cp1(t-t)=МВт.

Конечную температуру греющего агента определяют из уравнения

= G2cp2 (t- t),

Откуда

= 120-.

Так как конечная температура греющего агента меньше конечной температуры нагреваемой жидкости, должен быть предусмотрен противоток.

Изменение температуры

= 12 t = 920С=87 t= 1200С

Средний температурный напор

tср=

Длина теплообменника, согласно (2)

=

Подставляя в данное уравнение числовые значения величин: внутренний радиус трубы r1 ; r2 - наружный радиус трубы; rср отл и rср ст - средние радиусы отложений и стенки трубы, определим длину теплообменника

=1,2 м.

.1.2 Расчет веутрипромыслового нефтепровода

При гидравлических расчетах системы сбора на нефтяных месторождениях приходится сталкиваться с различными условиями движения продукции скважин по трубам. При транспорте ее за счет пластовой энергии в выкидных линиях скважин наблюдается движение двухфазной газожидкостной смеси, а при обводнении - трехфазной смеси.

Водонефтяные эмульсии почти всегда являются вязкопластичными жидкостями. Движение продукции осложняется также присутствием в потоке твердых частиц - механических примесей, парафинов и асфальтенов. При использовании печей при транспортировке нефти или, учитывая естественные потери тепла в окружающую среду, приходится выполнять гидравлические расчеты, учитывающие неизотермичность процесса.

Методика расчета

Гидравлический расчет трубопровода предусматривает определение перепада давления по его длине, диаметра трубопровода или его пропускной способности. В основу расчета положено уравнение Бернулли

(z1+p1/rg+w12/2g) - (z2+p2/rg+w22/2g)=hП (1.8)

Где:, z2 - геодезические отметки, м.;, p2 - начальное и конечное давление;,w2 - скорость жидкости в начале и в конце трубопровода, м/с;П - путевые потери напора, м.

Путевые потери напора складываются из потерь на трение и на местные сопротивления. При гидравлическом расчете промысловых трубопроводов местными сопротивлениями можно чаще всего пренебречь, пренебрегаем и сжимаемостью жидкости, тогда из (1.8) получим

Dp = Dpmp - Dzrg  (1.9)

или суммарные потери напора

= hmp ± (z1 - z2) (1.10)

Потери давления на трение определяются по уравнению Дарси - Вейсбаха

Dpmp =l*(Lrw2/ D2), (1.11)

а потери напора на трение из этой же формулы

Dhmp =l*(Lw2/ D2g), (1.12)

где:- длина трубопровода, м;- внутренний диаметр трубопровода, м;- средняя скорость течения жидкости в трубопроводе;

l - коэффициент гидравлического сопротивления, который зависит от режима течения (числа Рейнольдса) и относительной шероховатости труб.

Число Рейнольдса можно определить в зщависимости от расхода жидкости по формуле:

Re = wD/v или Re = wDr/m (1.13)

Где:=Q/F - скорость течения жидкости;- площадь поперечного сечения трубы;- кинематическая вязкость жидкости, м2/с;

m - динамическая вязкость жидкости, Па*с.

При числе Рейнольдса Re £ 2320 режим давления жидкости в трубе ламинарный и гидравлические сопротивления определяют по формуле Стокса

l = 64/Re (1.14)

При турбулентном режиме течения жидкости, когда Re > 2320, для определения l имеется ряд полуэмпирических формул.

При движении жидкости по трубам непосредственно у стенки труб образуется вязкий подслой, который может перекрывать или не перекрывать шероховатость этой трубы. Если микронеровности стенки не выступают за вязкий подслой, стенку считают гидравлически гладкой, если выступают - гидравлически шероховатой. Толщина вязкого подслоя зависит от скорости течения жидкости. Чем больше эта скорость, тем она меньше.

Существуют зоны гладкого, смешанного и шероховатого трения. Границы зон определяют величиной выступов шероховатости. В расчетах трубопроводов принимают «эквивалентную» шероховатость Кэ. Эквивалентная шероховатость определяется опытным путем. Для стальных цельнотянутых труб величина Кэ колеблется в пределах 0,1-0,2 мм.

