8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 1/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
1
uprins
INTRODUCERE ....................................................................................................................................... 3
CAPITOLUL I. FLUIDELE NENEWTONIENE ............................................................................................... 5
1.1 INTRODUCERE ................................................................................................................................... 6
1.2. FRECAREA DIN ȚEVI ȘI PLASTICITATEA FLUIDULUI BIRMINGHAM ......................................... 11
1.3 REDUCEREA FRECĂRII FLUIDELOR ........................................................................................... 12
CAPITOLUL II. SCHIMBUL DECĂLDURĂ…………………………………………………………………………………………....15
2.1 GENERALITAȚI CU PRIVIRE LA TRECEREA CĂLDURII PRIN IZOLAȚIE STRATIFICATĂ .................... 15
2.2 COEFICIENTUL DE TRANSFER TERMIC INTRE PERETE SI FLUIDUL CONDUCTEI .......................... 18
2.3 COEFICIENȚII DE TRANSFER DE CĂLDURĂ PENTRU STRATURILE DE PERETE DE ȚEAVĂ, DE
ACOPERIRE ȘI DE IZOLARE…………………………………………………………………………………………………………….….21
2.4 COEFICIENT DE TRANSFER TERMIC PENTRU STRATUL EXTERIOR .............................................. 21
2.5 LIMITĂRILE MODELULUI DE CALDURĂ........................................................................................ 25
CAPITOLUL III. CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR DE AMESTEC .............................................. 27
3.1 DETERMINAREA PROGRAMULUI OPTIM DE EVACUARE A ȚIȚEIULUI DIN PARCURILE DE
SEPARARE ………………………………………………………………………………………………………………………………..………41
CAPITOLUL IV. PROIECTAREA CONDUCTEI DE TRANSPORT DE LA DEPOZITUL CENTRAL LA
RAFINĂRIE …………………………………………………….…………………………………………………………………………………. 49
CAPITOLUL V. ANALIZA DINAMICII VARIAŢIEI TEMPERATURII ÎN PROCESUL DE TRANSPORT ….……..59
5.1 ANALIZA DINAMICII PROCESULUI DE TRANSPORT………………………………………………………………...62
5.2 ANALIZA VARIAŢIEI PROPRIETĂŢILOR TERMODINAMICE ALE ŢIŢEIULUI ÎN LUNGULCONDUCTEI………………………………………………………………………………………………………………………………………65
5.3 ANALIZA PROCESULUI DE TRANSFER DE CĂLDURĂ……………………………………………………………..…70
CONCLUZII ……………………………………………………………………………………………………………………………………..…74
BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………………………………………………………………..…………………75
ANEXE
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 2/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 3/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
3
Activitatea de colectare, transport, depozitare şi distribuţie a petrolului, produselor
petroliere şi gazelor este strâns legată de cea a extracţiei hidrocarburilor fluide şi ca urmare,s-a dezvoltat în paralel cu aceasta.
În economia oricărei țari supuse la un grad de dezvoltare corespunzător acestui început
de mileniu, o componentă esențială o reprezintă această activitate.1
După începuturi modeste, când au fost construite primele conducte cu diametre de
câţiva centimetrii şi lungimi de ordinul kilometrilor, s-a ajuns ca în prezent să existe
numeroase sisteme complexe de transport, în a căror compunere intră conducte care au
diametre de peste un metru şi lungimi de sute sau chiar mii de kilometrii. În special, înultimele decenii, ca urmare a creşterii rapide a necesităţilor de alimentare cu energie primară
şi a consumului de produse realizate prin prelucrarea petrolului şi a gazelor, activitatea de
transport a hidrocarburilor fluide a devenit esenţială pentru dezvoltarea economică şi
industrială a întregii omeniri.
Aceste afirmaţii sunt evident valabile şi pentru România, în care primele conducte de
petrol au fost construite la începutul secolului trecut, iar cele de gaze ceva mai târziu. O
dezvoltare a sistemelor de transport de hidrocarburi fluide s-a produs în ultimele decenii,
odată cu descoperirea de noi orizonturi petrolifere. În funcţie de necesităţile de extracţie,
prelucrare şi consum, transportul hidrocarburilor fluide continuă să se dezvolte, ridicând noi
probleme care trebuie rezolvate ţinându-se seama de cele mai recente progrese în acest
domeniu.
Colectarea, transportul şi depozitarea petrolului brut, produselor petroliere şi gazelor
constituie o activitate industrială de mare importanţă prin care se asigură alimentarea cu
materie primă a rafinăriilor şi combinatelor petrochimice, precum şi alimentarea cu
combustibil a consumatorilor.
Principalul mijloc de transport, atât pentru hidrocarburile lichide, cât şi pentru gaze, îl
reprezintă conductele.
În prezent, România dispune de conducte importante de petrol şi produse petroliere,
construite şi echipate la nivelul actual al tehnicii, precum şi o reţea bine dezvoltată de
conducte de gaze interconectate, care formează sistemul naţional de transport. În funcţie de
1Alexandru Soare - Transportul și depozitarea fluidelor Vol.1.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 4/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
4
necesităţile de extracţie, prelucrare şi consum, transportul hidrocarburilor fluide continuă să se
dezvolte.Transportul prin conducte nu reprezintă însă singura modalitate posibilă, deoarece pot fi
utilizate în acest scop căile maritime sau fluviale, căile ferate şi şoselele. Alegerea modului de
transport depinde de mai mulţi factori care vor fi precizaţi în continuare, soluţia trebuie să ţină
seama de cerinţele menţionate anterior.2
2
Dragotescu N. - Transportul pe conducte a ţiţeiului, gazelor şi produsului petrolier
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 5/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
FL
"Sângele este un flu
funcție d
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
5
IDELE NENEWTONIEN
d nenewtonian; este vâscos și se adap
diferitele diametere ale vaselor de sâ
Autor necunoscut
MĂu
tează imediat în
ge".
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 6/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
6
Fluidele nenewtoniene difera de alte tipuri:
• Lichidele nenewtoniene sunt de diverse tipuri,
• Modul de a defini numărul Reynolds pentru fluidele nenewtoniene,
• Tranziția între curgerea laminar și turbulent,
• Modele de frecare
1.1 INTRODUCERE
În cele mai multe aplicații de inginerie, fluidele întâlnite sunt newtoniene, adică
tensiunea de forfecare în curgere laminară este proporțională cu gradientul vitezei al
lichidului.
Aceasta poate fi descrisă ca: = (1.1.1)
Unde μ este viscozitatea dinamică și y se referă la direcția gradientului de viteză
(ortogonală a vitezei). Fluidele pure, cum ar fi apa și aerul sunt fluide newtoniene. Soluțiile
sau suspensiile de particule s-ar putea să nu asculte de această ecuație, și dacă nu, acestea
sunt numite nenewtoniene. Cele mai importante tipuri de fluide nenewtoniene pot fi
clasificate după cum se arată în figura 1.1
Figura 1.1. Diferite tipuri de fluide, independente de timp.
Plasticitatea Birminghamiana a fluidelor are nevoie de un stres minimal a
randamentului, , pentru a permite la toate un gradient de viteză. Aceste proprietăți pot fi de
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 7/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
dorit pentru unele fluide.
genereze multă forță pe srapid. Dacă spuma ar acțio
acesta sa curga repede pe
industriala sunt suspensii
cum ar fi pasta de cărbu
modelele Birmingham.Pe
pentru a menține un flux l
mare in cel mai subţiri capiîntr-un mod care reduce v
Rezultatul este că s
suficient de vâscos pentr
diametre, care pot fi de 2
asemenea nenewtonian, și
de stres pentru fluidele
poate fi foarte mici (mai psau foarte mare (mai mult
Există, de asemene
lungul timpului, și se spu
important este suspendarea
foraj.
Acesta este un exe
specifică faptul că viscozit
o scurtă privire de ansam
disponibile pentru fluidele
Există o diferență,
ridicata, iar curgerea lamin
descrie frecarea în conduc
laminară. Vom stabili, d
prezenţa câtorva dintre teor
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
7
puma de ras, de exemplu, trebuie să fie "s
prafaț lamei de ras, chiar dacă aparatul dena ca un fluid newtonian, vâscozitatea relat
fata. Alte tipuri, mai importante de fluide
e apă din lut, nămolul de epurare, vopsea
e. Sângele uman poate fi, de asemenea a
tru forțele de forfecare mici, sângele est
minar, în aproape toate vasele de sânge. U
lare face ca celulele roşii din sange sa se araâscozitatea, și, prin urmare, ele tind să se
ngele curge bine, chiar și în 10 μm diametr
a menține curgerea laminară aproape pâ
0 mm pentru o aorta. Apa transportă fibre
re unele dintre aceleași caracteristici ca al s
Birmingham (maximă pe care o poate obți
țin de 10 N/ pentru anumite tipuri dee 10 N/m2 pentru unele asfalturi și bitum
a fluide nenewtoniene care se schimbă efe
e că au proprietăți reologice dependente
apei de argila bentonitica, care este mult m
plu de ceea ce se numește un fluid tixot
tea sa, sub o agitare constantă scade cu timp
blu asupra unora dintre cele mai importan
enewtoniene.
otuși: Multe tipuri de fluide nenewtoniene
ară este destul de comună. În acest capitol,
tă pentru diferite tipuri de fluide nenewto
asemenea, criterii atunci când curgerea
iile cu privire la modul de a estima factorii d
MĂu
bțire" suficient să nu
ras este mutat relativiva scăzuta ar face ca
irmingham din zona
a, și mineralele fine,
roximativ descris de
suficient de vâscos
mitor, forfecarea mai
je și chiar deformezeoncentreze în centru.
l capilarelor, dar este
nă la cele mai mari
celulozice si este de
ângelui. Randamentul
e de la )
nămoluri de epurare)ri).
tiv proprietățile de-a
e timp. Un exemplu
i folosit în noroiul de
opic, și are însușirea
ul. Acest capitol oferă
te modele de frecare
u vîscozitate relativa
e vom uita la cum se
iene pentru curgerea
devine turbulentă și
e frecare turbulent.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 8/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
În primul rând, să începem
nenewtoniene.Fluidele atât pseudo
Fluidele newtonien
n = 1 și = μ ne duce îna
care, de asemenea, se potri
Acesta poate fi i
aceasta conduce la un profi
Profilele de viteză
frontieră, putem folosi acee
Acest lucru conduc
fiind:
Următoarea lege d
ecuația 1.1.3, este utilizată
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
8
prin a descrie matematic ce caracterizează
plastice cât și cele dilatante urmează legea
= ()
de asemenea urmează legea descrisă în 1.2
oi la ecuația 1.1.1.
