Способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком (варианты)

 

Использование: изобретение относится к способам снижения гидравлической нагрузки на трубодровод и может быть использовано, в частности, при транспортировке нефти по трубопроводам. Сущность изобретения: обеспечивается снижение величины и продолжительности гидроудара за счет создания в трубопроводе участка течения неполным сечением. Подают жидкость в верхнее сечение 2 трубопровода 1 с расходом в определенном диапазоне и вводят газ в трубопровод 1 вдувом через патрубок, в результате чего создается течение жидкости с неполным заполнением сечения участка трубопровода 1. При резком торможении жидкости в нижней части трубопровода 1 резко повышается давление в потоке жидкости и волна давления по трубопроводу распространяется вплоть до зоны с неполным заполнением сечения. При выделении газа в трубопровод 1 из жидкости за счет уменьшения гидросопротивления в нижнем сечении 3 трубопровода 1 создается течение жидкости с неполным заполнением сечения, что приводит к снижению гидростатической и динамической нагрузок. 2 ил.

Изобретение относится к способам снижения гидравлической нагрузки на трубопровод и может быть использовано, в частности, при транспортировке нефти по трубопроводам.

Известен способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, заключающийся в том, что понижают давление жидкости в трубопроводе. Понижение давления жидкости осуществляют в процессе гидроудара путем постановки в трубопровод демпфирующего объема, принимающего в себя часть жидкости из трубопровода при гидроударе. (Е.Л. Левченко и Н.И. Паничкин "Переходные процессы в трубопроводе с податливостью при внешнем воздействии" в сборнике "Кавитационные автоколебания в насосных системах", ч.2, материалы совещания, издательство "Наукова думка", Киев, 1976, с. 80-85, рис. 1).

Недостатком известного способа является то, что для больших трубопроводов, перекачивающих, например, нефть при заправке нефтеналивных танкеров, требуются толстостенные емкости большого объема, что приводит к большим неудобствам в эксплуатации из-за последующего откачивания большого количества жидкости из этой емкости. Кроме того, величина газового объема должна постоянно контролироваться, а наличие горючих паров рабочей жидкости в воздушной подушке объема таит опасность взрыва.

Известен способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, заключающийся в том, что понижают давление жидкости в трубопроводе. Понижение давления жидкости осуществляют с помощью расположенной в трубопроводе турбины. (Н. М. Щапов "Турбинное оборудование гидростанций", М-Л, Государственное энергетическое издательство, 1961, с.273, рис. 16-10).

Недостатком известного способа является то, что в случае незапланированного торможения турбины в трубопроводе возникает гидроудар, приводящий к разрушению трубопровода. Для снижения нагрузки от гидроудара в трубопроводе необходимо предусматривать дополнительные мероприятия. Кроме того, давление снижается только в трубопроводе за турбиной, а трубопровод, расположенный выше турбины, остается под давлением (под нагрузкой).

В основу изобретения поставлена задача создания способа транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком за счет создания в трубопроводе участка течения неполным сечением, обеспечивающего снижение величины и продолжительности гидроудара.

Задача создания способа транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, может быть решена двумя вариантами. По первому варианту задача создания способа транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, решается тем, что в способе транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, заключающемся в том, что понижают давление жидкости в трубопроводе, согласно изобретению понижение давления жидкости в трубопроводе осуществляют подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, и введением газа в трубопровод.

Понижение давления жидкости в трубопроводе, осуществляемое подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, позволяет при введении газа в трубопровод создать течение с неполным заполнением сечения трубопровода, что обеспечивает, в свою очередь, одновременное снижение величины и продолжительности гидроудара.

По второму варианту задача создания способа транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, решается тем, что в способе транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, заключающемся в том, что понижают давление жидкости в трубопроводе, согласно изобретению понижение давления жидкости в трубопроводе осуществляют подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, и снижают гидросопротивление в нижнем сечении трубопровода так, чтобы гидростатическое давление в нижнем сечении было ниже гидростатического давления сплошного столба жидкости от верхнего до нижнего сечения трубопровода.

