Сифонный слив нефтепродукта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Значительное количество нефти и нефтепродуктов доставляется железнодорожным, водным и автомобильными видами транспорта. При использовании любого из них невозможно обойтись без сливо-наливных операций. В зависимости от свойств нефтепродуктов применяют открытые и закрытые системы слива (налива). Нефтепродукты с температурой вспышки паров выше 393 К, как правило, через закрытые системы.

Принудительный слив применяется при выгрузке нефтепродуктов из нефтеналивных судов, для ускорения слива железнодорожных цистерн, при неисправном нижнем сливном приборе цистерн, а также во всех случаях, когда условия местности не позволяют организовать самотёк жидкости.

При неисправных сливных приборах железнодорожных цистерн или отсутствии сливных устройств, для герметизированного слива нефтепродуктов применяют верхний (сифонный) слив. [1]

1. Исходные данные

Рассчитать сифонный слив для авиационного бензина Аи - 93(летний), находящегося в вагонах-цистернах 15-1428, для железнодорожной эстакады КС-5. Слив нефтепродукта происходит в резервуар РВС 5000. Учитывая, что подключение всасывающего трубопровода к коллектору по центру на стояке находятся поворотное устройство, тройник, 1 задвижка; на всасе - фильтр, 4 задвижки, тройник; на нагнетании - 2 тройника, 4 задвижки.

Исходные данные:

температура слива, , ^оС, = 10 ^оС = 283 К;

время слива, , час, ;

внутренний диаметр стояка и шланга, ,м, ;

длина шланга, L, м, ;

длина трубы стояка, , м, ;

длина всасывающей линии, , м, ;

длина напорной трубы, , м, ;

уровень взлива в резервуаре, , м, ;

минимальное атмосферное давление, , МПа, ;

количество вагонов - цистерн, 26 шт.;

Нивелирные отметки:

Z, м, Z= 3м;

Z₁, м, Z₁= 2,5м;

Z₂ , м, Z₂= 3,5м;

Z₃ , м, Z₃= 5м;

Схема сифонного слива приведена на рисунке 1.

2. Теоретическая часть

В практике эксплуатации нефтебаз применяют различные системы слива и налива нефти и нефтепродуктов в железнодорожные цистерны, которые подразделяются на две основные группы. К первой группе относится принудительный способ слива-налива при помощи насосов. Ко второй относится самотечный слив-налив. Слив-налив при помощи насосов применяется, когда по условиям рельефа местности, расположения резервуаров и схемы коммуникации трубопроводов исключается применением самотечного слива-налива.

Слив и налив железнодорожных цистерн при помощи насосов может производиться через верхнюю горловину цистерн (верхний слив -- налив) или через нижний сливной прибор, расположенный снизу цистерны (нижний слив -- налив). К самотечному сливу относятся: самотечно-герметичный слив, самотечно-сифонный слив, открытый и закрытый самотечный слив. [2]

2.1 Принудительный слив

Основными видами принудительного слива нефтепродуктов из транспортных емкостей на железнодорожных станциях являются эжекторный и верхний (сифонный) сливы.

Погружные эжекторы используются для слива нефтепродуктов с высокой упругостью паров из железнодорожных цистерн через колпак и для зачистки железнодорожных цистерн от остатков светлых нефтепродуктов.

При выкачке в жаркое время года из железнодорожных цистерн и барж сырых нефтей и нефтепродуктов с большой упругостью паров наблюдается резкое снижение подачи поршневых насосов и полное прекращение выкачки центробежными насосами. Эти осложнения возникают из-за интенсивного образования паровых пробок во всасывающих трубопроводах в результате так называемого холодного вскипания жидкости. Чем выше упругость паров выкачиваемой жидкости и чем больше сопротивление во всасывающем трубопроводе, тем медленнее идет выкачка.

Для уменьшения вакуума во всасывающем трубопроводе была разработана эжекторная выкачка нефтей и нефтепродуктов с большой упругостью паров. В качестве рабочей жидкости используется выкачиваемая жидкость. За счет работы погружного эжектора вакуум во всасывающем трубопроводе уменьшается до нуля, а в некоторых случаях -- до избыточного давления, насосы работают с некоторым подпором, развиваемым эжектором.