= ()
ește în mod evident, cazul newtonian.
dicat fără prea mare efort faptul că pent
l de viteză descrisă de:
( ∆ ) [
−
]
pot fi integrate pentru a ne da viteza medi
ași corelație la starea de echilibru în ecuația
= ∆
la factorul de frecare Darcy-Weisbach pent
= ( )
efinește numărul Reynolds bazat pe viteza
:
= ( )
MĂu
iferite tipuri de fluide
escrisă de:
(1.1.2)
.1, deoarece stabilirea
(1.1.3)
u curgerea laminară,
(1.1.4)
v. Ca o condiție de
.1.5.
(1.1.5)
ru curgerea laminară ,
(1.1.6)
medie integrată din
(1.1.7)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 9/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
În cazul în care lich
ne conduce înapoi la număS-ar putea combina
Acest lucru arată c
1.1.7, putem calcula coefi
pentru fluide newtoniene.
O curiozitate dem1.1.7, Re devine mai puțin ș
n=2, Re este, de fapt, inde
din moment ce fluidul dil
posibil.Daca n= 2, prin ur
Dacă n>2, Re scade iar v c
Dacă vom combina ecuații
presiune devine proporțion
de fapt atât de diferit de cu
Se pare ca număru
turbulentă. Ryan și Johnso
rezultat:
Mai târziu Mishra și Tripa
Când am înscris ac
diferite, în special pentru n
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
9
idul este newtonian, n = 1 și = μ, și vom
ul Reynolds familiar cu definiția Re = vdρ /
ecuațiile 1.1.6 și 1.1.7 care arată că pentru c
=
, dacă descriem pur și simplu numărul Reyn
cientul de frecare laminar pentru orice flui
ă de remarcat este faptul că în definițiai mai puțin afectat de v, n este mai aproape
pendent de v. Acest lucru poate părea oarec
atant se "îngroșă" odată cu creșterea forfe
are, trebuie ca curgerea sa fie laminară sau
ește, ceea ce conduce la curgere laminară ma
1.1.8, 1.1.7 si vom vedea acest lucru, îns
ală cu
. Dacă n este aproape de 2, acest
gerea turbulentă pentru fluide newtoniene.
Reynolds depinde de n, unde curgerea tr
(1959) au folosit analiza de stabilitate pent
< ()
()
=> hi (1971) oferă un alt criteriu:
< ()()() =>
ste două criterii în aceeași diagramă, am o
<0,5.
MĂu
edea că ecuația 1.1.7
. rgerea laminară:
(1.1.8)
olds, conform ecuației
în același mod ca și
conform ecuațieie 2, și în cazul în care
m contradictoriu, dar
cării, acest lucru este
urbulentă .
re, si viteze mici.
amnă că pierderea de
omportament, nu este
ece de la laminară la
u a veni cu următorul
(1.1.9)
(1.1.10)
servat că dă rezultate
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 10/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
10
Figura 1.2.1. Lege de variatiea numărului Reynolds în funcție de n.
Pentru a estima factorul de frecare Darcy-Weisbach pentru curgerea turbulentă, se
bazeza pe date empirice. Cea mai comună estimare pentru fluide este, probabil, cea raportată
de către Grovier și Aziz (1972). Ei au definit o altă lege de variatie a numărul Reynolds,
, precum și Darcy-Weisbach factor de frecare modificat,
, după cum urmează:
= ( ) (1.1.11)
= ∆()() (1.1.12)
Folosind aceste formule, rezultate au coincis cu varianta propusa de Prandtl-Von
Karman pentru tevi netede, ecuația 1.1.12 unde inlocuim cu :
= −2 . (1.1.13)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 11/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
11
1.2. FRECAREA DIN ȚEVI ȘI PLASTICITATEA FLUIDULUI BIRMINGHAM
Pentru plasticitatea fluidului Birmingham, avem:
= (1.2.1)
Unde
este tensiunea minimă necesară pentru a iniția curgerea. Dacă tensiunea de
forfecare este mai mică decât , lichidul nu curge deloc. Aceasta înseamnă:
= 0 ≤ (1.2.2)
= ( − ) ≥ (1.2.3)
Este evident că un fel de curgere avem într-o conductă care transportă un fluid plasticBirmingham va fi foarte diferite de cele care transportă fluide newtoniene. De exemplu,
deoarece tensiunea de forfecare este întotdeauna mai mic în apropiere de centrul unei țevi
decât este mai aproape de perete, tensiunea de forfecare va fi mai mică decât în apropierea
axei. Asta înseamnă că profilul vitezei este plat, în centrul.
Govier și Aziz (1972) dau același factor de frecare laminar și pentru fluidele pseudo-
plastice:
= (1.2.4)
Pentru fluidele Birmingham turbulente avem:
= −4.53 1 − +4.53( ) − 2.3 (1.2.5)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 12/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 13/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
13
rezistenței la înaintare lipirea la peretele conductei și, prin urmare, permițând gazului a
aluneca pe o suprafață mai netedă. De asemenea, câștigul potențialva depinde în mod evidentde cât de neted este conducta de la început. Numai suprafețe relativ aspre, în practică, ceea ce
înseamnă conducte de gaz neacoperite, se poate aștepta pentru a obține mai mici, mai degrabă
decât rugozitate mai mare atunci când se creează un strat de lichid. 3
3 Ove Bratland - Pipe Flow 1
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 14/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
S
"Inginerilor le place s
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
14
HIMBUL DE CĂLDURĂ
rezolve probleme. Dacă nu au o prob
o creează".
Scott Adams
MĂu
lemă la îndemână,
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 15/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
15
Acest capitol se referă la schimbul de căldură între lichidul și mediul conductei:
• Căldură prin mai multe straturi radiale de izolare
• Convecție forțată între fluid și peretele țevii
• Convecție forțată între peretele exterior al tevii și aerul din jur sau apa
• Pierderile de căldură prin ingroparea tevii
• Mese de conductivitate termică pentru materiale commune
2.1 GENERALITAȚI CU PRIVIRE LA TRECEREA CĂLDURII PRIN IZOLAȚIE
STRATIFICATĂ
Transferul de căldură între fluid și împrejurimile conductei poate fi important din mai
multe motive, și un program de simulare generală pentru curgerea tranzitorie prin conductă
trebuie să fie capabil să-l ia în considerare. Înlăturarea sau adăugarea de căldură poate
modifica vâscozitatea, aceasta poate provoca cavitație sau congelarea, sau poate provoca
împrejurimile să se topească sau congela, și pentru gaze, aceasta afectează în mod
semnificativ densitatea.
Fluxul de căldură în conducte este o știință bine studiată, si multe metode de calcul
utile au fost publicate. Chiar dacă unele dintre ecuațiile sunt foarte empirice și oarecum
inexacte, principala provocare este de cele mai multe ori pentru a cunoaște datele de bază
relevante suficient de bine pentru a utiliza ecuațiile eficient. De exemplu, în modelul dezvoltat
aici vom neglijare radiatiile și se ia în considerare doar convecție forțată și de conducere.
Convecție forțată are loc în cazul în care suprafața țevii interioare este în contact cu
fluidul care transporta. Aceasta poate avea loc și la exteriorul conductei în cazul vântului sau
curenților care contribuie la răcire sau încălzire
Atunci când căldura trece prin peretele conductei, inclusiv prin straturi de acoperire
sau de izolare, rata medie la care căldura trece printr-o suprafață, în general, poate fi
exprimată ca: = ∆ (2.1.1)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 16/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
În cazul în care Q
termic [W / ( K)], A estedouă părți ale suprafeței [
Atunci când avem
toate straturile combinate p
În cazul unei țevi, s
ne referim la fiecare strat
lăsam
A în ecuația 2.1.1 s
face acest lucru prin calcul
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
16
W] este rata de transfer de căldură, U este c
aria suprafeței [ ] și ΔT este diferența de ].
straturi n unul peste altul, coeficientul de
oate fi calculată ca: = + + ⋯ +
traturile exterioare între ele au diametre dif
are diametrul specific si se bazează pe coe
uport pentru zona exterioară a stratului de i
rea: = + + ⋯ +
Figura 2.1.1. Straturi de conducte.
MĂu
oeficientul de transfer
temperatură între cele
transfer termic pentru
(2.1.2)
rite, și este necesar să
ficientul termic. Dacă
zolare exterior, putem
(2.1.3)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 17/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
Unde Uo este co
exterior de stratul exterior fiecărui strat special pentr
interioară - descrie coefici
conductei cel mai intim, d
prin urmare, cel mai adese
special. Coeficientul său
exterior.
