transportul si depozitarea fluidelor - proiectarea unui sistem de transport fluide de la sonda la rafinarie

TRANSPORTUL SI DEPOZITAREA FLUIDELOR

 

 

PROIECTAREA UNUI SISTEM DE TRANSPORT FLUIDE DE LA SONDA LA RAFINARIE

Introducere:

II CONTINUT:

Capitolul 1. Calculul hidraulic al conductei de alimentare cu apa; alegerea pompelor;

Capitolul 2. Calculul hidraulic al conductelor de evacuare a gazelor;

Capitolul 3. Calculul hidraulic al conductei de amestec (sonda - parc);

Capitolul 4. Determinarea programului optim de evacuare a titeiului de la parcurile de separare (pe considerente energetice);

Capitolul 5. Bilantul termic al depozitului central;

Capitolul 6. Proiectarea conductei de transport de la depozitul central la rafinarie;

6.1. Calculul hidraulic;

6.2. Calculul termic;

6.3. Calculul mecanic;

Concluzii si propuneri.

Bibliografie.

Q₂, z₂

Q₄, z₄

x₁ x₂ x_n

L₂ L₄ z_DC

DC

SA

L_a L_1A B L_CD D L_DE E

A L_AB L_BC C

z_a, q_a Q₁, z₁L₅

L₃ L_t

p_1ip_{1 m} p_1j

R

L_gQ₅, z₅

p_2i

p_2m Q₃, z₃

p_2j

unde notatiile au urmatoarea semnificatie:

P₁,..P₅ - parcuri de sonde;

L_a - lungimea conductei de apa;

q_a - debitul sursei de apa;

z_a - cota topografica a sursei de apa;

L_ij - lungimea conductei pe portiunea ij;

L_t - lungimea conductei de transport titei intre depozitul central si

rafinarie;

L_g lungimea conductei de gaze;

p_i, p_m, p_j - presiune inalta, medie, joasa;

DC - depozit central;

R - rafinarie;

z_i - cotele topografice ale parcurilor i, i = 1.5;

SA - sursa de apa;

Q_i - debitele de titei de la parcurile P_i.

III. DATE CUNOSCUTE:

III.1. Schema sistemului de transport

III.4. Numarul sondelor racordate la parcul 1

x = 4 + n·0,5

III.5. Productia parcurilor

Q₁ = x·q_am

q_am = 8 m³ lichid / zi

Q₂ = (210 +5 ·n) m³ / zi

Q₃ = (180 +5 ·n) m³ / zi

Q₄ = (190 +5 ·n) m³ / zi

Q₅ = (90 +5 ·n) m³ / zi

III.6. Densitatea relativa a gazelor in raport cu aerul

δ = 0,67

III.7. Temperatura de congelare a titeiului, T_c (Tabelul III.1.)

III.8. Temperatura de siguranta pentru transport

T_s = T_c + (2..7)⁰C

III.9. Unele proprietati ale titeiurilor functie de temperatura (μ ρ ν Tabelul III.1.

(Principalele proprietati ale unor titeiuri din Romania)

Se transporta titeiul (TIP.....) de la depozit la rafinarie cu urmatoarele proprietati:

1 cP = 10^-3 Pa.s

1 cSt = 10^-6 m²/s

III.10. Ratia de solutie

r = 250 + (-1)ⁿ·n m³_st/m³

III.11. Impuritati

i = (0,2 + 0,01)n, %

III.12. Densitatea lichidului

III.13. Temperatura medie

T_sonda = 42⁰C

T_parc = 18⁰C

III.14. Vascozitatea lichidului

III.15. Vascozitatea titeiului la temperatura medie, ν_tTm

constantele A si B se determina din sistemul de ecuatii:

III.16. Vascozitatea cinematica a apei de zacamant

III.17. Vascozitatea dinamica a apei sarate

)

μ_a = 1 (cP)

s = 20 (kg NaCl/vagon)

III.18. La parcul 1 gazele se separa pe 3 trepte de presiune: inalta, medie, joasa, la valorile :

p_1i= 40 10⁵ N/m²;  p_1m= 13 10⁵ N/m²; p_1j= 5 10⁵ N/m²;

p_2i= 38 10⁵ N/m²;  p_2m= 10 10⁵ N/m²; p_2j= 2,5 10⁵ N/m².