При эжекторном сливе могут быть использованы три схемы совместной обвязки эжектора и насосов представленных на рисунке 2. В первой схеме требуется только основной насос, однако при этом давлении, развиваемом насосом, должно преодолеть все гидравлические сопротивления коммуникаций с учетом создания необходимого рабочего давления жидкости в эжекторе. Во второй схеме эжектор сам перекачивает нефтепродукт из цистерны в резервуар, а насос используется только для подачи рабочей жидкости на эжекцию. Третья схема применяется, когда развиваемый насосом напор недостаточен для преодоления всех сопротивлений коммуникаций и создания в эжекторе необходимого рабочего давления. При этом применяется второй насос.

При сливе в межрельсовый желоб применяются установки нижнего слива, герметически связанные со сливным прибором цистерны и приемным коллектором или желобом. Для маловязких нефтепродуктов применяются установки АСН-7Б, а для вязких - СПГ-200, отличающаяся наличием пароподогревающего устройства.

Верхний слив применяется лишь при неисправности нижних сливных приборов цистерн. Он обладает рядом недостатков:

- увеличиваются потери от испарения светлых нефтепродуктов через открытые люки и пожарная опасность;

- полнота слива цистерн практически не достигается и потери нефтепродуктов по этой причине весьма значительны;

- частые срывы работы насосов, что требует дополнительных вакуум - насосов для заполнения всасывающих коммуникаций или эжекторов для создания подпора жидкости во всасывающих коммуникациях. [4]

2.2 Самотечный слив

Самотечный слив применяется при благоприятном рельефе местности, когда разность геодезических отметок днища резервуара (цистерны), из которого происходит слив, и верхней кромки резервуара - приёмника обеспечивает достаточную производительность операции. При сливе железнодорожных цистерн резервуаром - приёмником может служить один из основных резервуаров, расположенных в резервуарном парке нефтебазы. Вязкие нефтепродукты часто сливают комбинированным способом - нефтепродукт из цистерн самотёком поступает в промежуточные, так называемые "нулевые" резервуары, расположенные вблизи фронта слива и заглублённые в грунт, а из "нулевых" резервуаров жидкость насосами перекачивается в основные резервуары нефтебазы.

Самотёчный слив может происходить по коммуникациям, работающим полным сечением (напорные трубопроводы, напорные коллекторы), или по коммуникациям, работающим неполным сечением (безнапорные трубопроводы, межрельсовые и прирельсовые желоба, сливные лотки и т.д.).

2.3 Верхний сифонный слив

Целью данной курсовой работы является расчет верхнего сифонного слива через комбинированную двустороннюю железнодорожную эстакаду.

Для расчета сифонного слива необходимо определить:

диаметры трубопроводных коммуникаций;

их гидравлический расчет;

подобрать насос для производства слива;

проверить коммуникации на устойчивость всасывания.

Алгоритм расчета сифонного слива таков. Исходя из объема нефтепродукта в цистерне и требуемой продолжительности слива, определяется необходимый расход в одном стояке. Затем находятся расчетные диаметры сливного стояка, коллектора, всасывающего и нагнетательного трубопроводов. После этого выбираются их стандартные значения. Затем производят гидравлический расчет трубопроводных коммуникаций, в который входят:

определение потери напора в стояке;

определение расхода нефтепродукта в коллекторе;

определение потери напора в коллекторе;

определение расхода во всасывающем и нагнетательном трубопроводах сливной коммуникации;

подсчёт суммарных потерь напора в трубопроводах фронта слива с учётом уровня нефтепродукта в резервуаре;

выбор насоса по требуемому напору и подаче;

проверка коммуникаций на устойчивость всасывания. [1]

слив нефтепродукт сифонный насос

3. Расчетная часть

Методика расчета данного раздела принята из литературы [1].

3.1 Определение диаметров и гидравлический расчёт трубопроводных коммуникаций

3.1.1 Определение диаметра труб коллектора

Условие движения жидкости в зоне смешанного трения,

< < .

Число Рейнольдса при течении бензина в стояке, ,

,

где		-	средняя скорость бензина в стояке, м/с,

,

,

		-	кинематическая вязкость, , , [1]

.

Первое переходное число Рейнольдса, ,

,

где		-	относительная шероховатость труб стояка,

,

где		-	эквивалентная шероховатость труб, мм, Кэ=0,2 мм , [1]

.

Второе переходное число Рейнольдса, ,

,

,

.