Diametrele din ecuastfel că se referă la diame
pe diametrul exterior, ,
Pentru o secțiune d
2.1.1 devine:
unde este Temperatura i
energetică totală, q termen
ar trebui să fie luate pe uni
conductei de lungime Δx, a
unde d
este diametru intrandamente:
În cazul în care Să examinăm acu
pentru fiecare strat, incepa
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
17
ficientul global de transfer de căldură în
. Diametrele , . ... sunt utilizate pencoeficientul de transfer termic. Cel mai inte
ntul de transfer de căldură între lichidul c
e obicei, acoperirea sau materialul conduct
diametru interior al conductei. Stratul exte
ste între împrejurimile și exterior-diametr
ția 2.1.3 poate fi privită ca o modalitate derul exterior atunci când este utilizat în 2.1.1.
entru toate. pentru cele n straturi este, pri = ⋯
e conductă de lungime Δx, zona exterioară
= ∆( − )
[K] alichidului și este temperatura ext
l reprezentând căldură adaugă la lichidul d
tatea de volum de lichid. Aceasta înseamnă
em:
= ∆
erior al conductei. Introducerea ecuația
= ( − )
trebuie calculată prin ecuația 2.1.4.
modul de estimare a coeficientului de t
d cu cel mai intim, cel dintre perete fluid și
MĂu
funcție de diametrul
ru a calcula diametrulrior "strat" - sau limita
re curge și materialul
ei principale. este,
ior este, de asemenea,
l stratului de izolație
ântărire fiecărui strat,Zona A se poate baza
urmare, calculat ca:
(2.1.4)
este π Δx, și ecuația
(2.1.5)
rioară [K]. In ecuația
n mediul înconjurător
că pentru o secțiune a
(2.1.6)
.1.5 în ecuația 2.1.6
(2.1.7)
ransfer de căldură
onductă.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 18/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
2.2 COEFICIENTUL
Atunci când vine
convecție forțată este aproa
Weisbach: Mulți cercetător
propuse numeroase corela
acestea, este mai greu să
prezentate aici.
Diferitele Corelații s
Reynolds, Re, numărul Pra
unde U este coeficientul
termică a fluidului [W / (m
Unde ν este vâscozi
α este difuzivitate termică
K )].
Cel mai important l
astfel încât să poată fi subadevărat nevoie de definiți
Dacă suntem capa
Deoarece ne aflam mai des
Tosun (2002), Sieder și c
curgerea laminara:
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
18
DE TRANSFER TERMIC INTRE PERE
CONDUCTEI
orba de estimarea coeficientului de trans
pe cum ar fi cea pentru estimarea factorului
i au studiat acest subiect pentru o lungă peri
tii alternative. Spre deosebire de factorul
indice care aproximare este cea mai prec
nt în general bazate pe 3 numere adimensio
ndtl Pr , iar numărul Nusselt Nu:
=
e transfer termic cautam [(W/ K)], și
· K)]. Este definit Pr: = =
tatea cinematică [ /s], x este vâscozitatea
/s ], iar este căldura specifică la presi
ucru să știți despre Pr este că aceasta este
formă de tabele ca funcție de temperatură șisa pentru a utiliza Pr în calculele de căldură
ili a stabili o corelație între Nu, Pr și Re
in cazul curgerii laminare si este mai ușor de
relarea lui Tate (1936) pare să fie cel ma
= 1.86( )/ ∙ ( ).
MĂu
TE SI FLUIDUL
fer de căldură pentru
e frecare Darcy-
adă de timp, și au fost
de frecare, cu toate
să și mai multe sunt
ale: familiar Numărul
(2.2.1)
este conductivitatea
(2.2.2)
dinamică [kg/(m ·s )],
une constantă [J /(kg ·
proprietate pur fluid,
presiune. Nu avem cu.
, putem determina U .
manevrat. Conform
i larg acceptat pentru
(2.2.3)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 19/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
19
Diferiti termeni sunt definiți pentru presiunea medie și temperatura la fiecare locație în
fluid, cu excepția , care este vâscozitatea dinamică la suprafata conductei.
Rețineți că ecuație 2.2.3, ca multe alte corelatii pentru convecție forțată in conducte, cuprinde
termenul d / l . Ne concentrăm exclusiv asupra situațiilor în care conducta este lungă, ceea ce
înseamnă d / l este aproape de 0. În acest caz, corelarea curgerii laminare se reduce la: = 3.6 6 (2.2.4)
Acesta este un rezultat uimitor de simplu, deoarece coeficientul de transfer termic se
dovedește a fi independent de debitul. Atât ecuația 2.2.3 și 2.2.4 sunt valabile numai înurmătoarele limitele definite: 13 ≤ ≤ 2300
0.48 ≤ ≤ 16700 (2.2.5)
0.0044≤ ≤ 9.75
Vedem că ecuația nu este valabil tot drumul până la Re = 0. Răcire în jos într-o
conductă în caz de oprire este adesea de interes, deoarece pot exista limite cu privire la cât de
jos este permis ca temperatura să scadă înainte de congelare. În situații mai practice, cu toate
acestea, modificările de volum din cauza răcirii aceasta de sine și este de obicei suficient
pentru a aduce Re peste 13, chiar în cazul în care conducta nu are un debit net, punerea ecuație
2.2.4 ca fiind valabilă.
De curgerea turbulentă, cele mai multe de la începutul corelațiilor suferă de problema
pe care o au valabilității destul de limitate, ceea ce le face inadecvate pentru un Re mare. Una
dintre ecuațiile cele mai utilizate pe scară largă este, probabil, a lui Petukhov și Kirilov
(1970):
= ..() ∙() (2.2.6)
Vedem că ecuația 2.2.6 conține Darcy-Weisbach factor de frecare f . Petukhov și
Kirilov a folosit corelatia lui Filonenko pentru a estima factorul de frecare - o corelație din
1954, care este inexactă de ridicat Re, și a fost destinată doar pentru țevi netede. În prezent,
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 20/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
20
este o practică comună pentru a introduce factorii de frecare mai precise în ecuația 2.2.6 și
presupunem rezultatele să fie suficient de precise pentru cele mai multe aplicații de inginerie.
Oarecum mai nou corelația lui Gnielinski (1976, 1983) este considerată o îmbunătățire
față de corelația Petukhov-Kirilov. Gnielinski a introdus o modificare foarte modestă al 2.2.6,
și corelarea acestuia este probabil cea mai bună disponibilă la ora actuală:
= ()..() ∙() (2.2.7)
Valabilitatea declarată al ecuației 2.2.7 este:2300 ≤ ≤ 5 ∙ 10 (2.2.8)
0.5 ≤ ≤ 2000
După cum se explică mai devreme, tranziția între curgerea laminară și curgerea
turbulentă este oarecum dificil de a prezice cu exactitate, astfel încât ar trebui să ne așteptăm
atât ecuație 2.2.4 și 2.2.7 să fie destul de nesigure în jurul Re = 2300. O altă limitare este că
ecuația 2.2.7 este, în funcție de autorul ei, invalidă pentru Re foarte ridicat s-ar putea întâlni în
conducte de gaze de înaltă presiune.
Coeficientul de transfer termic U calculat prin ecuația 2.2.4 sau 2.2.7 corespunde cel
mai apropiat strat în ecuația 2.1.4. Aceasta înseamnă:
= (2.2.9)
Proprietățile fluidelor implicate în calcule, cum ar fi Pr , ν și k , variază în funcție de
temperatură și într-o anumită măsură, de asemenea, cu presiune.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 21/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
2.3 COEFICIENȚII D
PERETE
Dacă luăm în consi
straturi termice diferite, pu
Unde Uj este coefic
conductivitatea termică pe este interior și exterior
2.4 COEFICIENT D
În cazul în care co
ar fi turba, nisip, pietriș, s
efect.
Pentru astfel de me
coeficientului de transfer
Simonsen (2007) au dezvol
și, în cele mai multe cazu
prevede:
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
21
TRANSFER DE CĂLDURĂ PENTRU
E ȚEAVĂ, DE ACOPERIRE ȘI DE IZO
derare țeava în sine, precum și orice acoperir
em scrie:
=
( )
ientul de transfer de căldură pentru strat No.
tru materialul stratului No. j este format din
diametru [m] al stratului.
TRANSFER TERMIC PENTRU STRA
Țeavă Buried
ducta este îngropată, mediul din jurul poate
au orice combinație a acestora. În plus, u
ii, Bau & Sadhal (1982) au dezvoltat o cor
de căldură pentru conducte ingropate c
tat o corelație pentru conducte parțial ingrop
ri corespunzătoare a fost prezentat de către
= ( )
MĂu
TRATURILE DE
ARE
e și izolare, pentru a fi
(2.3.1)
j [W / ( K)], este
[W / (m K)], iar si
UL EXTERIOR
consta în lucruri, cum
ezeala poate avea un
lație pentru estimarea
omplet, și Morud &
ate. O corelație simplă
King (1984). Acesta
(2.4.1.1)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 22/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
este linia central a țeav
termică a solului [W / (m ∙
izolație exterior. are,
de mult conținut de apă-l a
Tabelul 2.4.1.