Se va trasa grafic

a)     densitatea titeiului functie de temperatura

b)     vascozitatea cinematica a titeiului functie de temperatura

c)     vascozitatea dinamica a titeiului functie de temperatura

Capitolul 1:

CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTEI DE ALIMENTARE CU APA

Determinarea diametrului orientativ:

, v_a = 1..3 (m/s).

Alegerea diametrului real (SREN 10208 → Anexa 1)

D = ...., mm,...in

d = ..., mm

e = ..., mm

Determinarea vitezei reale de curgere:

Determinarea caderii de presiune:

Determinarea numarului Reynolds, Anexa 2 (propr. Apei), Anexa 3 (vascozitatea):

Determinarea coeficientului de rezistenta hidraulica:

regim laminar:

regim turbulent:

Determinarea presiunii de pompare a apei:

p _hidrant = 6 10⁵ N/m²

Determinarea puterii pompei

η = 0,7

Determinarea valorii energiei consumate:

t = 6 ore/zi

Capitolul 2

CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR DE GAZE

2.1. Conducta de presiune inalta:

p_p = 40 10⁵ N/m²

p_i = 6 10⁵ N/m²

Debitul pe fiecare treapta va fi:

r - ratia de solutie

Modulul de debit

T₀ = 273,15K, p₀ = 1,013.25.10⁵ Pa, R = 8314 J/kgK

Determinarea diametrului orientativ, d₀:

Coeficientul de rezistenta hidraulica:

Evaluarea coeficientului de abatere de la legea gazelor perfecte Z_p = f(T_r, p_r) se poate determina din Anexa 4, sau cu relatia

2.2. Conducta de presiune medie:

Modulul de debit:

p_pm = 16 10⁵ N/m²

p_m = 2 10⁵ N/m²

Diametrul orientativ se deduce din K_m

Diametrul real se deduce din SREN 10208

2.3. Conducta de joasa presiune:

Modulul de debit:

p_pj = 8 10⁵ N/m²

p_j = 1,05 10⁵ N/m²

Diametrul orientativ se deduce din K_j

Diametrul real se deduce din SREN 10208

Capitolul 3

CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTEI DE AMESTEC

(SONDA - PARC DE SEPARARE)

Calculul fractiei de lichide din amestec:

Densitatea amestecului

Vascozitatea cinematica

Viteza medie a amestecului

Diametrul orientativ

v_ec = (0,1..0,3) m/s

Diametrul real (Anexa 1)

Viteza amestecului

Numarul Reynolds

v_l - viteza medie a fazei lichide daca aceasta ar curge sigura prin conducta

v_g - viteza medie a fazei gazoase daca aceasta ar curge sigura prin conducta

Coeficientii de rezistenta hidraulica

regim laminar

regim turbulent, conducte netede

Caderea de presiune de-a lungul conductei de amestec

Capitolul 4

DETERMINAREA PROGRAMULUI OPTIM DE EVACUARE A TITEIULUI DIN PARCURILE DE SEPARARE

Parcurile sunt echipate cu pompe PI - 160 (Anexa 5). In vederea dimensionarii colectorului si a stabilirii unui program optim de pompare se vor alege mai multe variante.

VARIANTA I: Pompeaza pe rand parcurile:

(1 - 4); (2 - 5); (3)

Timpul zilnic de pompare ( fara restrictii de W)

ore

3 - grupuri de pompare

Numarul de pompe necesar in fiecare parc

se rotunjeste in plus

Timpul de evacuare al productiei de la fiecare parc

Debitele de evacuare

Tabelul 1

Dimensionarea tronsonului 1 - C

v_ec = 1 m/s

Dimensionarea tronsonului C - E

Diagrama de pompare

Tabelul 2

Presiunile de pompare la fiecare parc

ORELE 0 - 8

m

ORELE 8 - 14

ORELE 14 - 24

Energia consumata in variantele

(KWh)

se alege varianta cu W <<.