Условие выполняется, следовательно, течение бензина в стояке происходит в зоне смешанного трения турбулентного режима. Коэффициент гидравлического сопротивления движению жидкости в стояке, ,

,

.

Коэффициент гидравлического сопротивления в шланге, ,

,

где		-	внутренний диаметр стояка и шланга, м, ,

Необходимый расход через стояк, , ,

,

где		-	объём сливаемого нефтепродукта, , ; [1]
		-	требуемое время слива судна, ч, =2 ч,

.

Потери напора в шланге для трубы круглого сечения, , м,

,

где		-	длина шланга, м,,

Потери напора в трубах стояка, , м,

,

где		-	приведённая длина труб стояка,

,

где		-	длина труб стояка, м,
		-	суммарный коэффициент местных сопротивлений в стояке, м,

,

где		-	коэффициент местных сопротивлений на плавных поворотах под углом , ; [1]
		-	коэффициент сопротивления задвижки, =; [1]
		-	коэффициент сопротивления поворотного устройства с сальниковой набивкой, ; [1]
		-	коэффициент сопротивления тройника, = , [1]

,

,

Необходимый расход бензина через одну половину коллектора, , ,

,

где		-	количество стояков, подключённых к коллектору справа от точки присоединения всасывающего трубопровода, ,

.

Расчётный диаметр коллектора, , м,

,

где		-	ориентировочная средняя скорость перекачки нефтепродукта вязкостью на , линии всасывания, , ,[1]

Внутренний диаметр труб коллектора, , м,



где		-	стандартный наружный диаметр труб коллектора, м;
		-	толщина стенки, мм, , [1]

Условие движения жидкости в зоне смешанного трения,

.

Число Рейнольдса при течении бензина в коллекторе, ,

,

где		-	средняя скорость бензина в стояке, м/с,

,

,

.

Первое переходное число Рейнольдса, ,

,

где		-	относительная шероховатость труб стояка,

,

где		-	эквивалентная шероховатость труб, мм, Кэ=0,2 мм , [1]

,

,

Второе переходное число Рейнольдса, ,

,

Условие выполняется, следовательно, течение бензина в трубопроводе стояка происходит в зоне смешанного трения турбулентного режима.

Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне смешанного трения, ,

,

.

Потери напора в коллекторе (с учетом переменности расхода по длине) при турбулентном режиме, , м,

где		-	коэффициент, учитывающий изменение расхода по длине коллектора при турбулентном режиме, ; [1]

Приведённая длина трубы коллектора, , м,

,

где		-	длина коллектора, м,

,

где		-	расстояние между сливными стояками, м, ;
		-	количество стояков слева от всасывающей трубы, ,

,



		-	местные сопротивления в коллекторе,

,

где		-	сопротивление в тройнике,,

,

3.1.2 Определение диаметра труб всасывающего и напорного трубопроводов

Расход бензина во всасывающем трубопроводе, , ,

,

Расчётный диаметр всасывающего трубопровода, , м,

,

Внутренний диаметр труб всасывающего трубопровода, , м,



где		-	стандартный наружный диаметр бесшовных труб, мм, ; [1]
		-	толщина стенки, мм, ,[1]

Условие движения жидкости в зоне смешанного трения,

.

Число Рейнольдса при течении бензина во всасывающем трубопроводе,,

,

где		-	скорость течения бензина во всасывающем трубопроводе, м/с,

,

,

Первое переходное число Рейнольдса, ,

,

где		-	относительная шероховатость труб всасывающего трубопровода,

,

где		-	эквивалентная шероховатость труб, мм, Кэ=0,2 мм , [1]

,

.

Второе переходное число Рейнольдса, ,

,

,

.

Условие выполняется, следовательно, течение бензина во всасывающем трубопроводе происходит в зоне смешанного трения турбулентного режима.

Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне смешанного трения, ,

,

.

Потери напора во всасывающем трубопроводе (с учетом переменности расхода по длине) при турбулентном режиме, , м,

где		-	приведённая длина всасывающего трубопровода, м,

,

где		-	местные сопротивления всасывающего трубопровода,

,

где		-	сопротивление задвижки, ;
		-	сопротивление фильтра, ;
		-	сопротивление на тройнике, ,

Расход бензина в напорном трубопроводе, , ,

,

Расчётный диаметр напорного трубопровода, , м,

,

где		-	ориентировочная средняя скорость перекачки нефтепродукта вязкостью в напорном трубопроводе, , ,[1]

Внутренний диаметр напорного трубопровода, , м,

,

где		-	стандартный наружный диаметр труб, мм, ; [1]
		-	толщина стенки, мм, м, [1]

Условие движения жидкости в зоне смешанного трения,

.