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
22
Figura 2.4.1.1Straturi de conductă
ei situate la adâncimea sub suprafață [m], K)] și diametrul implicat, , este diametrul
esigur, variază foarte mult în funcție de tip
re. Unele valori exemple sunt prezentate în t
onductivitate termică tipice pentru unele tipuri comu
MĂu
este conductivitate
exterior al stratului de
l de sol, precum și cât
belul 2.4.1.1.
ne de sol.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 23/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
În caz de conduct
cilindru cu aer care curge
de căldură în jurul unor ast
care munca este, probabil
întreaga gamă de Re pentr
Ea are o forma co
2.2.1:
Indicele "0" vine d
exterior, temperatura ext
recomandată pentru aerul sau apa în jurul cond
într-adevăr o limitare, deoasa validă. Natura rareori o
crea cu ușurință destule per
Cele două fluide
temperaturi ale aerului și p
Pa), este suficient de pre
aerului, vâscozitatea cinem
Proprietăți de apă s
apropia de 273 < T < 333
mare decât o atmosferă, da
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
23
Țeava supraterană
supraterane înconjurat de aer, conducta e
erpendicular pe axa sa. O serie de cercetăt
el de cilindri, iar ecuația empirică cea mai la
, cel propus de Churchill și Bernstein (1
care sunt disponibile date, precum și pentru
parabila cu cea utilizată pentru convecția
= 0.3 + . /∙ /[( .)]/ [ 1 + ( )]/
la exterior, care indică toți parametrii ce se
erioară și așa mai departe. Ecuația Ch> 0.2, ceea ce înseamnă că nu este strict v
ctei este în repaus. În cele mai multe situați
rece chiar și vântul cel mai mic sau curent aferă medii la fel de statică ca și conducta, i
turbări pentru a face ecuația valabilă.
in jur cele mai comune sunt de aer și apă,
resiuni de obicei ne întâlnim (spunem 223 <
cis (la maxim 3%) pentru a aproxima co
atică și numărul Prandtl dă functii liniare si
= 6.55 ∙ 10 +0.0059
= 0.0818 ∙ 10 − 8.6471 ∙ 10
= −1.587∙10 + 0.759
nt mai puțin liniare, și mai mulți termeni su
K .: Conductele scufundate poate avea o pre
r care afectează numai datele moderat, așa
MĂu
ste comparabil cu un
ri au studiat schimbul
rg acceptată ieșind din
977). Acesta acoperă
o gamă largă de Pr.
orțată internă, ecuația
(2.4.2.1)
bazează pe diametrul
rchill-Bernstein este
labilă în cazul în care
practice, care nu este
aduce ecuatia în zonanfluența în sine poate
desigur. Pentru acele
T < 333K și p = 10
ductivitate termica a
ple:
(2.4.2.2)
(2.4.2.3)
(2.4.2.4)
t necesare pentru a le
iune din jur mult mai
ă sunt bine în termen
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 24/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
24
de alte erori implicate atunci când o neglijam. În scopul de schimb de căldură, am putea folosi
următoarele, oarecum simplificat dar repede se potrivesc curba care se bazează pe date preluate de la Wagner & Kretzschmar (2007), estimat a fi în 4% sau valori reale pentru
temperaturi sub 333 K:
ă = −2.5 ∙ 10 + 0.0166 − 2.1136 (2.4.2.5)
ă = 10 ,[()]() . (2.4.2.6)
ă
= 10 ,[()]
.(). (2.4.2.7)
Rețineți că, atunci când se utilizează aceste rezultate pentru a estima coeficientul de
transfer termic la o conducta, este, desigur, pe baza proprietalor fluidului din jurul
conductei.
Numărul Reynolds este, de asemenea, în funcție de condițiile exterioare:
= (2.4.2.8)
În cazul în care este "viteza in conducta înainte de a fi întârziat , iar este viteza cinematic a fluidului ce inconjoară.
Dacă lichidul nu curge perpendicular pe axa centrală a conductei, este utilizat
componenta perpendiculară. Aceasta nu este o aproximare complet corecte, deoarece implică
faptul că componentele axiale ale debitului nu au nici un efect, care desigur, nu este așa. La
estimarea de răcire în coloane de pe platformele marine, pot fi necesare modele mai bune. De
asemenea, ecuația 2.4.2.1 se bazează pe un cilindru cu curgere în jurul ei pe ambele părți, care
nu este situația reală, dacă țeava se află pe teren. Dacă este așa, schimbul de căldură real caurmare a debitului de fluid exterior poate fi ceva mai puțin decât ceea ce este prezis aici.
Conducta în contact cu solul, de asemenea, poate face schimb de caldura cu solul
direct, și în aceste cazuri, cea mai bună estimare poate fi realizată prin încercarea de a avea
atât efecte în considerare în același timp. In cele mai multe cazuri, totuși, folosind modelul
direct, așa cum este prezentat aici, este adecvat.
Oricum, coeficientul de transfer de căldură, pentru a fi utilizate în ecuația 2.1.3, se
calculează ca: = (2.4.2.9)
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 25/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
25
2.5 LIMITĂRILE MODELULUI DE CALDURĂ
Tranziția fluxului de căldură la starea de echilibru
Ce model de a utiliza caldura depinde de exact ceea ce vrea să investigheze. Modelul
prezentat este starea de echilibru, în sensul că aceasta nu ține cont de întârzieri din cauza, de
exemplu, căldura fiind depozitate în peretele țevii în sine. Care nu reprezintă o problemă în
cazul în care suntem, investighează fluxuri care durează pentru o lungă perioadă de timp, și poate fi o aproximare destul de bine chiar și atunci când simulează situații de temperatură
foarte tranzitorii. Luați în considerare, de exemplu, țeavă din oțel care transporta apa. Apa are
de aproape 9 ori mai mare capacitate de caldura specifica ca oțel, în timp ce densitatea sa este
de aproximativ 8 ori mai mică, ceea ce face capacităților de căldură atât pentru aproape
proporțional cu suprafața pe care o ocupă în secțiunea transversală. In cele mai multe
conducte, secțiunea transversală a fluidului este mult mai mare decât peretele secțiune
transversal a conductei, adică puțină energie termică este stocată în peretele țevii față de un
lichid.
Mai general, în cazul în care suprafața de curgere este /4 și are o anumită
capacitate termică și densitatea ρ, în timp ce peretele țevii are π arie a secțiunii transversale ( − )/4, obținem: î ă ț ă î ă = () (2.5.1.1)
Dacă vom introduce valori tipice pentru conducte de transport de lichide în ecuația
2.5.1.1, găsim de multe ori că zidul are mai puțin de 10% din capacitatea de căldură a
lichidului. Care este de același ordin ca și alte erori în calculele de caldura, deci are rareori
sens pentru a pune prea mult efort în îmbunătățirea modelului în acest sens. Pentru debitul de
gaz, acest lucru poate fi un pic diferit. Peretele conductei poate avea un impact mai mare, dar
destul de rar pentru a necesita un model mai precis.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 26/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
26
Pentru conducte ingropate, ne putem aștepta la o parte mai mare din împrejurimi
pentru a lua parte la încălzire și răcire, așa că, în general, durează ceva mai mult pentru acrește sau a scădea temperaturi decât modelul nostru sugerează.
Alte considerente de precizie
Modelul căldurei prezentate aici nu include nici un punct de vedere legat cu radiatiile.
Aceasta se datorează faptului că radiațiile nu au tendința de a fi important, chiar dacă aceasta
poate avea un impact asupra conductelor neizolate, care transportă lichide relativ fierbinți.
Pentru izolație conducte supraterane, precum și pentru ambele izolație si neizolată conducte
ingropate, rezistența termică principal este de obicei găsite în materialul de izolație. Prin
urmare, stratul exterior de multe ori se termină cu aproximativ aceeași temperatură ca și
împrejurimile, făcând radiații irelevant. 4
4 Ove Bratland - Pipe Flow 1
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 27/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
CALCULUL
(SO
"Software-ul este c
supune celei de-a d
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
27
IDRAULIC AL CONDUC
AMESTEC
DĂ – PARC DE SEPARAR
entropia. Este dificil de înțeles, greu
ua lege a termodinamicii; adică întot
Norman R. Augustine
MĂu
ELOR DE
)
e cântărit și se
eauna crește. "
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 28/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
28
Pe un câmp petrolier se extind 30 de sonde care se racordează la un parc de
separatoare. Producţia acestui parc este transportată la depozitul Slobozia împreuna cu
producţia a încă trei parcuri conform schemei:
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 29/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
29
DATE CUNOSCUTE
Cote topografice: Lungimea conductei: = 465 ; = 600 ; = 504 ; = 1400 ; = 390 ; = 1500 ; = 558 ; = 800 ; = 517 ; = 3500 ;
= 375 ;
= 2000 ;
= 60100 ;
Numărul sondelor racordate la parc:
= 4
= 10
= 3
= 9
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 30/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
30
Producția parcului 461 Gura Drăgănesei
Sonda numărul 332 P Drăgăneasa: . = 19 /zi; . = 7,1 /
Sonda numărul 338 BIS Câmpina - Drăgăneasa: . = 13 /zi; . = 9,7 /
Sonda numărul 461 MP Câmpina - Drăgăneasa:. = 23,6 /zi; . = 2,5 /
Sonda numărul 465 RAP Câmpina - Drăgăneasa:
. = 3,5
/zi;
. = 2,6 /
. = . + . + . + . = 19+13+23,6+3,5 = 59,1 /zi
. = . + . + . + . = 7,1+9,7+2,5+2,6 = 21,9 / Impuritatea medie a țițeiului din parcul 461 Gura Drăgănesei
= 1 − .