Capitolul 5

BILANTUL TERMIC AL DEPOZITULUI CENTRAL

In depozitul central. titeiul curat este depozitat in rezervoare metalice cilindrice verticale cu capacitati corespunzatoare conform (Anexa 6).

Pentru depasirea temperaturii de congelare si asigurarea transportului titeiului spre rafinarie acesta se incalzeste cu ajutorul serpentinelor la o temperatura t_i = 60⁰C. Aburul de incalzire va fi de tip saturat produs in agregate tip ABA conform STAS (Anexa 7).

Cantitatea de titei curat in parcul central va fi egala cu Q_T = (1- i)(Q₁ +..+Q₅) ceea ce inseamna....rezervoare pline plus un rezervor cu nivel......metri.

5.1. Calculul cantitatii totale de caldura

Q = Q_I + Q_II + Q_III

Q_I - cantitatea de caldura necesara ridicarii temperaturii titeiului de la temperatura de siguranta (T_s = T_c +30⁰C) la temperatura de incalzire, T_i:

c_t = 0,4825 + 0,00077(T_m - 100), (kcal/kg⁰C); _t =...., V = volumul titeiului din rezervor.

Q_II - cantitatea totala de caldura necesara topirii parafinei cristalizate:

 - continutul in parafina,  = (4...8)%; χ- caldura latenta de vaporizare = 40 kcal/kg.

Q_III - cantitatea de caldura necesara anihilarii pierderilor de caldura:

Q_III = KS(T_m - T_ext)

K_f = 1, K_l = 5, K_ag = 1,5 (kcal/m²h⁰C);

KS = K_tS_t +K_agS_ag + K_eS_e

T_ext = 25⁰C; -15⁰C.

5.2. Numarul de agregate necesare incalzirii titeiului

Debitul de abur necesar (kg abur/ara); p = 8 at, t = 175 ⁰C:

i_abur - entalpia aburului = 560 (kcal/kg)

Cantitatea de apa necesara producerii aburului, pentru raport de conversie de 1/1

(m³/ora)

Debitul de gaze necesar producerii aburului

p_cal - puterea calorifica a gazului = 8760 (kcal/m³st).

5.3. Lungimea serpentinelor de incalzire

1 km = 860 kcal/ora; T_iab - temperatura de incalzire a aburului, K;T_fc - temperatura finala a condensului, 375,15 K; K_ab-t - K abur - titei, 1600 W/m²K.

5.4. Timpul de racire al titeiului din rezervor

T_ext = 25 ⁰C (vara) , T_ext = -15 ⁰C (iarna)

Capitolul 6

PROIECTAREA CONDUCTEI DE TRANSPORT DE LA DEPOZITUL CENTRAL LA RAFINARIE

Transportul titeiului curat de la depozitul central la rafinarie se face cu pompele 2PN-400 (Anexa 6), echipate cu camasa de 7¹/₄" care au volumul pe cursa dubla V = 30,6 l/c.d. si n = 50 c.d./minut.

6.1. Calculul hidraulic:

Debitul de titei:

Q_t = (1 - i)(q_amk + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅)

Diametrul orientativ (v_ec = 1..3 m/s);

→STAS (D, d, e)

Se noteaza astfel:

355,6(14") x 11,1 A

Temperatura medie pe conducta

T_D = 60 ⁰C + 273,15, T_R = 18 ⁰C + 273,15 vara, T_R = 2 ⁰C + 273,15 iarna

Densitatea medie; vascozitatea medie

Viteza reala

Numarul Reynolds

Coeficientul de rezistenta hidraulica

sau

Panta hidraulica

Presiunea de pompare

p_D = p_R + _amg[iL_t + (z_R - z_D)]

p_R = 10 m col.titei

Debitul unei pompe

Qp = η V_cdn_cd

Numarul de pompe

t_z = 18 (ore/zi)

Numarul de statii de pompare

p_{p max} = 70 10⁵ N/m²

Puterea necesara pomparii (Anexa 10)

η₁- randamentul motorului = 0,96, η₂- randamentul transmisiei = 0,75, k - coeficientul de suprasarcina = 1,1.

