CC BY
7
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июнь. 2023 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2023.111.6.15689
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АППАРАТА ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Хурмаматов Абдугаффор Мирзабдуллаевич
д-р техн. наук, проф., зав. лаб. Института общей и неорганической химии АНРУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gafuri [email protected]
Исмаилов Ойбек Юлибоевич
д-р техн. наук, вед. научн. сотр. Института общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Абдурахимов Саидрасул Саидакбарович
технолог
ООО «ЛУКОЙЛ Узбекистан Оперейтинг Компани», Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Туробжонов Садриддин Мухаммадиевич
ректор
Ташкентского государственного технического университета,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
№ 6 (111)
STUDYING THE HYDRAULIC RESISTANCE OF THE DEVICE FOR TRANSPORTING HYDROCARBON RAW MATERIALS
Abdugaffor Khurmamatov
Dr. tech. sciences, prof., head. lab. Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Oybek Ismailov
Dr. tech. sciences, ved. scientific collaborator Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Saidrasul Abdurahimov
Technologist
LLC LUKOIL Uzbekistan Operating Company, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Sadriddin Turobjonov
Rector
of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье приведены результаты исследования потери напора при местных сопротивлениях в движении нефти и газового конденсата в стальных трубах в температурных пределах 20^100 оС и скорости потока 1,0 м/с. При плавном и внезапном расширении трубы гидравлическое сопротивление снижается на 6 % и 5 %, соответственно по сравнению с обычной трубой. При плавном и внезапном сужении гидравлическое сопротивление повышается до 7,6 и 14 %, в колене при 90о -24 %, при полном открытии вентиля наблюдается повышение гидравлического сопротивления на 38,6 %.
Библиографическое описание: ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ АППАРАТА ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хурмаматов А.М. [и др.]. 2023. 6(111). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15689
UNIVERSUM:
_J :И_июнь. 2023 г.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of pressure loss at local resistances in the movement of oil and gas condensate in steel pipes at temperature ranges of 20-100 C and a flow velocity of 1.0 m/s. In the smooth and sudden expansion of the pipe, the hydraulic resistance is reduced by 6% and 5%, respectively, compared to a conventional pipe. With a smooth and sudden narrowing, the hydraulic resistance increases to 7.6 and 14%, in the knee at 90o -24%, with the valve fully open, there is an increase in hydraulic resistance by 38.6%.
Ключевые слова: нефть, газовый конденсат, местное сопротивление, гидравлическое сопротивление, потеря напора, скорость потока, температура, энергия.
Keywords: oil: gas condensate, local resistance, hydraulic resistance, pressure loss, flow rate, temperature, energy.
№ 6 (111)
Цель исследования - изучение и определение гидравлического сопротивления трубы при различных соотношениях углеводородного сырья при транспортировке трубопроводом.
Научная новизна - определено местное сопротивление технологических труб экспериментальной установки при различных температурах 20^100 °С и различных соотношениях 30,50,70% нефти и газового конденсата.
Как известно, часть давления углеводородного сырья ЛРобщ (Па), создаваемого насосом, расходуется для преодоления сил внутреннего трения ЛРтр, возникающих при перемещении нефти, газового конденсата и их смесей по всей длине трубы, а другая часть энергии потока расходуется для преодоления местных сопротивлений ЛРмс [1,2,3].
Потери напора на трение рассмотрены для случая равномерного движения жидкости, т.е. живое сечение вдоль трубы сохраняется постоянным. При движении жидкости в местных сопротивлениях поток претерпевает деформацию, что приводит к изменению форм и размеров живого сечения, и. следовательно, движение жидкости становится неравномерным, вследствие чего происходит изменение скорости потока. В местах изменения живого сечения или направления потока происходит его отрыв от стенок и образуются так называемые вихревые или застойные зоны. Между основным потоком и вихревыми зонами осуществляется интенсивный обмен частицами жидкости, что является основным источником местных потерь энергии [4-8].