Зона гладкого трения лежит в диапазоне чисел Рейнольдса от Re = 3000-4000 до Re = 15D/ Кэ, где D - внутренний диаметр трубопровода. В этой зоне справедлива формула Блазиуса

l = 0,3164/Re0,25 (1.15)

Зона смешанного трения лежит в диапазоне 15D/Кэ<Re<560D/Кэ. В этой зоне для расчета гидравлического сопротивления используется формула Альтшуля

l = 0,11(68/Re+2Кэ/D),25 (1.16)

Зона шероховатого трения (в диапазоне 560D/Кэ<Re и 2Кэ/D,<0,007) обычно называют автомодельной или квадратичной. В этой зоне величина 68/Re становится пренебрежимо малой по сравнению с 2Кэ/D,, и формула называется формулой Шифирсона и принимает вид

l = 0,11(2Кэ/D),25 (1.17)

В нефтепроводах наблюдается в основном турбулентный режим с зоной гидравлически гладких труб, а в газопроводах могут встречаться все вышеперечисленные режимы течения.

Расчеты трубопровода выполняются для наиболее сложных условий их работы - при максимальной нагрузке по жидкости и ее максимальной вязкости.

Приведенные формулы позволяют определить перепад давления на длине трубопровода и рассчитать начальное давление перекачки.

Гидравлический расчет простого напорного трубопровода, транспортирующего жидкость в однофазном состоянии, сводится к определению одного из следующих параметров:

пропускной способности трубопровода Q;

необходимого начального давления p;

диаметра трубопровода D.

Для определения пропускной способности трубопровода или его диаметра задаются режимы течения жидкости, а затем определяют Q или D, после чего обязательно проверяют правильность выбора режима по числу Рейнольдса.

По величине напора (или давления) можно определить мощность перекачивающего насоса

=wHrg/1000h (1.18)

Где:

h - общий коэффициент полезного действия насосной установки;

- переводной коэффициент Вт в кВт.

Расчет

Исходные данные:

По рельефному трубопроводу длиной L = 100 км транспортируется нефть с расходом Qн = 270 т/час. Плотность перекачиваемой нефти составляет rн = 885 кг/м3 при кинематической вязкости v = 1,21*10-4 м2/с.

Геодезические отметки начального и конечного участков нефтепровода составляют соответственно zн = 120 м и zк= 122м.

Определить: диаметр нефтепровода, давление нагнетания насоса и его мощность.

Решение: Перед расчетами необходимо произвести выбор движения нефти по трубам согласно таблице 12.1. При вязкости v=1,21*10-4 м2/с рекомендуемая скорость при всасывании w = 1,1м/с, при нагнетании w = 1,2 м/с.

Таблица 3.

Выбор скорости движения жидкости по трубопроводу

С учетом выбранной скорости нагнетания w = 1,2м/с определим диаметр трубопровода из формулы

= Qн/F = 4* Qн/3600pD2

Отсюда

= √(4*270)/(3600*3.14*1,2) = 0,282 м.

На основании расчетного диаметра выбираем по ГОСТу ближайшую по размерам трубу с внешним диаметром н = 325мм и толщиной стенок d = 10мм.

Внутренний диаметр труб будет

вн = Dн - 2d = 325 - 2*10 = 305мм,

тогда фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе с учетом выбранного диаметра

= 4Qн/3600pD2 = 4*270/3600*3,14*0,3052= 1,03м/с.

Режим движения жидкости по трубам определим по критерию Рейнольдса по формуле

= wDвн/v = 1,03*0,305/1,21*10-4 = 2588

Так как число Рейнольдса больше 2320, режим движения в трубопроводе турбулентный и определение коэффициента гидравлического сопротивления следует проводить по формуле Блазиуса

l = 0,3164/Re0,25 = 0,3164/25880,25= 0,044

Потери напора на трение составят по формуле

= 0,044*(100000*1,032/0,305*2*9,81)= 781,9м.

С учетом разницы геодезических отметок начала и конца трассы трубопровода суммарные потери напора жидкости составят по формуле