Файл: Смесеобразование при последовательной перекачке нефтепродуктов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 44
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа»
Лабораторная работа №1
На тему «Смесеобразование при последовательной перекачке нефтепродуктов»
По дисциплине «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов»
Вариант №5
Выполнил:
студент группы БМТ-19-01 А.А. Жернаков
Проверил:
Доцент В.Ф. Абсалямова
Уфа 2023
Теоретическое обоснование
В настоящее время в нашей стране и за рубежом светлые нефтепродукты, бензины, керосины, дизельные топлива, которых выпускается десятки наименований, перекачивают методом, получившим название последовательная перекачка прямым контактированием. При переработке нефти с установок заводов одновременно сходит множество видов нефтепродуктов, из которых значительную часть составляют так называемые светлые нефтепродукты и, прежде всего, моторные топлива. В результате последующего компаундирования (смешивания двух или нескольких продуктов переработки нефти для изготовления топлив заданных качеств) получают различные сорта нефтепродуктов, готовых к доставке потребителю. Понятно, что сооружение отдельного трубопровода для каждого из выпускаемых нефтепродуктов было бы нерентабельно, поэтому большинство из них транспортируют по одному и тому же трубопроводу, закачивая последовательно, один за другим.
Сущность последовательной перекачки прямым контактированием состоит в том, что разносортные нефтепродукты, объединенные в отдельные партии по несколько тысяч или десятков тысяч тонн каждая, закачивают в трубопровод последовательно, одна за другой, и транспортируют так до самого потребителя. При этом каждая партия вытесняет предыдущую и в свою очередь вытесняется последующей. Получается так, что нефтепродуктопровод по всей своей протяженности заполнен партиями различных нефтепродуктов, вытянутых в цепочку и контактирующих друг с другом в местах, где кончается одна партия и начинается другая. Таким образом, главным в последовательной перекачке нефтепродуктов является то, что различные виды и сорта нефтепродуктов перекачивают не по разным, а по одной и той же трубе.
Однако при всех своих достоинствах последовательная перекачка имеет один существенный недостаток, состоящий в смесеобразовании отдельных нефтепродуктов при их взаимном вытеснении в трубопроводе. Если смесеобразование так называемых одноименных нефтепродуктов, например, различных сортов бензина, или различных сортов дизельного топлива, представляет сравнительно небольшую угрозу качеству нефтепродуктов, ибо нефтепродукты, относящиеся к одной группе топлив, в большей степени совместимы друг с другом, чем нефтепродукты, относящиеся к различным группам; то смесеобразование разноименных нефтепродуктов, например, бензинов и дизельных топлив, бензинов и керосинов и т.д. представляет весьма серьезную угрозу их качеству. Тем не менее, последовательная перекачка нефтепродуктов прямым контактированием получила повсеместное и широкое распространение благодаря тому, что количество смеси, образующейся в зонах контакта последовательно движущихся партий, относительно невелико. Так что при наличии больших партий транспортируемых топлив вся смесь может быть разложена по исходным нефтепродуктам с сохранением качества последних.
Смесь, которая образуется в зоне контакта перекачиваемых нефтепродуктов при вытеснении одного из них другим, обусловлена объективными физическими процессами, присущими движению жидкости в трубопроводе. Если бы контактирующие нефтепродукты вытесняли друг друга наподобие жестких стержней с плоской границей раздела между ними, то их смешение в зоне контактирования, разумеется, отсутствовало бы. Однако жидкие нефтепродукты не есть твердые тела, и вытеснение одного из них другим происходит неравномерно по сечению трубы. Скорости частиц жидкости в различных точках сечения трубопровода неодинаковы: у стенок трубопровода они равны нулю, а на его оси достигают максимального значения. Поэтому вытеснение одного нефтепродукта другим происходит более интенсивно в центре трубы, в то время как у стенок трубопровода оно замедлено. Каждое мгновение клин позади идущего нефтепродукта как бы внедряется в жидкость, идущую впереди, причем тем интенсивней, чем более вытянут вдоль оси профиль осредненных скоростей. Происходит, как говорят, конвекция (или конвективная диффузия) примеси одного нефтепродукта в другом за счет и вместе с перемещающимися друг относительно друга слоями жидкости.