Снижение давления жидкости в трубопроводе, осуществляемое подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, и снижение гидросопротивления в нижнем сечении трубопровода так, чтобы гидростатическое давление в нижнем сечении было ниже гидростатического давления сплошного столба жидкости от верхнего до нижнего сечения трубопровода, позволяет за счет кипения жидкости и газовыделения при низком давлении создать течение жидкости с неполным заполнением сечения трубопровода, что обеспечивает одновременное снижение величины и продолжительности гидроудара.

На фиг. 1 изображена схема трубопровода, по которому жидкость перетекает самотеком, с патрубком для вдува газа (вариант 1); на фиг. 2 схема трубопровода, по которому жидкость перетекает самотеком и осуществляется введение газа из жидкости (вариант 2).

Способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, осуществляется на наклонном трубопроводе 1. В верхнее сечение 2 подается жидкость. За нижним сечением 3 расположен участок 4 трубопровода, подающий жидкость потребителю. На трубопроводе 1 может быть расположен патрубок 5 для введения газа в трубопровод вдувом (фиг.1). В нижнем сечении 3 может быть расположена задвижка 6 (фиг.2).

Способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, осуществляется следующим образом. Подают жидкость в верхнее сечение 2 трубопровода 1 с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода 1 при отсутствии перепада давления по трубопроводу 1, определяемый по математическому выражению (П.Г. Киселев "Гидравлика. Основы механики жидкости", М. изд. "Энергия", 1980, с. 151 и 154) где F площадь сечения трубопровода, м²; R_г F/П гидравлический радиус, м; П периметр трубопровода, м; I уклон трубопровода; C = 1/nR⁰_т^,2 коэффициент Шези; n коэффициент шероховатости трубопровода и вводят газ в трубопровод 1 вдувом через патрубок 5. Введение газа в трубопровод 1 позволяет создать течение жидкости с неполным заполнением сечения трубопровода.

При резком торможении жидкости в нижней части трубопровода 1 резко повышается давление в потоке жидкости и волна давления распространяется по трубопроводу вплоть до зоны с неполным заполнением сечения, однако из-за того, что участок сплошного потока жидкости, в котором формируется гидроудар, простирается только до зоны неполного сечения, то он оказывается меньше длины всего трубопровода.

Таким образом, волна давления от гидроудара не только не проникает через участок с неполным заполнением сечения в верхнюю часть трубопровода, но и уровень и продолжительность гидроудара снижаются.

При введении газа в трубопровод 1 из жидкости уменьшением гидросопротивления в нижнем сечении 3 трубопровода 1 путем открытия проходного сечения задвижки 6 так, чтобы гидростатическое давление в нижнем сечении 3 трубопровода 1, равное сумме гидропотерь на участке 4 трубопровода за нижним сечением 3 трубопровода 1 и давлению на выходе из трубопровода, в диапазоне расходов, подаваемых в верхнее сечение 2, было ниже гидростатического давления сплошного столба жидкости от верхнего до нижнего сечений 2 и 3 трубопровода 1 создается течение жидкости с неполным заполнением.

Переход на режим с неполным заполнением сечения сопровождается падением давления жидкости в трубопроводе до уровня давления насыщения пара и выделением паров из жидкости и газовыделением растворенного в жидкости газа и приводит к заполнению парогазовой смесью созданного пустого пространства. При течении с неполным заполнением давление в любой точке жидкости по длине трубопровода постоянно и равно давлению, создаваемому в парогазовой смеси, что приводит к снижению гидростатической нагрузки как на участок трубопровода с течением неполным заполнением сечения, так и на нижележащий участок трубопровода с полным заполнением.

