Коршак А.А., Коробков Г.Е., Муфтахов Е.М. Нефтебазы и АЗС
Подождите немного. Документ загружается.
231
Построение начинают с того, что от конца шланга вверх откла-
дывают напор
A
S
A
PP
H
g
,
U
равный высоте столба нефтепродукта, создающего минимальное
для данной местности атмосферное давление, за вычетом напора,
соответствующего давлению насыщенных паров нефтепродукта.
В точке 2 остаточный напор будет меньше на величину
ш
ш
Q
hzz
gD
212
12 2 1
2
8
,
O
S
где λ
ш
, D
ш
— соответственно коэффициент гидравлического сопро-
тивления и внутренний диаметр шланга; ℓ
1–2
— расстояние между
точками 1 и 2, имеющими высотные отметки z
1
и z
2
.
В точке 3 остаточный напор будет меньше, чем в точке 2, на ве-
личину
пр с
hfQ zz
2
23 . 23 3 2
,
где f
пр.с
— приведенный гидравлический уклон при единичном рас-
ходе в стояке.
Аналогично находятся величины остаточных напоров в осталь-
ных характерных точках сливной коммуникации.
Условием устойчивости всасывания является отсутствие пере-
сечений линии остаточных напоров и трубопроводной коммуника-
ции.
Эжекторы (струйные насосы) используются при верхнем сливе
нефтепродуктов с высокой упругостью паров, когда сифонный слив
с помощью насосов становится невозможным.
Конструкция эжектора показана на рис. 5.35. Он состоит из при-
емного патрубка 1, форкамеры 2, конфузора 3, камеры смешения 4,
диффузора 5, патрубка подвода рабочей жидкости 6 и сопла 7.
Эжектор работает следующим образом. Рабочая жидкость с рас-
ходом Q
p
по патрубку 6 подается к соплу 7. Так как площадь сече-
ния сопла значительно меньше площади сечения патрубка 6, то ско-
рость рабочей жидкости при истечении через сопло весьма велика.
В соответствии с уравнением Бернулли это приводит к падению
давления в форкамере 2, что является причиной подсасывания от-
качиваемой жидкости через приемный патрубок 1. Через конфузор
232
3 рабочая и подсасываемая жидкости поступают в камеру смеше-
ния 4. Здесь рабочая жидкость передает подсасываемой часть сво-
ей энергии. И, наконец, в диффузоре 5 за счет уменьшения скорости
смеси происходит частичное восстановление ее давления.
Рис. 5.35. Конструкция эжектора:
1 — приeмный патрубок; 2 — форкамера; 3 — конфузор; 4 — камера
смешения; 5 — диффузор; 6 — патрубок подвода рабочей жидкости;
7 — сопло
Основными параметрами эжекторов являются коэффициент
подмешивания (эжекции) u, перепад давления ∆Р
с
, восстанавливае-
мый эжектором, относительная площадь сечения камеры смешения
F
и коэффициент полезного действия η
э
.
По литературным данным, основные параметры эжекторов мо-
гут быть рассчитаны по формулам, приведенным в табл. 5.6.
Таблица 5.6 — Основные формулы для расчета параметров
эжекторов
Параметр
Обозна-
чение
Формула
Коэффициент
подмешивания
u
p к
c к
рс
c к
к
сн
KK
KK
13
32
55
55
UU
55
5
UU
''
''
''
'
Относительная
площадь сечения
камеры смешения
F
с
к
э
рр
u1
5
5
E
55
§·
'
'
¨¸
¨¸
''
©¹
233
Параметр
Обозна-
чение
Формула
Отношение перепа-
дов давления, восста-
навливаемого эжек-
тором (
∆Р
с
)
и теряемого в эжек-
торе (∆Р
р
)
с
р
Р
Р
'
'
u
u
FFF
2
2
0, 799 1, 48
2, 27 1
ªº
«»
¬¼
Коэффициент
полезного действия
η
э
c
p
u
5
Ρ
'
'
где К
1
, К
2
, К
3
, β
э
— коэффициенты численно равные 0,834; 0,812; 0,98
и 0,67; ∆Р
р
, ∆Р
с
— разность давлений соответственно рабочей жид-
кости и смеси на выходе эжектора, с одной стороны, и откачивае-
мой жидкости, с другой, то есть
∆Р
р
= Р
р
— Р
н
; ∆Р
с
= Р
с
— Р
н
; (5.27)
Р
р
— давление рабочей жидкости перед соплом; Р
с
— давление сме-
си на выходе из эжектора; Р
н
— давление откачиваемой жидкости;
∆Р
к
— превышение давления подсасываемой жидкости Р
н
над дав-
лением на срезе сопла Р
к
; ρ
р
, ρ
н
, ρ
с
— плотность соответственно ра-
бочей жидкости, откачиваемой жидкости и их смеси.