Неравномерность распределения в сечении трубопровода осредненных скоростей жидкости не является единственной причиной, ответственной за смесеобразование нефтепродуктов в зоне их контактирования. Как правило, светлые нефтепродукты перекачивают в турбулентном режиме, при котором частицы жидкости движутся в трубе не параллельно его стенкам, а совершают хаотические турбулентные движения, подобно тому, как это можно видеть в дымовых струях, вырывающихся из труб ТЭЦ. В турбулентных потоках существует интенсивное перемешивание различных частиц по сечению трубы за счет пульсаций скорости и указанных хаотических движений отдельных частиц. Поэтому турбулентная диффузия, а именно так называют этот процесс, перемешивает клин вытесняющей и вытесняемой жидкостей по сечению трубопровода, обеспечивая их более или менее однородное распределение в каждом сечении.
Таким образом, процесс смешения вытесняемого и вытесняющего нефтепродуктов происходит по следующей схеме: клин позади идущего нефтепродукта внедряется в нефтепродукт, идущий впереди, а процессы турбулентной диффузии размешивают внедрившуюся примесь по сечению трубы. При этом за счет того, что концентрация вытесняющего нефтепродукта на оси трубы больше, чем у его стенок, происходит постоянный перенос вытесняющего нефтепродукта вперед, в область, занятую вытесняемым нефтепродуктом. И, наоборот, по той же причине происходит обратный перенос вытесняемого нефтепродукта назад, в область вытесняющего. Эти два процесса неотделимы друг от друга. Они действуют постоянно и одновременно на протяжении всего времени вытеснения, определяя интенсивность продольного перемешивания, объем и длину возникающей смеси.
Распределение концентрации. Смесь нефтепродуктов в зоне их контактирования характеризуется концентрацией
одного нефтепродукта (например, вытесняющего) в потоке вдоль оси 
трубопровода в момент времени 
. Если 
и 
, значит, мы имеем дело с смесью. В области смеси 
, причем если 
– мы находимся в области вытесняющего нефтепродукта, если же 
, то – в области идущего впереди вытесняемого нефтепродукта. Функция удовлетворяет дифференциальному уравнению продольного перемешивания
:
относящемуся к классу уравнений «типа теплопроводности». В этом уравнении
– средняя по сечению скорость перекачки; 
– коэффициент продольного перемешивания (м2/с). Для последнего существуют различные формулы, среди которых наиболее известна формула английского механика Дж. Тейлора. Эта формула после некоторой модификации может быть представлена в виде:
где
– гидравлического сопротивления, вычисленные попараметрам вытесняемого и вытесняющего нефтепродуктов;
– внутренний диаметр трубопровода. Например, при вытеснении бензина 
дизельным топливом 
в трубопроводе с внутренним диаметром 
при скорости перекачки 
Существуют и другие формулы для расчета коэффициента
продольного перемешивания, например, формула Съенитцера, учитывающая некоторые поправки на перекачку нефтепродуктов в промышленных трубопроводах.
Решение уравнения (1.1) имеет вид:
Интеграл, стоящий в правой части, хорошо известен в теории вероятностей как «интеграл ошибок». Для его вычисления имеются подробные таблицы.
В подвижной системе отсчета
, движущейся со средней скоростью потока в трубе, распределение концентрации вытесняющего нефтепродукта имеет вид, представленный на рисунке 1.1. Жирной линией выделено начальное распределение концентрации, тонкими линиями показаны распределения концентрации в последовательно увеличивающиеся моменты времени.
Рисунок 1.1 – Распределение концентрации в подвижной системе отсчета
Объем смеси. Объем
смеси перекачиваемых нефтепродуктов, образовавшийся в трубопроводе к моменту времени 
в пределах концентраций 
, определяется равенством:
в которой
– объем внутренней полости трубопровода.Задания к лабораторной работе
Лабораторная работа №1 базируется на компьютерной программе «Смесь». Для этого необходимо войти в файл «Практикум» и вызвать изучаемую лабораторную работу. Внимательно прочитать и закрепить теоретический материал, затем изучить основное и дополнительные задания к лабораторной работе. Далее необходимо усвоить ход и порядок выполнения работы с использованием программы «Смесь» и согласно своего варианта приступить к выполнению самого задания, которое состоит из основного и дополнительного.
Основное задание. По нефтепроводу протяженностью
, внешним диаметром 
, толщиной стенки 
и абсолютной шероховатостью внутренней поверхности трубы 
ведется последовательная перекачка бензина (кинематический коэффициент вязкости 
) и дизельного топлива (кинематический коэффициент вязкости 
) с расходом Q. Определить объем смеси, образующийся в каждом контакте партий этих нефтепродуктов.Исходные данные к расчету по вариантам представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Исходные данные
| вариант |  |  |  |  |  |
| 5 |  |  |  |  |  |