. ÷0,83 = 1− 21,959,1 ÷ 0,83 = 0,55 = 55 %
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 31/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
31
Producția parcului 448 Drăgăneasa
Sonda numărul 108 MMPG Drăgăneasa: = 1,5 /zi; = 1,1 /
Sonda numărul 327 P Drăgăneasa: = 7,1 /zi; = 3,5 /
Sonda numărul 331 Petrom Drăgăneasa:
= 3,5
/zi;
= 1,5 /
Sonda numărul 339 P Câmpina - Drăgăneasa: = 11,3 /zi; = 1,9 /
Sonda numărul 340 Drăgăneasa: = 8,5 /zi; = 1,4 /
Sonda numărul 341 P Câmpina - Drăgăneasa: = 9 /zi; = 0,7 /
Sonda numărul 357 RAP Drăgăneasa: = 9,6 /zi; = 2 /
Sonda numărul 358 RAP Drăgăneasa: = 15 /zi; = 1,9 /
Sonda numărul 359 RAP Drăgăneasa: = 4,5 /zi; = 1,5 /
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 32/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 33/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 34/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
34
Producția parcului Slobozia
Sonda numărul 106 SR Câmpina: = 41 /zi; = 1,7 /
Sonda numărul 160 SR Câmpina: = 19,3 /zi; = 2,4 /
Sonda numărul 189 SR Câmpina: = 2 /zi; = 0,2 /
Sonda numărul 259 SR Câmpina: = 4,3 /zi; = 0,5 /
Sonda numărul 3 Telega-Moreni-Câmpina: = 0,6 /zi; = 0,5 /
Sonda numărul 413 PM Câmpina: = 3,7 /zi; = 2,9 /
Sonda numărul 57 SR Câmpina - Drăgăneasa: = 2,5 /zi; = 0,5 /
Sonda numărul 624 MP Câmpina: = 13,6 /zi; = 1,7 /
. = . + . + . + . + , + . + . + . =
41+19,3+2+4,3+0,6+3,7+2,5+13,6 = 87 /zi
. = . + . + . + . + . + . + . + . =
1,7+2,4+0,2+0,5+0,5+2,9+0,5+1,7 = 10,4
/
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 35/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
35
Impuritatea medie a țițeiului din parcul Slobozia
= 1 − .. ÷0,83 = 1− 10,487 ÷ 0,83 = 0,85 = 85 %Densitatea relativă a gazului în raport cu aerul:
δ = 0,67
Temperatura de congelare a ţiţeiului, Tc :
T c =20°C
Temperatura de siguranţă pentru transport:
T s = T c +(2...7)°C = 20+4°C =24°C
Unele proprietaţi ale ţiţeirilor funcţie de temperatură (μ, ρ, ν):
Temperatura
[°C]
Densitatea
[kg/m3]
Vâscozitatea
cinematică
[cSt]
Vâscozitatea
dinamică
[cP]
Punctul de
congelare ţiţei
[°C]
Conţinut
de
parafină
[% gr]
20 847 - 14,525 +20 8,00
30 840 11,995 7,239
40 833 5,331 4,645
50 826 4,165 3,839
60 819 3,332 3,115
1 cSt = 10-6 m2/s
1 cP = 10-3 Pa·s
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 36/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
36
Se vor trasa grafic:
∎ densitatea ţiţeiului în funcţie de temperatură;
∎ vâscozitatea cinematică a ţiţeiului în funcţie de temperatură;
0
10
20
30
40
50
60
70
820 830 840 850 860 870 880
T e
m p e r a t u r a o C
Densitate kg/cm3
0
10
20
30
40
5060
70
0 5 10 15 20
T e m p e r a t u r a o C
Vascozitate cinematica cSt
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 37/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
37
∎ vâscozitatea dinamică a ţiţeiului funcţie de temperatură;
Raţia de soluţie
r = 250 + (-1) = 249 m3 N/m
3
Densitatea lichidului
= ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.55) · 845.07654 + 0.55 · 1015 = 938.53 / = ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.719) · 845.07654 + 0.719 · 1015 = 967.25 / = ( 1 − ) + · ∗ = ( 1−0.0787) · 845.07654 + 0.0787 · 1015 = 858.44 / = ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.85) · 845.07654 + 0.85 · 1015 = 989.51 / ∗= 1015 kg/m3 –densitatea apei de zăcământ
Densitatea ţiţeiului luat din grafic în punctul corespunzător temperaturii de 0°C = 273,15K
. = 847 kg/m3
ξ=1,1825-0,001315· .=1,1825-0,001315·847= 0,068695
= . - ξ·(T m – 273.15) = 847 – 0,068695· (301,15-273,15) = 845,07654 kg/m3
Temperatura medie
= ă + 2 ∙ 3 = 2 5 + 2 ∙ 3 03 = 28 ℃ = 301,15
T sonda = 25°C
T parc = 30°C
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15
T e m p e r a t u r a o C
Vascozitate dinamica cP
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 38/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
38
Vâscozitatea lichidului
= ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.55) · 4 + 0.55 · 1.014 = 2.3577
= ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.719) · 4 + 0.719 · 1.014 = 1.8530
= ( 1 − ) · + · ∗ = ( 1−0.0787) · 4 + 0.0787 · 1.014 = 3.7650
= ( 1 − ) · + · ∗
= ( 1−0.85) · 4 + 0.85 · 1.014 = 1.4619
Vâscozitatea ţiţeiului la temperatura medie, νlTm
log[log(106·νtTm+0,8)]= A+ B·log T m => νt Tm= 4m2/s (din graficul c.)
constantele A şi B se determină din sistemul de ecuaţii:
10 + 0,8 = + 10 + 0,8 = + Vâscozitatea cinematică a apei de zăcămînt
∗ = ∗∗ = 1.0294∗101015 = 1.014∗10 /
Vâscozitatea dinamică a apei sărate
∗ = ∗ (1+ 1. 34∗ 10 ∗ + 6.62 ∗ 10 ∗ )
∗ =
10
∗ (1 + 1.34 ∗ 10
∗ 2 + 6.62 ∗ 10
∗ 2
)
*a = 1,0294·10-3 Pa·s
a =1 cP = 10-3 Pa·s
s = 20 kg NaCl/vagon = 2 g NaCl/vagon
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 39/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
39
Diametrul orientativ al conductei de amestec
= 4 ∙ ∙
= 12 … 30 Se alege: = 15
= ∙ = 249 ∙ 11.574 ∙ 10 = 0.0288 = 2488.32 / r = 250 + (-1) = 249 m3
N/m3
= 10 = 11.574 ∙10 /
= + = 10 + 2488.32 = 2488.32 / = 0.0288/
= 4 ∙ ∙ = 4 ∙0.0288 ∙ 1 5 = 0.04944 = 49.44 Calculul caderii de presiune
- Rugozitatea relativa k = 0.15 mm
- Diametrul conductei d = 50,7 mm = 0,0507m
- Debitul de lichid Ql = 11.574·10-5 m3/s
- Debitul de gaz Qg = 0.0288 m3/s
- Vascozitatea dinamica a lichidului µl = 8.8 cp = 8.8·10-3 Pa·s si gaz µg = 0.0148
- cp = 0.0148·10-3 Pa·s
Densitatea lichidului
= 852 /
Densitatea gazului = 0.804 /
= 2 5 + 2 ∙ 3 03 = 28 ℃
Calculul vitezelor lichidului si gazului
d = 50,7 mm
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 40/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
40
= ∙
4 = 3,14 ∙50,7
4 = 2017,834 = 2,017 ∙ 10
= = 11,574 ∙ 102,017 ∙ 10 = 0,0573 /
= = 0,02882,017 ∙ 10 = 14.278 /
Calculul numarului lui Reynolds
= ∙ ∙
=852∙0,0573∙50,7∙10
8.8∙ 10
= 281.2674 < 2300
= ∙ ∙ = 852∙13.981∙50,7∙100.0148∙ 10 = 38507.074 > 2300
Regim laminar - turbulent (lt) < 2300 și > 2300
Calculul factorului de frecare pentru lichid si gaz
Formula Callebrook
1√ λ = −lg ( 3,7 + 2,51√ λ
= 0,1550,7 = 0,00295
λ = 0,104512
λ= 0,029168
Calculul gradienților de presiune individual
(∆∆ ) = λ ∙ 8 ∙ ∙ ∙ 0,104512∙ 8∙852∙(11,574∙10)3,14 ∙ 0,0507 = 2,8881
(∆
∆) = λ ∙ 8 ∙ ∙
∙ = 0,029168∙ 8∙0,804∙0,0283
3,14
∙ 0,0507 = 45,4449
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 41/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
41
Factorul Lookhart si Martinelli si gradientul total de presiune
= (∆∆ )(∆∆) = 2,888145,4449 = 0,252
Coeficientul lui Chisholm [c]
C = 12 pentru regimul laminar - turbulent
(ɸ) = 1 + , + 1(,) = 64,366
(ɸ) = 1 + ∙ , + 1 ∙ ( ,) = 4,087 (∆∆ ) = ( ∆∆ ) ∙ (ɸ ) = 185,895
∆= (∆∆ ) ∙ = 185,895 ∙2100 = 390039,9 = 3,900399
TL = total pentru lichid
TG = total pentru gaz
3.1. DETERMINAREA PROGRAMULUI OPTIM DE EVACUARE A ȚIȚEIULUI
DIN PARCURILE DE SEPARARE
În vederea dimensionarii colectorului și a stabilirii unui program optim de pompare se
vor alege trei variante de pompare.