Учитывая, что при эжекторном сливе железнодорожных цистерн
ρ
р
= ρ
н
= ρ
с
= ρ, численные значения коэффициентов К
1
, К
2
, К
3
и β
э
,
а также ввода обозначения
∆Р
с
/ ∆Р
р
=
к
P
, (5.28)
можем переписать формулы, приведенные в табл. 5.6, в виде
кск
ск к
РРР
u
РР Р
0, 834 1 0, 98
;
0, 98 0, 812
(5.29)
ск
u
F
РР
1
;
0, 67
(5.30)
с
u
Pu
FFF
2
2
0, 799 1, 48
2, 27 1 ;
ªº
«»
¬¼
(5.31)
Продолжение табл. 5.6
234
η
э
= u ·
с
P
. (5.32)
Решая (5.29) относительно
с
P
, получаем
кк
ск
Р u Р
Р P
u
2
0, 834 1 0, 812
0, 98 1
ªº
«»
«»
¬¼
. (5.33)
Данный параметр имеет экстремум при некоторой величине
к
P
.
Взяв первую производную от (5.33) по
к
P
и приравняв ее нулю, по-
сле простых преобразований получаем
к
P
S
2
1
1
0, 5 0, 25 ,
4
(5.34)
где S
1
— параметр, зависящий от коэффициента подмешивания
Suu
u
2
2
2
1
2
2, 18
0, 96 1 0, 659 0, 696 .
ªº
¬¼
Из формулы (5.30) следует, что безразмерное относительное дав-
ление смеси на выходе из эжектора равно
ск
u
Р P
F
2
2
1
.
0, 67
(5.35)
Так как левые половины (5.31) и (5.35) равны, то, следовательно,
равны и правые, т. е.
к
к
кк
u
Р u Р
PP
u
F
2
2
2
1
0, 834 1 0, 812
.
0, 98 1
0, 67
ªº
«»
«»
¬¼
Решая данное уравнение, получаем
к
S
F
SP
2
2
,
0, 907 0, 823
(5.36)
где S
2
— расчетный коэффициент, равный
Suu
2
2
2
2, 68 1 0, 799 .
(5.37)
Анализируя формулы (5.31) и (5.37), нетрудно видеть, что ве-
личина всех основных параметров эжекторов определяется вели-
чиной коэффициента подмешивания u. Это позволяет построить
по ним характеристику эжектора в виде, приведенном на рис. 5.36.
235
Рис. 5.36. Зависимость основных параметров эжекторов от величины коэффи-
циента эжекции
Из неe видно, что максимальный КПД эжектора достигается
при u ≈ 1,5, а безразмерное относительное давление смеси на выхо-
де эжектора с увеличением коэффициента подмешивания уменьша-
ется.
Абсолютные значения давлений на входе и на выходе эжекто-
ра (Р
р
и Р
с
) находятся следующим образом. Давление в форкамере 2
не должно снижаться до давления насыщенных паров рабочей жид-
кости Р
s
, иначе эжектор работать не будет.
Поэтому принимаем Р
к
= К
s
· Р
s
, где К
s
— коэффициент запаса
больший, чем единица (К
s
≈ 1,25). Поэтому при заданном давлении
откачиваемой жидкости Р
н
величина ∆Р
к
равна
∆Р
к
= Р
н
— К
s
· Р
s
. (5.38)
Решая совместно формулы (5.28), получаем
∆Р
р
= ∆Р
к
/
к
Р
; ∆Р
с
= ∆Р
к
·
с
к
P
Р
,
(5.39)
236
откуда из формул (5.27) следует, что
P
р
= Р
н
+ ∆Р
р
; Р
с
= Р
н
+ ∆Р
с
. (5.40)
Выбор схемы принудительного верхнего (эжекторного) слива из
трех возможных (рис. 5.37) производится на основе технико-эконо-
мического сравнения вариантов.
Рис. 5.37. Схемы эжекторного слива цистерн
237
5.6. Выбор схемы включения центробежных насосов
при сливе цистерн
При приеме нефтепродуктов по железной дороге одним из опре-
деляющих условий является минимизация времени слива. Опреде-
лим какая схема включения центробежных насосов в этом случае
наиболее предпочтительна.
Построим совмещенную характеристику двух одинаковых насо-
сов, включенных параллельно и последовательно при перекачке вы-
соковязкого и маловязкого нефтепродуктов (рис. 5.38).