Число Рейнольдса при течении бензина в напорном трубопроводе, ,

,

где		-	скорость течения бензина в напорном трубопроводе, м/с;

,

,

.

Первое переходное число Рейнольдса, ,

,

где		-	относительная шероховатость труб напорного трубопровода,

,

где		-	эквивалентная шероховатость труб, мм, Кэ=0,2 мм , [1]

,

.

Второе переходное число Рейнольдса, ,

,

,

Условие не выполняется, следовательно, течение бензина в напорном трубопроводе происходит в зоне квадратичного трения турбулентного режима. Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне смешанного трения, ,

,

.

Потери напора в напорном трубопроводе, , м,

,

где		-	приведённая длина напорного трубопровода, м,

,

где		-	местные сопротивления напорного трубопровода,

,

где		-	сопротивление задвижек, ;[1]
		-	сопротивление тройника, ;[1]
		-	сопротивление в плавном повороте на 900, ;[1]
		-	сопротивление при входе в резервуар, ;[1]

,

.

Разность геодезических отметок днища резервуара и нижней образующей цистерны, , м,

,

.

Необходимый напор насоса при полном взливе в резервуаре, Н, м,

,



где		-	уровень взлива в резервуаре, м, ,

.

3.2 Выбор насоса

По найденной величине напора Н и требуемому расходу слива выбираем наиболее подходящий тип насоса 8НДвН с номинальным напором 28 м и номинальной подачей 500 м³/ч. [1]

Коэффициенты напорной характеристики данного насоса: [1]

;

;

.

3.3 Проверка коммуникаций на устойчивость всасывания

3.3.1 Определение напора и потерей напора на участках трубопровода до насоса

Схема к расчету напора и потерей напора на участках трубопровода приведена на рисунке 3.

Напор, соответствующий разности минимального атмосферного давления и давления упругости паров в метрах столба бензина, , м,

,



где		-	минимальное атмосферное давление, МПа, ;
		-	напор, соответствующий давлению насыщенных паров нефтепродукта, Па,

,

где		-	давление насыщенных паров по Рейду, (ГОСТ 1756 - 52);
	T	-	температура, при которой определяется , К,

.

		-	плотность бензина при температуре перекачки, кг/м3,

,

		-	температурная поправка, , [1]

,

Уточненный фактический расход сливаемого бензина в коммуникациях с учетом выбранного типа насоса, , ,

,



где		-	расчетный коэффициент,

,

где		-	общее число стояков,,

,

где		-	расчётный коэффициент,

,

.

		-	расчетный коэффициент, ,

.

Расход бензина в шланге и стояке, , м³/с,

,

.

Расход бензина в коллекторе, , ,

,

.

Условие течения жидкости в зоне смешанного трения,

< < .

Число Рейнольдса в трубах стояка, ,

,

где		-	фактическая скорость бензина в шланге и в трубах стояка, ,

,

,

.

.

Условие не выполняется, следовательно, течение бензина в трубопроводе стояка происходит в зоне квадратичного трения турбулентного режима. Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне квадратичного трения, ,

,

.

Потери напора в шланге по формуле, , м,

,

.

Потери напора в стояке от точки присоединения шланга до первого поворота, , м,

,

где		-	длина участка от точки присоединения шланга до первого поворота, м, ,

.

Общие потери напора между точками нижнего конца шланга до первого поворота с учетом изменения высоты положения бензина, , м,

.

Потери напора на участке между двумя плавными поворотами на стояке, , м,

,

где		-	приведенная длина участка между двумя плавными поворотами на стояке, м,

,

где		-	длина участка между двумя плавными поворотами на стояке, м, ,
		-	местные сопротивления на данном участке трубы стояка,

,

где		-	сопротивления в плавном повороте на , ,

,

,

.