Наклонный трубопровод 1 может иметь более сложный профиль: состоять из нескольких трубопроводов с различными уклонами. Для каждого наклонного участка трубопровода сохраняются условия снижения гидравлической нагрузки на трубопровод.

Пример 1 применения способа.

Подают жидкость нефть в верхнее сечение трубопровода диаметром D 1,2 м, длиной L 3000 м, разность высот между верхним и нижним сечениями H 150 м с расходом, требуемым для потребителя Q 4,17 м³/с. Этот расход укладывается в диапазон более нуля и менее величины
где F = D²/4 = 1,2²/4 = 1,131 м²
005
n 0,012 определяется по справочным таблицам.

C = 1/nR⁰_т^,2 = 1/0,0120,3^0,2 = 65,5


Для создания газового пузыря под давлением 1,3 ата в трубопровод 1 по патрубку 5 вводят газ (азот). При фиксированном расходе на выходе из трубопровода наличие в трубопроводе пузыря с давлением 1,3 ата приводит к уменьшению высоты сплошного столба нефти не величину

где плотность нефти,
ускорение свободного падения,
и в трубопроводе 1 на длине

реализуется течение жидкости с неполным заполнением сечения трубопровода.

Пример 2 применения способа.

Подают жидкость (нефть) в верхнее сечение 2 трубопровода 1 диаметром D 1,2 м, длиной L 3000 м, разность высот между верхним и нижним сечениями 2 и 3 H= 150 м. Расход, требуемый для потребителя, Q 4,17 м³/с. Этот расход укладывается в диапазон более нуля и менее величины

где F = D²/4 = 1,2²/4 = 1,131 м²

n 0,012 определяется по справочным таблицам.

C = 1/nR⁰_т^,2 = 1/0,0120,3^0,2 = 65,5


Уменьшают гидросопротивление за нижним сечением 3 трубопровода 1, т.е. полностью поднимают заслонку задвижки 6, что соответствует ее коэффициенту гидравлического сопротивления K₃ 0,07.

Величина потерь на участке трубопровода 1 за нижним сечением 3 при полностью открытой задвижке 6 будет равна

где 1 50 м длина участка трубопровода 1 за нижним сечением 3,
D 1,2 м диаметр участка трубопровода 1 за нижним сечением 3,
коэффициент потерь,
= 0,110^-3 м коэффициент шероховатости трубопровода 1
Re число Рейнольдса.

Давление в нижнем сечении 3 трубопровода 1 при заданном потребителем расходе Q 4,17 м³/с равно H₃ H + h_вых 0,57 + 11,7 12,27 м, где давление жидкости (нефти) на выходе из трубопровода, соответствующее атмосферному давлению P_вых = 1 ата (10⁵ Н/м²)..

Это значительно ниже разности высот Н 150 м между нижним и верхним сечениями 2 и 3 трубопровода 1, поэтому на длине

реализуется течение жидкости с неполным заполнением сечения трубопровода, где h_пар давление паров в трубопроводе в метрах столба нефти, соответствующее Р_пар 0,7 ата (0,710⁵ H/м)

плотность нефти.

Формула изобретения

1. Способ транспортировки по трубопроводу жидкости, перемещающейся самотеком, включающий снижение давления жидкости в трубопроводе, отличающийся тем, что понижение давления жидкости в трубопроводе осуществляют подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, и введением газа в трубопровод.

2. Способ транспортировки по трубопроводу жидкости перемещающейся самотеком, включающий снижение деления жидкости в трубопроводе, отличающийся тем, что понижение давления жидкости в трубопроводе осуществляют подачей жидкости в верхнее сечение трубопровода с расходом, не превышающим расход в полностью заполненном сечении трубопровода при отсутствии перепада давления по трубопроводу, и снижают гидросопротивление в нижнем сечении трубопровода с выделением газа так, чтобы гидростатическое давление в нижнем сечении было ниже гидростатического давления сплошного столба жидкости от верхнего до нижнего сечения трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2