Рис. 5.38. Современная характеристика трубопровода и двух центробежных на-
сосов: 1 — характеристика одного насоса; 2 — то же для двух насосов,
включенных последовательно; 3 — то же для двух насосов, включен-
ных параллельно; 4 — характеристика трубопровода для перекачки
высоковязкого нефтепродукта; 5 — то же для маловязкого нефтепро-
дукта
Рассмотрим сначала случай перекачки высоковязкого нефтепро-
дукта. При работе одного насоса рабочей была точка А, которой со-
ответствует производительность Q
A
. При параллельном включе-
238
нии двух насосов рабочей становится точка В (подача Q
В
), а при
их включении последовательно — точка С (подача Q
С
). Нетрудно
видеть, что Q
С
> Q
В
. Следовательно, при перекачке высоковязких
нефтепродуктов наименьшая продолжительность слива цистерн
будет обеспечена при последовательном соединении центробежных
насосов.
В случае перекачки маловязких нефтепродуктов более предпо-
чтительной оказывается параллельная схема включения насосов,
т. к. Q
B’
> Q
C’
Таким образом, выбор схемы соединения насосов как минимум
зависит от крутизны характеристики трубопровода (она определя-
ется не только величиной вязкости нефтепродукта, но и диаметром
трубы).
Сделанная оценка является качественной. Чтобы получить коли-
чественные критерии решим задачу аналитически.
Пусть характеристика одного насоса описывается уравнением
(3.4), а характеристика трубопровода — уравнением (4.36).
При последовательном включении двух одинаковых насосов
уравнение баланса напоров имеет вид
mm
ннc пр c ост
авQfQ h
22
2
.
Следовательно, перекачка будет вестись с расходом
ност
m
c
нпр
azh
Q
в f
2
2
.
2
'
(5.41)
Если же насосы включить параллельно, то вид уравнения балан-
са напоров будет иной
m
m
в
нн прв ост
Q
ав fQ zh
2
2
2
§·
'
¨¸
©¹
.
и, соответственно,
ност
m
в
m
нпр
azh
Q
в f
2
2
.
2
'
(5.42)
Чтобы параллельное соединение насосов было предпочтитель-
нее, должно выполняться условие Q
B
> Q
C
, т. е.
239
ностност
m
нпр нпр
azh azh
в f в f
2
2
.
22
' '
!
Вводя безразмерные параметры
нпр
W в f/
и
ност
ност
azh
Е
а zh
2 '
'
, после простых преобразований получаем
условие предпочтительности параллельного включения насосов
m
E
W
E
3
1
.
21 2
!
(5.43)
Нетрудно видеть, что параллельное соединение насосов тем
предпочтительнее, чем больше величина W и чем меньше Е, то есть
при большом соотношении крутизны характеристики насоса к кру-
тизне характеристики трубопровода и при малом напоре насоса при
нулевой подаче а
н
. В случае обратного соотношения предпочтитель-
нее последовательное соединение насосов.
240
6. ПОДОГРЕВ ВЫСОКОВЯЗКИХ
И ВЫСОКОЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
6.1. Необходимость подогрева нефтепродуктов
Нефтебазы в общем случае оперируют большим количеством
нефтепродуктов, имеющих высокие вязкость и температуру засты-
вания (табл. 6.1).
Таблица 6.1 — Сведения о свойствах некоторых нефтепродуктов
Тип нефтепродукта
Кинематическая вязкость
(мм
2
/с) при температуре
Температу-
ра застыва-
ния, °С
50 °С 100 °С
Мазуты топочные — 45…118 25…40
Мазуты флотские 36…89 — –5…–8
Масла авиационные 96…160 14…20,5 –18…–30
Масла индустриальные 6…110 — –15…–30
Масла компрессорные — 11…21 –5…–25
Масла моторные для кар-
бюраторных двигателей — 5,5…12 –25…–42
Масла моторные для авто-
тракторных двигателей — 8…11 –15…–30
Масла моторные для ди-
зельных двигателей 91…120 11…22 –12…–15
Масла осевые 12…60 — –40…–55
Масла трансмиссионные 110…120 10…17,5 –18…–40
Масла турбинные 20…59 — –10…–15
Масла цилиндровые — 32…70 –5…17
Высокая вязкость масел и мазутов объясняется значительным
содержанием в них высокомолекулярных углеводородов, а высокая
температура застывания — наличием парафина.
В процессе транспортировки или хранения данные нефтепро-
дукты остывают (в результате чего их текучесть резко ухудшается),
а порой и застывают (особенно в зимнее время). Это не позво ляет
осуществить прием и отпуск высоковязких и высокозастывающих
нефтепродуктов без их подогрева в установленные нормативные
сроки.