Parcurile sunt echipate cu pompe PI-160 cu urmatoarele caracteristici:
- debitul de pompare pe o cursa dublă:
= 12,7 /
cd = curse duble
- numărul de curse duble pe minut:
=30 cd/min
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 42/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
42
- randamentul:
= 0,7
- debitul pompei:
= ∙ ∙ = 12,7 ∙ 10 ∙ 30 ∙ 60 ∙ 0,7 = 16,002 /ℎ
Pompeaza pe rând parcurile în grupe de pompare astfel: 461; 448; 551;
- prima grupa de pompare: parcul 551;
- a doua grupa de pompare: parcul 461 cu 448;
- debitul primei grupe de pompare:
= 5,1
/;
- debitul celei de a II-a grupe de pompare: + = 51.9 + 74 = 125.9 / - numarul de grupe de pompare: n g = 3.
Timpul zilnic de pompare: = 4
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 43/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
43
Numarul de pompe necesare la fiecare parc:
= ∙ = ,, ∙ = 0,52 Se alege npr1 = 1 pompă
= ∙ = , ∙ = 0,66 Se alege npr2 = 1 pompă
= ∙ = ,, ∙ = 0,045 Se alege npr3 = 1 pompă
Timpul de evacuare a productiei de la fiecare parc:
= ∙ = ,,∙ = 3,69 ore Se alege = 4
= ∙ = ,∙ = 4,62 ore Se alege = 5
= ∙ = ,,∙ = 0,318 ore Se alege = 1 ă
Debitul de evacuare pentru fiecare parc:
= = 59,13,69 = 16,016 /ℎ
= = 744,62 = 16,017 /ℎ
= = 5,10,31 = 16,45 /ℎ
Nr.
crt.
Q
[m3/zi]npc npr
t ev
[ore]
qevc
[m3/h]
1 59.1 0.52 1 3.69 16.016
2 74 0.66 1 4.62 16.017
3 5.1 0.045 1 0.318 16.45
Dimensionarea conductelor de legatura de la parcuri la conducta colectoare:
Se alege viteza economica: vec = 2 m/s
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 44/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
44
Dimensionarea tronsonului A-B
Determinarea diametrului orientativ:
= 4 ∙ ∙ = 4 ∙ 16.016 ∙ 2 ∙ 3 6 0 0 = 0.05321 = 53,21
Alegerea diametrului real conform SREN 10208
d 01-A = 59.0 mm
D01-A = 73.0 mm = 2 7/8 in
e01-A = 7.0 mm
Dimensionarea tronsonului B-C
Determinarea diametrului orientativ:
= 4 ∙ ∙ = 4 ∙ 16.016 ∙ 2 ∙ 3600 = 0.05321 = 53,21
Alegerea diametrului real conform SREN 10208
d 02-A = 59.0 mm
D02-A = 73.0 mm = 2 7/8 in
e02-A = 7.0 mm
Dimensionarea tronsonului C-D
Determinarea diametrului orientativ:
= 4 ∙ ( + ) ∙
= 4∙(16.016+16.017) ∙ 2 ∙ 3600
= 0.07526 = 75.26
Alegerea diametrului real conform SREN 10208
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 45/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
45
d 03-B = 76.1 mm
D01-B = 88.9 mm = 3 1/2 in
e01-B = 6.4 mm
Dimensionarea tronsonului D-G
Determinarea diametrului orientativ:
= 4 ∙ ( + ) ∙ = 4∙(16.016+16.017) ∙ 2 ∙ 3600 = 0.07526 = 75.26
Alegerea diametrului real conform SREN 10208
d 03-B = 76.1 mm
D01-B = 88.9 mm = 3 1/2 in
e01-B = 6.4 mm
Dimensionarea conductelor colector: Se alege viteza economica: vec = 2 m/s
Dimensionarea tronsonului E-F
Determinarea diametrului orientativ:
= 4 ∙
∙
= 4∙16.45 ∙ 2 ∙ 3 6 0 0
= 0.0539 = 53.9
Alegerea diametrului real conform SREN 10208
d 02-A = 59.0 mm
D02-A = 73.0 mm = 2 7/8 in
e02-A = 7.0 mm
Se alege viteza economica: vec = 2 m/s
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 46/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 47/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 48/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
48
Calculul presiunilor sub forma de termeni de înaltime pe diversele tronsoane ale
conductei colectoare() = 8 ∙ ∙ ∙ ∙ = 8 ∙ 9,81 ∙0,0322∙ 16,016 ∙ 6000,059 ∙ 3600 = 44,197
() = 8 ∙ ∙ ∙ ∙ = 8 ∙ 9,81 ∙0,0322∙ 16,017 ∙ 14000,059 ∙ 3600 = 103,13
() = ∙ ∙ ∙ ()∙ = ∙, ∙0,0322∙ , ∙, ∙ = 123,8 () = ∙ ∙
∙()∙
=
∙, ∙0,0288∙ , ∙,
∙
= 258,3
() = 8 ∙ ∙ ∙ ∙ = 8 ∙ 9,81 ∙0,0320∙ 16,45 ∙ 8000,059 ∙ 3600 = 61,77
() = 8 ∙ ∙ ∙ ∙ = 8 ∙ 9,81 ∙0,0320∙ 16,45 ∙ 25000,059 ∙ 3600 = 128,1
Presiunea la fiecare parc:
∙ = ∙ + () +() + ( ) + ( ) + ( − ) = ( 10+44,197+103,13+123,8+258,3−108∙852∙9,81=3605918,637 =36,05
∙ = ∙ +() + ( ) + ( − ) = ( 10+123,8+258,3−33) ∙ 852 ∙ 9,81 =3001400,892 = 30,01
∙ =
∙ +() + ( ) + ( − ) = ( 10+61,77+128,1−160) ∙ 852 ∙ 9,81 =333238,244 = 3,33
Energia consumata la fiecare parc:
= ∙ = ∙ = ,∙ ∙,,∙ ∙ 4 = 91647,11 Wh = 91,64 kW∙ ℎ
= ∙ = ∙ = ,∙ ∙,,∙ ∙ 5 = 95371,06 Wh = 95,37 kW∙ ℎ
= ∙ = ∙ = ,∙ ∙,,∙ ∙ 1 = 2173,75Wh = 2,173 kW∙ ℎ
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 49/76
UNIVE PETROLGAZ
FACULTAPETROLU
PROIECTAR
DEPOZ
" Intelect
RSITATEA" E " DIN PLOIEȘTI
EA INGINERIAUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLO Ioana - Aida Spăta
49
A CONDUCTEI DE TRAN
TUL CENTRAL LA RAFIN
alii rezolvă problemele , geniile le pre
Albert Einstein
MĂu
PORT DE LA
RIE
vin . "
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 50/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
50
Transportul țițeiului curat de la depozitul central la rafinărie se face cu pompele 2PN-
400, echipate cu camaşa de 7 41 " şi au urmatoarele caracteristici:
- volumul pe cursa dubla:
V cd =30.6 l/c.d.
- numarul de curse duble pe minut:
ncd=50 c.d./minut
- randamentul:
η = 0,7
- debitul pompei:
q p = V cd · ncd · η = 30.6 · 10-3 · 50 · 60 · 0.7 = 64.26 m3/h
- presiunea de pompare maxima:
p p = 70 bar
Cantitatea de titei curat în parcul central:
= ( 1 − ) ∙ ( + + ) = ( 1−0,34) ∙ (59,1+74+5,1)= 0,66 ∙ 138,2 = 91,212 /
Calculul hidraulic al conductei de transport
Determinare diametrului orientativ: Se alege viteza economica: vec= 2 m/s
= 4 ∙ ∙ = 4∙64.26 ∙ 2 ∙ 3600 = 0.1066 = 106.6
Determinarea diametrului real, conform SREN:
d = 109.5 mm
D = 114.3 mm = 5 9/16 in
e = 15.9 mm
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 51/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
51
Viteza reala:
= 4 ∙ ∙ = 4∙91,212 ∙3600∙0,1095 = 2,690 /
Temperatura medie pe conducta:
C33,213
2260
3
2
R Dm
T T T
T D –temperatura la depozitul central:
T D = 60 ºC
T R –temperatura la rafinarie:
T R = 2 ºC
Numarul de pompe:
= ∙ = , ,∙ = 0,178
Se alege = 1 ă unde:
- t z : timpul zilnic de pompare: t z = 8 ore
Densitatea medie pentru temperatura medie:
Pentru Tm = 21.33 oC se alege din diagrama densitatii ρt = 0.833kg/m3
Vascozitatea dinamica a titeiului pentru temperatura medie:Pentru Tm = 21.33 oC se alege
din diagrama vascozitatea μ= 4,3cP = 4,3·10-3 Pa∙s
Calculul numarului Reynold
= ∙ ∙ = 0,833∙2,690∙109,54,3∙10 = 57061,46−
Coeficientul de rezistenta hidraulica:
= 0,3164, = 0,316457061,46, 0,204
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 52/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
52
Presiunea de pompare:
PR = 10 m col țiței = ρ·g·H = 83·9.81·1 = 8171.73Pa = 0.0817bar
Lt = 60+0,1Km = 60,1 Km = 60100 m = + ∙ + ( − ) = 0.0817 + 0.0204 ∙ ∙. ∙ . +833∙9.81∙(190−375) = 11032858.57 = 110.32 = = . = 3.4375 se alege n = 3stații
Varianta I:
= + 2 ∙ + ( − ) =>
= 2 ∙ ∙ ( − ∙ ∙ ( − ) − ) ∙ ∙ = 33231.48
Se așează o stație de pompare la distanța de 33232 m și se calculează presiunea de
pompare a stației.