Потери напора на участке от конца второго поворота до низа стояка, , м,

,

где		-	приведенная длина участка (до низа стояка) с учетом имеющихся местных сопротивлений (поворотное устройство, 1 задвижка, тройник), м,

,

где		-	длина данного участка, м, ;
		-	местные сопротивления на данном участке трубы стояка,

,

где		-	сопротивление поворотного устройства с сальниковой набивкой, ;
		-	сопротивление в задвижке, ;
		-	сопротивление тройника, ,

,

,

.

Условие течения жидкости в зоне смешанного трения,

.

Число Рейнольдса при течении бензина в коллектора, ,

,

где		-	фактическая скорость бензина на выходе из коллектора, ,

,

,

,

.

Условие выполняется, следовательно, течение бензина в трубопроводе стояка происходит в зоне смешанного трения турбулентного режима.

Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне смешанного трения,

,

.

Потери напора в коллекторе, (полагаем, что он горизонтальный), до точки врезки всасывающего трубопровода, , м,

,

где		-	приведенная длина коллектора, м,

,

где		-	длина коллектора, м,

,

где		-	расстояние между стояками, м, ;
		-	количество стояков справа от всасывающей трубы,,

.

		-	местные сопротивления в коллекторе,

,

где		-	сопротивление в тройнике, ,

,

,

.

Условие течения жидкости в зоне смешанного трения,

.

Соответствующее число Рейнольдса, ,

,

где		-	фактическая скорость бензина во всасывающем трубопроводе, , ,

,

,

,

.

Условие не выполняется, следовательно, течение бензина во всасывающем трубопроводе происходит в зоне квадратичного трения турбулентного режима.

Коэффициент гидравлического сопротивления для движения жидкости в зоне квадратичного трения, ,

,

.

Потери напора на участке всасывающего трубопровода, , м,

,

		-	приведённая длина всасывающего трубопровода на данном участке, м,

,

где		-	длина всасывающего трубопровода, м,;
		-	местные сопротивления во всасывающем трубопроводе,

,

где		-	сопротивление задвижки, ;
		-	сопротивление фильтра, ;
		-	сопротивление тройника, ;

,

,

.

3.3.2 Построение графика остаточных напоров при сифонном сливе

График остаточных напоров приведен на рисунке 3.

Порядок построения:

- откладываем найденную величину от нижней образующей цистерны в соответствии с выбранным масштабом;

- откладывая величину от точки 1' вниз, получаем точку 2';

- откладывая величину на вертикали 5 - 3 от координаты точки 2' вниз, получаем точку 3';

- откладывая на вертикали 5 - 3 от координаты точки 3' вверх, получаем точку 4';

- откладывая на вертикали 5 - 3 от координаты точки 4', получаем точку 5'.

- откладывая величину вниз по вертикали, проходящей через ось насоса, получаем точку 6'.

Соединив точки , получаем линию остаточных напоров.

Вывод

В данной курсовой работе был проведен анализ устройств для принудительного слива нефтепродукта из вагонов-цистерн и выбран для расчета верхний сифонный слив.

В результате, были определены диаметры трубопроводных коммуникаций, проведен гидравлический расчет трубопроводных коммуникаций, выбран насос 8НДвН с номинальным напором 28 м и номинальной подачей 500 м³/ч.

Проверены коммуникации на устойчивость всасывания.

Поскольку, линия остаточных напоров нигде не пересекла коммуникации, то, следовательно, устойчивость всасывания насоса обеспечена.

Таблица 1-Результаты расчета верхнего сифонного слива

Участок	Внутренний диаметр, м	Необходимый расход, м3/с	Потери напора, м	Потери напора при расчете на устойчивость всасывания
				обозначение на графике	потеря, м
Шланг	0,2	0,01	0,0023		0,0175
Стояк	0,2	0,01	0,023		0,116
					0,514
Коллектор	0,311	0,12	0,51		4,35
Всасывающий трубопровод	0,502	0,24	0,17		1,47
Нагнетательный трубопровод	0,357	0,24	6,26	-	-

Библиографический список

1 П.И.Тугунов, В.Ф.Новосёлов и др. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. - 658 с.

2 В.А.Бунчук Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. - М.: Недра, 1977. - 366 с.

3 В.Е.Губин. Слив и налив нефтей и нефтепродуктов. М.: Недра, 1972. 192 с.

4 Л.А.Мацкин, И.Л.Черняк, М.С.Илембитов. Эксплуатация нефтебаз. - М.: Недра, 1975. - 392 с.

Размещено на Allbest.ru