Количество энергии (напора), затрачиваемой на преодоление местных сопротивлений в напорных
трубах (внезапное сужение и расширение, резкий поворот потока и т.д.) в большинстве случаев определяется с помощью коэффициентов, полученных опытным путем, влияние местного сопротивления на перепад давления в трубе при движение нефти и газового конденсата с учетом температуры в скорости потока 1,0 м/с [9-14].
Проведена серия опытов по определению гидравлического сопротивления лабораторного аппарата. Во время опытов измеряли значения объемного расхода жидкости, давления и температуры жидкости на входе в испытуемый участок трубы и на выходе из него, силу тока, его напряжение и мощность. Потребляемая мощность электронагревателя (#1^= 2 кВт) регулировали при помощи автотрансформатора. Температура стенки трубы и жидкости измерялась при помощи стеклянных термометров. По измеренной температуре жидкости определяли значения ее физических свойств [15].
В ходе эксперимента на лабораторной установке осуществлено движение нефти, газового конденсата и их смесей при скорости потока 0,05^1,0 м/с и температуре 20^100 оС по замкнутому циклу с применением нескольких видов местных сопротивлений таких, как потеря давления при движении углеводородного сырья в горизонтальной трубе, при внезапном расширении и сужении, плавном расширении и сужении, вентиля и колена 90о.
Результаты экспериментальных данных по определению влияния местного сопротивления на перепад давления в трубе при движении нефти и газового конденсата с учетом температуры в скорости потока 1,0 м/с представлены на рис.1.
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
CQ
а л
20 50 100
Темпе-
А Вентиль при полном открытии
I Колено 90 —^^^^^^ Внезапное сужение
_V Внезапное расширение
Плавное сужение Плав ное расширение Обычная труба
Рисунок 1. Влияние местного сопротивления на перепад давления в зависимости от температуры газового конденсата
Анализируя данные рис. 1. можно отметить, что с повышением температуры сырья (газовый конденсат), гидравлическое сопротивление снижается за счёт уменьшения вязкости. С повышением температуры сырья от 20 до 100 оС, гидравлическое сопротивление при плавном расширении трубы снижается от 786 до 646 Па, при плавном сужении этот показатель составлял 898^711 Па, при внезапном расширении и сужении трубы показатели гидравлического сопротивления составляли 795^651 Па и 954^734 Па, соответственно. При колене 90Zо в вышеуказанном пределе температуры показатель гидравлического сопротивления составляет 1035^894 Па, у
вентиля при полном открытии 1156^967 Па. При 20 оС и скорости потока сырья 1,0 м/с при плавном и внезапном расширении трубы гидравлическое сопротивление снижается на 6 % и 5 %, соответственно, по сравнению с обычной трубой. При плавном и внезапном сужении гидравлическое сопротивление повышается на 7,6 и 14 %, в колене 90о повышается на 24 %, при полном открытии вентиля наблюдается повышение гидравлического сопротивления на 38,6 %.
Также изучено влияние местного сопротивления на перепад давления в зависимости от температуры нефти, рис.2.
Вентиль при полном открытии Колено 90 Внезапное сужение Внезапное расширение Плавное сужение Плавное расширение Обычная труба
20 50
Температура, оС
Рисунок 2. Влияние местного сопротивления на перепад давления в зависимости от температуры нефти
1ПП
Из рис.2 видно, что при движении нефти при скорости 1,0 м/с в исследуемой части трубы экспериментальной установки ЛР также снижается с повышением температуры. Гидравлическое сопротивление аппарата более высокое, чем при качке газового конденсата в трубе за счет большой разницы их вязкости (нефть 6,40 мм2/с, газовый конденсат 1,07 мм2/с при 20оС) [3]. При температуре
20оС гидравлическое сопротивление в исследуемой части аппарата в обычной трубе составляет 2186 Па. При плавном и внезапном расширении этот показатель составляет 2037 и 2053 Па, при плавном и внезапном сужении 2245 и 2521 Па, при колене 90о -2521 Па, а при полном открытии вентиля ЛР равняется 2649 Па. С повышением температуры сырья от
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
20 до 100 оС, гидравлическое сопротивление в обычной трубе снижается в 2,12 раза, при плавном и внезапном расширении в 2,07 и 2,05 раза, при плавном и внезапном сужении 2,07 и 2,08 раза, в колене 90о -2,01, при полном открытии вентиля АР снижается в 1,99 раза.