= + ∙ + ( − ) = 0.0817 + 0.0204 ∙ ∙. ∙ . +833∙9.81∙(190−375) = 26556409.64 = 265.56
= ∙ ∙ ∙ ∙ = 7 0 ∙ 1 0 ∙64.260.96∙0.75∙3600 ∙ 1.1 ∙ 2 = 173541.66 ∙ ℎ = 173.541 ∙ ℎ
= ∙ ∙ ∙ ∙ = 57.59 ∙ 10 ∙64.260.96∙0.75∙3600 ∙ 1.1 ∙ 1 = 142775.20 ∙ ℎ = 142.775 ∙ ℎ
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 53/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
53
unde:
- 1 - este randamentul motorului: 96.01
- 2 - este randamentul transmisiei: 75.02
- k - coeficientul de supra sarcină: k=1.1
-NDC – puterea neesară pompării la depozitul central
-NST – puterea necesară pompării la stația de pompare
Energia consumată pe an:
Se consideră că pompa functionează doar 320 de zile/an.
W DC = N·t z ·320 = 173.541·8·320 = 444264.96 kW·h/an
W ST = N·t z ·320 = 142.775·8·320 = 365504kW·h/an
WT = WDC+WST = 444264.96 +365504 = 809768.962 kW·h/an
Varianta II:Se alege diametru:
Pentru d=115.9 mm rezultă o presiune de pompare de: 37.86 bar
Pentru d=122.3 mm rezultă o presiune de pompare de: 35.09 bar
Pentru d=123.9 mm rezultă o presiune de pompare de: 34.44 bar
Pentru d=125.5 mm rezultă o presiune de pompare de: 33.81 bar
Pentru d=127.1 mm rezultă o presiune de pompare de: 33.19 bar
Pentru d=131.7 mm rezultă o presiune de pompare de: 31.51bar
Pentru:
d = 136.5 mm
D = 168.3 mm = 6 5/8 in
e = 15.9 mm
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 54/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
54
Viteza reală:
= 4 ∙ ∙ = 4∙64,26 ∙ 3600 ∙ 0,3165 = 1,22 /
Calculul numărului Reynold
= ∙ ∙ = 0.833 ∙ 1.22 ∙ 136.54.3∙10 = 32260.34
Coeficientul de rezisțentă hidraulicaă:
= 0.3164. = 0.316432260.34. = 0.023
Presiunea de pompare:
PR =10 m col titei = ρ·g·H =833·9.81·1=8171.73=0.0817bar
= + ∙ + ( − ) = 0.0817 + 0.023 ∙ ∙. ∙ . +833∙9.81∙(190−375) = 3633930.39 = 36.33
= = . = 0.519 Se alege n sc = 1 stație
Puterea necesară pompării:
= ∙
∙ ∙ ∙ = 7 0 ∙ 1 0 ∙64.260.96∙0.75∙3600 ∙ 1.1 ∙ 1 = 173541.66 ∙ ℎ = 173.541 ∙ ℎ
Energia consumată pe an:
Se consideră că pompa funcționează doar 320 de zile/an.
W = N·t z ·320 = 190.895·18·320 = 1099555.2 kW·h/an
Calculul mecanic al conductei de transport
Conform standardului în vigoare grosimea peretelui țevii se determină pe baza teorieieforturlui unitar maxim:
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 55/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
55
= ∙ 2 ∙ ∙ + +
unde:
- φ – coeficientul de calitate al îmbinarii sudate: φ = (0,7...0,9) Se alege: φ = 0,8;
- a1 – ados pentru neuniformitatea grosimii peretelui: a1 = (0,125...0,15) mm
Se alege: a1 = 0,130 mm;
- a2 –adaos pentru coroziune: a2 =( 0,5...1) mm Se alege: a2 = 0,7 mm;
- σa – efortul unitar admisibil:
= = 2,07 ∙ 10 1,7 1,217∙10 /
- σc – efortul unitar de curgere: σc =2,07·108 N/m2
c –coeficient de siguranta: c=(1,67...2) Se alege: c=1,7;
= ∙ 2 ∙ ∙ + + = 110.32∙10 ∙114.32∙0 . 8 ∙1 . 217∙10 + 0.13 + 0.7 = 7.30 < 15.9 =>
e = 7.30 mm < 15.9 mm => conducta a fost corect dimensionată.
Calculul termic al conductei de transport
Trasarea variației temperaturii de-a lungul conductei:
= + ( − ) ∙ ∙
= ∙ ∙ ∙ ∙
- temperatura la depozitul central: T D = 60 ºC
- temperatura exterioara: T ext = 2 ºC
- coeficientul global de schimb de caldura: K =2 W/m2·K
- caldura specifica a titeiului pentru temperatura medie: cm
= 1 ∙ − −
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 56/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
56
= 762,5 + 3,38 ∙ [] [/] = [/ ∙]
= ∙ 2 ∙ 3 [ °C] = 1 ∙ − −
Nr.crt Ti[oC] Ti+1[
oC] Tm[oC] ρm[Kg/dm3] cm a x[m] hLi
1 60 50 53.33 0.833 2044.51 22.62 10- 8366.14 16476.832 50 40 43.33 0.840 1999.06 22.94 10- 18433.16 38032.223 40 30 33.33 0.847 1954.09 23.27 10- 31295.165 70439.744 30 20 23.33 0.854 1909.49 23.62 10- 49537.30 125436.92
Viteza medie pe fiecare tronson: = 4 ∙ ∙ = 4∙64,26 ∙0,1095 ∙ 3600 = 1,896 /
Numarul Reynolds pe fiecare tronson:
Densitatea medie pentru temperatura medie:
Pentru Tm=53.33 oC se alege din diagrama densitatii ρt = 0.832kg/dm3
Pentru Tm=43.33 oC se alege din diagrama densitatii ρt = 0.839kg/dm3
Pentru Tm=33.33 oC se alege din diagrama densitatii ρt = 0.846kg/dm3
Pentru Tm=23.33 oC se alege din diagrama densitatii ρt = 0.853kg/dm3
Vascozitatea dinamică a țițeiului pentru temperatura medie:
Pentru Tm=53.33oC se alege din diagramă vascozitatea μ= 3.8cP = 3.8·10-3Pa∙s
Pentru Tm=43.33oC se alege din diagramă vascozitatea μ= 4.6cP = 4.6·10-3Pa∙s
Pentru Tm=43.33oC se alege din diagraăa vascozitatea μ= 6cP = 6·10-3Pa∙s
Pentru Tm=23.33oC se alege din diagramă vascozitatea μ= 10cP = 10·10-3Pa∙s
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 57/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
57
= ∙ ∙ = 0,832 ∙ 1,89 ∙ 109,53,8∙10 = 45312,25 −
= ∙ ∙ = 0,839 ∙ 1,89 ∙ 109,53,8∙10 = 37746,792 −
= ∙ ∙ = 0,846 ∙ 1,89 ∙ 109,56 ∙ 1 0 = 29180,65 −
= ∙ ∙ = 0,853 ∙ 1,89 ∙ 109,51 0 ∙ 1 0 = 17653,26 −
Rezistența hidraulică pe fiecare tronson:
- regim turbulent:
= 0,3164, = 0,316445312,25, = 0,021
= 0,3164
, = 0,316437746,792
, = 0,022
= 0,3164, = 0,316429180,65, = 0,024
= 0,3164, = 0,316417653,26, = 0,027
Pierderea de sarcină pe fiecare tronson:
ℎ = ∙ ∙ 8 ∙ ∙ ∙ = 16476,83
ℎ = ∙ ∙ 8 ∙ ∙ ∙ = 38032,22
ℎ = ∙ ∙ 8 ∙ ∙ ∙ = 70439,74
ℎ = ∙ ∙ 8 ∙ ∙ ∙ = 125436,92
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 58/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
58
Pierderea totală de sarcină:
ℎ = ∑ ℎ = 16476.83 + 38032.22 + 70439.74 + 125436.92 = 250385.71
Lungimea de congelare
= = 8366.14+18433.16+31295.165+49537.30 = 107631.765
Numărul stațiilor de încălzire:
î = = 60100107631,765 = 0,55
Variația temperaturii de-a lungul conductei dintre depozitul central și rafinărie
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50000 100000 150000
T e m p e r a t u r a o C
Lungimea segmentului de conducta, x
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 59/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 60/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
60
Căldura se transmite de la ţiţei la peretele conductei prin convecţie, iar de la pereteleconductei în solul din jurul acesteia prin conducţie. Deoarece volumul solului din jurul
conductei, implicat în procesul de transfer de căldură este mare, procesul de conducţie este
tratat în model ca un proces nestaţionar.
În această perioadă a procesului de pompare ţiţeiul cald începe să se deplaseze prin
conducta rece, îngropată în sol. Pe măsură ce ţiţeiul avansează în conductă cedează căldură
peretelui conductei şi mai departe solului în care este plasată conducta. Conform modelului
propus, prima tranşă de ţiţei pompată ce străbate conducta va întâlni pe toată perioadadeplasării conducta şi solul aflate la temperatura iniţială. Ţiţeiul care se deplasează pe
conductă va pierde o parte din căldură, fapt ce determină scăderea temperaturii acestuia.
Căldura pierdută de ţiţei va contribui în timp la creşterea temperaturii solului din jurul
conductei, determinând în partea a doua a procesului de pompare, creşterea uşoară a
temperaturii ţiţeiului din conductă.
În figurile 5.1 şi 5.2 este prezentată variaţia temperaturii în conductă la începutul
procesului de pompare. Datorită perioadei scurte scurse de la începutul procesului şi datorită
difuzibilităţii reduse a solului din jurul conductei, temperatura variază rapid, iar în faţa
ţiţeiului cald pompat temperatura este constantă, egală cu temperatura solului.
Fig. 5.1
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 61/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 62/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
62
Fig. 5.4
5.1. ANALIZA DINAMICII PROCESULUI DE TRANSPORT
În acest paragraf vom analiza modul cum evoluează, în timp, parametri legaţi de
deplasarea ţiţeiului prin conductă. Deoarece pasul de timp cu care a fost simulat procesul de
pompare este constant şi deoarece temperatura afectează proprietăţile termo-hidrodinamice
ale ţiţeiului, rezultă că deplasarea ţiţeiului prin conductă pentru intervale de timp egale va fi
neuniformă.
Fig. 5.5
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 63/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 64/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
64
Fig. 5.7
Fig. 5.8
Dinamica procesului de transport neizoterm se poate împărţi în două etape distincte,
prima începând o dată cu procesul de pompare şi durând până când ţiţeiul a ajuns la capătul de
livrare. Este o perioadă scurtă în care viteza de deplasare a ţiţeiului prin conductă scade,
distanţele parcurse de ţiţei în intervale de timp egale scad.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 65/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
65
Etapa a doua începe din momentul când prima tranşă de ţiţei a ajuns la capătul de livrare
şi se termină o dată cu procesul de pompare. În această perioadă viteza ţiţeiului începe săcrească.
5.3. ANALIZA VARIAŢIEI PROPRIETĂŢILOR TERMODINAMICE ALE
ŢIŢEIULUI ÎN LUNGUL CONDUCTEI
Variaţia temperaturii ţiţeiului în cazul transportului neizoterm determină variaţia
proprietăţilor termodinamce ale ţiţeiului, respectiv densitate, căldură specifică, vâscozitate şi
conductivitate, iar acestea produc modificări ale dinamici curgerii şi a schimbului de căldură.
Transportul neizoterm al ţiţeiului este un fenomen complex a cărui modelare numerică
se poate realiza cu succes numai dacă modelul este capabil să reflecte variaţiile proprietăţilor
în timp şi spaţiu, în mod real.În figurile 5.9, 5.10, 5.11 şi 5.12 sunt prezentate variaţiile
densităţii şi vâscozităţii ţiţeiului în timp şi spaţiu.
În prima parte a procesului de pompare (figurile 5.9, 5.10 şi 5.11) ambele mărimi cresc
datorită scăderii temperaturii.
În partea a doua a procesului de pompare (figura 5.12) aceste mărimi încep să scadă
datorită creşterii regimului termic din conductă.
Putem concluziona că evoluţia favorabilă a acestor parametrii (scăderea vâscozităţii şi a
densităţii) se obţine pentru timpi mari de pompare.
Alţi parametrii termodinamicii importanţi ai ţiţeiului, care influenţează schimbul de
căldură sunt conductivitatea şi căldura specifică a ţiţeiului. Variaţiile acestor mărimi sunt prezentate în figurile 5.13, 5.14, 5.15 şi 5.16.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 66/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 67/76
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 68/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
68
Fig. 5.13
Fig. 5.14
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 69/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
69
Fig. 5.15
Fig. 5.16
Din figurile de mai sus se observă că cele două mărimi au evoluţii contrare. Căldura
specifică a ţiţeiului scade pe măsură ce acesta străbate conducta, iar conductivitatea acestuia
creşte. Această evoluţie este valabilă pe prima perete a procesului de pompare pe care am
stabilit-o de la începutul procesului de pompare până când prima tranşă de ţiţei ajunge la
livrare. Sensul evoluţiei acestor două mărimi se inversează în partea a doua a procesului de
pompare.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 70/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
70
5.5. ANALIZA PROCESULUI DE TRANSFER DE CĂLDURĂ
Transferul de căldură de la ţiţei la sol are câteva particularităţi. Căldura se transferă de
la ţiţei la peretele conductei printr-un proces de convecţie turbulent. De la peretele conductei
către solul din vecinătate căldura se transferă printr-un proces de difuzie nestaţionară descris
matematic de legea lui Fourier. Cantitatea de căldură transferată de la ţiţei către peretele ţevi
poate atinge valori ridicate datorită valorilor mari ale coeficientului de convecţie, dar căldura
ce poate fi preluată de solul din vecinătatea conductei este limitată de difuzibilitatea, în
general redusă, a solului. Astfel valoarea căldurii pierdute de ţiţei este determinată de
capacitatea solului de preluare a acesteia. O altă caracteristică importantă a procesului este
determinată de evoluţia câmpului de temperatură din jurul conductei, astfel pe măsura trecerii
timpului temperatura solului din jurul conductei creşte astfel că gradientul de temperatură la
peretele conductei scade, deci, în timp căldura preluată de sol, care este egală cu căldura
pierdută de ţiţei se va diminua.
În figurile 5.21 şi 5.22 este prezentată variaţia temperaturii solului în jurul conductei. La
coordonata 0.0 (cu roşu) este reprezentată temperatura peretelui exterior al conductei. Se
observă că datorită deplasării rapide a ţiţeiului în lungul conductei, în raport cu difuzia
căldurii prin solul înconjurător, temperatura solului din vecinătatea conductei se modifică
foarte puţin. Puterea termică pierdută pe tronsoanele conductei scade până la zero, moment în
care temperatura peretelui conductei devine egală cu temperatura solului. Acest punct
evoluează in timp deplasându-se spre capătul de livrare al conductei.
În figurile 5.23 şi 5.24 este prezentată evoluţia temperaturii solului din jurul conductei
pentru valori mari ale timpului de pompare. Se observă că a dispărut punctul în care pierderile
de căldură sunt nule, dar privind cu atenţie observăm o diminuare a valorii acestora începând
chiar cu valoarea din capătul din stânga. Acest lucru se datorează încălzirii solului din jurul
conductei scăderii valorii gradientului termic la peretele conductei.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 71/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
71
Fig. 5.21
Fig. 5.22
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 72/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
72
Fig. 5.23
Fig. 5.24
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 73/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
73
Graficele de mai sus ne arată o altă caracteristică a fenomenelor termice din jurul
conductelor de transport ţiţei în regim neizoterm, îngropate şi anume nestaţionaritateafenomenului.
Acest lucru se datorează volumului mare de sol din jurul conductei, implicat în proces şi
a difuzibilităţii reduse a acestuia.
Se observă că şi la timpi mari de transport, figura 5.24 (24 zile), câmpul de temperatură
nu s-a stabilizat, deci pierderile de căldură sunt variabile funcţie de timpul de pompare.
Deoarece timpul în care se efectuează transportul neizoterm al ţiţeiului prin conducte
îngropate este mic în raport cu timpul de stabilizare al câmpului termic din jurul conducteifenomenul este nestaţionar deci metodele de proiectare trebuie să ţină seama de acest fapt.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 74/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
74
CONCLUZII
Concluzia parţială pe care o putem trage analizând rezultatele de mai sus este că
procesul de transport în regim neizoterm a ţiţeiului prin conducte îngropate se desfăşoară în
perioada de început de pompare, în care prima tranşă de ţiţei cald străbate conducta, cu
pierderi mari de căldură, de sarcină hidraulică şi generare maximă de entropie. În continuare
procesul de transport prezintă o îmbunătăţire o dată cu trecerea timpului, căldura disipată
scade, pierderile de sarcină hidraulice scad şi generarea de entropie scade.
Proiectarea sistemului de transport şi de depozitare este un calcul complex care are
în vedere realizarea unei scheme tehnice de transport şi depozitare, astfel încat cheltuielele
efectuate pentru aceasta, sa fie cît mai reduse, dar cu un randament maxim.
Unii dintre parametrii care intervin în calcul depind de proprietatile fluidului
transportat, deci de respectivele proprietati (densitate, vâscozitate, ratia gaze-solutie,
presiune, temperatura e.t.c.) şi sunt valabili numai pentru fluidul transportat pentru care s-a
facut calculul.
Calculul variantelor de pompare a necesitat o atentie deosebita din partea proiectantului deoarece trebuie sa se ajunga la o varianta cat mai eficienta din punct de
vedere economic, cît şi din punct de vedere al timpului de pompare şi evacuare a produselor
petroliere.
Aceasta operatiune se face printr-un sistem de parcuri, conducte de legatura, depozit
şi în cele din urma, rafinarie, acest sistem putand fi adoptat la procesele automatizate,
uşurând în acest fel responsabilitatea personalului angajat.
Tinând cont de faptul ca transportul produselor petroliere prin conducte are costulcel mai redus, acesta are prioritate fata de alte metode de transport. Întretinerea sistemului
este uşoara, el necesita revizii tehnice periodice de cateva ori pe an de catre persoanele
autorizate.
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 75/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru
75
BIBLIOGRAFIE
1. Dragotescu N. - Transportul pe conducte a ţiţeiului, gazelor şi produsului petrolier;
2. Ove Bratland - Pipe Flow 1;
3. Soare. Al., Strătulă C- Transportul şi depozitarea fluidelor –Vol. 1 şi 2, EdituraU.P.G., Ploieşti, 2002;
4. Soare, Al, Bratu, C., Rădulescu, R ., - Transportul și depozitarea hidrocarburilor, EdituraU.P.G. Ploiești, 2004;
5. Oroveanu T., Stan Al., Trifan C. : ”Colectarea, transportul şi depozitarea produselor petroliere şi gazului” , Editura E.T.P. Bucureşti 1985 ;
8/18/2019 LICENTA TRANSPORT
http://slidepdf.com/reader/full/licenta-transport 76/76
UNIVERSITATEA" PETROLGAZE " DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA INGINERIAPETROLULUI ȘI GAZELOR
PROIECT DE DIPLOMĂ Ioana - Aida Spătaru