Таким образом, полученные данные позволяют заключить что при подаче нефти и газового конденсата по технологическим трубопроводам самое высокое сопротивление оказывает при наклоне колено
1400
90Zо и вентиль. При перекачке нефти показатели этих двух местных сопротивлений выше, чем в 2,43 и 2,29 раза, а при перекачке газового конденсата 1,15 и 1,21 раза выше, чем на обычной стальной трубе. Создание гидравлического сопротивления из местных сопротивлений отрицательно влияет на расход энергии создаваемого насосами для перекачки сырья.
CÖ 1200
1000
s 800'
О 600 §
о 400
и 200
оЗ
III U li
Обычная Плавное Плавное Внезапное Внезапное Колена 900 Вентиль в труба расширение сужение расширение сужение полном
открытии
□ 0,05 м/с □ 0,5 м/с □ 1,0 м/с
Рисунок 3. Изменение гидравлического сопротивления технологической трубы при различных скоростях жидкого углеводородного потока
Также определены изменения гидравлического сопротивления аппарата при скорости потока 0,521 м/с. табл. 1.
Таблица 1,
Экспериментальные данные измерения перепада давления некоторых местных сопротивлений
(при скорости потока 0,521 м/с)
0
Состав сырья Обычная труба Плавное расширение Плавное сужение Внезапное расширение Внезапное сужение Колена 90Z0 Вентиль в полном открытии
АР, при 200С
Нефть 982 915 997 923 1015 1124 1467
70%Н+30%ГК 618 580 634 588 641 728 962
50%Н+50%ГК 442 411 457 426 462 513 693
30%Н+70%ГК 366 346 379 353 387 456 574
ГК 285 252 298 267 310 347 415
при 500С
Нефть 606 584 624 592 646 704 813
70%Н+30%ГК 427 400 465 420 481 538 594
50%Н+50%ГК 346 324 382 338 398 456 510
30%Н+70%ГК 302 268 342 281 358 385 456
ГК 250 221 264 234 273 297 361
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Состав сырья Обычная труба Плавное расширение Плавное сужение Внезапное расширение Внезапное сужение Колена 90^ Вентиль в полном открытии
при 1000С
Нефть 381 367 397 354 412 465 521
70%Н+30%ГК 324 310 336 302 354 382 437
50%Н+50%ГК 286 269 298 254 318 347 381
30%Н+70%ГК 253 238 265 225 281 308 346
ГК 223 206 239 197 247 273 298
Из табл.1 видно, что при скорости нефтяного сырья 0,521 м/с (при 20°С) гидравлическое сопротивление обычной трубы составляло 982 Па, при плавном расширении 915 Па, плавном сужении 997 Па, при внезапном расширении 1015 Па, при угле колена 90Z° 1124 Па, при вентиле в полном открытии гидравлическое сопротивление трубы составляло 1467 Па. При соотношении углеводородной смеси 70%Н+30%ГК гидравлическое сопротивление трубы изменялось в пределах 618^972 Па. Дальнейшее увеличение концентрации газового конденсата в составе углеводородной смеси 30%Н+70%ГК, гидравлическое сопротивление горизонтальной трубы снижалось до 574 Па. Эксперименты проведены для 100%-ного газового конденсата, при этом, гидравлическое сопротивление очень мало, т.е. этот показатель изменялся в пределах 285^415 Па при скорости потока 0,521 м/с. По
ходу эксперимента температуру жидкого потока изменяли до 50°С, при этом гидравлическое сопротивление трубы изменялось в пределах 427-594 Па при соотношении углеводородной смеси 70%Н+30%ГК. При повышении температуры углеводородной смеси до 100 °С гидравлическое сопротивление трубы снижается от 381^521 Па (в нефти), при соотношении углеводородной смеси 70%Н+30%ГК гидравлическое сопротивление изменяется от 324 Па до 437 Па, а при использовании 100%-ного газового конденсата этот показатель изменяется в пределах 223^298 Па. Это объясняется тем, что с повышением температуры углеводородной смеси гидравлическое сопротивление трубы снижается за счет снижения плотности и вязкости нефтегазоконденсатного сырья.
По ходу опытов эксперименты проведены при скорости углеводородного потока 0,95 м/с, табл.2.
Таблица 2.
Экспериментальные данные измерения перепада давления некоторых местных сопротивлений
(при скорости потока 0,985 м/с)
Состав сырья Обычная труба Плавное расширение Плавное сужение Внезапное расширение Внезапное сужение Колено 900 Вентиль в полном открытии
АР, при 200С
Нефть 2186 2037 2245 2053 2316 2521 2649
70%Н+30%ГК 1488 1328 1556 1347 1594 1687 1792
50%Н+50%ГК 1149 1045 1193 1087 1242 1400 1510
30%Н+70%ГК 998 911 1067 947 1114 1254 1328
ГК 834 786 898 795 954 1035 1156
при 500С
Нефть 1467 1408 1500 1423 1584 1632 1712
70%Н+30%ГК 1118 1067 1191 1089 1262 1347 1389
50%Н+50%ГК 960 912 1011 981 1079 1132 1185
30%Н+70%ГК 871 818 942 867 995 1054 1112
ГК 759 700 791 757 824 895 941
при 1000С
Нефть 1031 982 1082 1000 1113 1254 1328
70%Н+30%ГК 910 834 975 879 1015 1105 1210
50%Н+50%ГК 829 786 876 800 900 993 1086
30%Н+70%ГК 762 724 792 734 842 910 1012
ГК 695 646 711 651 734 894 967
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Из табл.2 видно, что при скорости нефтяного сырья 0,985 м/с (при 20°С) гидравлическое сопротивление трубы составляло 2186 Па, при плавном расширении 2037 Па, плавном сужении 2245 Па, при внезапном расширении 2053 Па, при угле колена 90Z° 2521 Па. Гидравлическое сопротивление гори-
зонтальной трубы снижалось до 998 Па с увеличением концентрации газового конденсата в составе углеводородной смеси 30%Н+70%ГК. Показатель гидравлического сопротивления очень мал при скорости 100%- ного газового конденсата, т.е. этот показатель изменялся в пределах 834^1156 Па при температуре 20°С.
Нефть -!-70%Н+30%ГК -§-30%Н+70%ГК -*-ГК
Рисунок 4. Изменение давления потока в горизонтальной трубе
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Нефть -■- 70%Н+30%ГК -•- 30%Н+70%ГК -ж- ПК
Нефть -Щ- 70%Н+30%ГК -•- 30%Н+70%ГК -*- ПК
Рисунок 5. Изменение давления при плавном расширении в горизонтальной трубе
Нефть -■- 70%Н+30%ГК -•- 30%Н+70%ГК -ж- ПК
Рисунок 6. Изменение давления при плавном сужении в горизонтальной трубе
Из рис.4^7 видо, что при плавном расширении в горизонтальной трубе (при скорости нефти 0,05^0,98 м/с), её сопротивление колеблется в пределах 83^2037 Па, для газового конденсата этот показатель составлял от 12 Па до 834 Па. С изменением доли газового конденсата в углеводородной смеси показатель гидравлического сопротивления составлял в пределах 20^1328 Па.
С учётом полученных результатов собрана лабораторная установка для изучения движения углеводородного сырья в трубопроводах. На основе проведенных экспериментов получены следующие результаты: при подаче нефтегазоконденсатного сы-
Рисунок 7. Изменение давления при внезапной расширение в горизонтальной трубе
рья по технологическим трубопроводам самое высокое сопротивление оказывает колено при наклоне 90Zо и вентиль. При перекачке нефти показатели этих двух местных сопротивлений выше, чем в 2,29 раза, а при перекачке газового конденсата 1,15 и 1,21 раза выше, чем в обычной стальной трубе. С повышением температуры углеводородной смеси до 100°С гидравлическое сопротивление при плавном сужении и расширении трубы снижается за счет снижения плотности и вязкости нефтегазоконден-сатного сырья, кроме того улучшается гидродинамический режим внутри технологического оборудования.
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Список литературы:
1. А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии. 8-е изд., перераб. - М.: Химия, 1971. -
2. Процессы и аппараты химической технологии. Под редакцией профессора А.А. Захаровой. -М: Академия, 2006. -С. 30-68.
3. З.С. Салимов, О.Ю. Исмаилов. Плотность и вязкость жидких углеводородов при температурах 20-98 оС. Научно-технический журнал «Нефтепереработка и нефтехимия». - Москва. 2014. - №1. - С. 18-22.
4. Hurmamatov A.M. Studying of mechanical impurity concentration influencing of hydrocarbonic mixes on cleaning efficiency in hydrocyclone// Austrian Journal of Technical and Natural Sciences: - Austria, Vienna, 2017, №7-8. -
5. Хурмаматов А.М. Влияние конструктивных параметров на эффективность очистки гидроциклона // «Узбекский химический журнал». - Ташкент, 2017. №5. -С. 63-69.
6. А.М. Хурмаматов. Изучение основных физико-химических свойств кокдумалакской нефти и ее фракций // Журнал «Химическая промышленность»: - Санкт-Петербург, 2018. №1. -С. 8-12.
7. А.М.Хурмаматов, О.Ю.Исмаилов, Ж.А.Хайдаров. Определение коэффициента поверхностного натяжения нефти, газового конденсата и их смесей //«Узбекский химический журнал». - Ташкент, 2018. №2. -С. 57-64.
8. Хурмаматов А.М., Махкамов Б.Р. Влияния гидродинамических параметров на эффективность очистки нефтегазоконденсатного сырья в центробежном поле/ Сб.докладов. Международ.науч. -техн.конф. «Состояние и перспективы инновационных идей и технологий в области нефтехимии». - Фергана, 2015. - С. 355-358.
9. Исмаилов О.Ю., Рахмонов Т.З. Номограмма для определения гидравлического сопротивления углеводородного сырья в горизонтальной трубе// Научно-технический журнал «Химическая промышленность». г. Санкт-Петербург, -2016. - №3 - С. 139-142.
10. Исмаилов О.Ю., Хурмаматов А.М., Хайдаров Ж.А. Определение коэффициента поверхностного натяжения нефти, газового конденсата и их смесей// Узбекский химический журнал. - Ташкент, -2018. -№2. - С. 57-64.
11. Исмаилов О.Ю., Сатторов З.М. Влияние гидродинамических режимов движения нефтегазоконденсатных потоков на толщину вязкого пограничного слоя и эффективность теплообмена// Научно-технический журнал «Нефтепереработка и нефтехимия». Москва. - 2020. - №2. -С. 35-37.
12. Хурмаматов А.М., Исмаилов О.Ю. Влияния температуры углеводородного сырья на перепад давления в горизонтальной трубе// Научно-технический журнал Наманганского инженерно-технологического института// ТОМ 5 - Спец выпуск (1), 2020. -С. 168-172.
13. Исмаилов О.Ю., Хурмаматов А.М. Влияние скорости потока жидких углеводородов на эффективность процесса теплообмена// Узбекский химический журнал. - Ташкент, - 2020. - №2. -С. 88-100.
14. Хурмаматов А.М., Исмаилов О.Ю., Маллабоев О.Т. Influence of recirculation of hydrocarbon flows on the efficiency of the heat exchanger operation// Scientific and technical journal of Namangan institute of engineering and technology. Namangan-2021. VOL 6 - Issue (1) 2021 Pp. 122-128.
15. Хурмаматов А.М., Исмаилов О.Ю. Влияние гидродинамических режимов и состава нефтяного сырья на гидравлическое сопротивление гидроциклона// Узбекский химический журнал. - Ташкент, -2019. -№1. - С. 32-
С. 87-94.
P. 33-37.
38.