Energia consumata

W = N t_z320

6.2. Calculul mecanic al conductei:

Conform STAS grosimea peretelui tevii se determina pe baza teoriei efortului unitar maxim (tangential)

φ - coeficient de calitate a imbinarii (sudurii) = 0,7.0,9; a₁ - adaos pentru neuniformitatea grosimii peretelui; a₂ - adaos pentru coroziune = 0,5...1 mm; σ_a - efortul unitar admisibil

a₁ = (0,125...0,15)

σ_a (A) = 2,07.108 N/m² - efortul unitar de curgere; c - coeficient de siguranta = 1,67..2;

6.3. Calculul hidraulic al conductei de transport (DC - R):

Trasarea variatiei temperaturii de-a lungul conductei

T_x = T_ext + (T_D - T_ext)e^-ax

T_ext = 18 ⁰C (vara); T_ext = 2 ⁰C (iarna); K - coeficient global de schimb de caldura = 2 W/m²K.

Calculul hidraulic al conductelor considerand proprietatile fluidelor ca fiind zonal constante (L = 5 km);

Calculul temperaturii medii pe tronsoane

Valorile proprietatilor titeiului

_mi, c_mi

Viteza medie pe fiecare tronson

Numarul Re

Rezistenta hidraulica

_i

Panta hidraulica

Pierderea de sarcina

h_Li = i_iL

Pierderea totala de sarcina

Presiunea de pompare

Lungimea de congelare (grafic si analitic)

Numarul statiilor de incalzire

6.4. Calculul mecanic (verificare):

e* = e + a₁ + a₂

φ = 0,8 - coeficient care tine seama de calitatea sudurii;

c = 1,6 (traseu gradul 1); a₁ = 0,125e - adaos pentru excentricitatea tevii; a₂ = 1 mm - adaos pentru coroziune.

BIBLIOGRAFIE

1.  Albulescu, M., Trifan, C., - Hidraulica, transportul si depozitarea produselor petroliere si gazelor - Editura Tehnica, Bucuresti, 1999;

2.  Bulau, L., - Colectarea, transportul si depozitarea titeiului - multiplicat Institutul de Petrol si Gaze, Ploiesti, 1978;

3.  Creanga, C., - Curs de chimia titeiului - Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1962;

4.  Cretu, I., Stan, Al., - Transportul fluidelor prin conducte. Aplicatii si probleme - Editura Tehnica, Bucuresti, 1984;

5.  Cretu, I., Soare, Al., si altii - Probleme de hidraulica - Editura Tehnica, Bucuresti, 1972;

6.  Cretu, I., - Hidraulica generala si subterana - Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1983;

7.  Dragotescu, D.,N., si altii - Transportul pe conducte al titeiului, gazelor si produselor petroliere - Editura Tehnica, Bucuresti, 1961;

8.  Drug, V., Ungureanu, O., - Transportul gazelor naturale - Editura Tehnica, Bucuresti, 1972;

9.  Gheorghe, Gabriel, - Distributia si utilizarea gazelor naturale - Editura Tehnica, Bucuresti, 1972;

10.   Ghiliceanu, M., - Transportul titeiului si gazelor prin conducte - Culegere de probleme, Editura Tehnica, Bucuresti, 1954;

11.   Grigorescu, D., Iung, M., - Deshidratarea gazelor naturale - Editura Tehnica, Bucuresti, 1971;

12.   Iamandi, C., si altii - Hidraulica si masini hidraulice; elemente de calcul; aplicatii Institutul de Constructii, Bucuresti, 1982;

13.   Idelcic, E.,I., - Indrumar pentru calculul rezistentelor hidraulice - Editura Tehnica, Bucuresti, 1984;

14.   Ioanesi, N., Marinescu, D., - Depozitarea, transportul si gestionarea produselor petroliere - Editura Tehnica, Bucuresti, 1980;

15.   Oroveanu, T., David, V., Stan, Al., Trifan, C., - Colectarea, transportul, distributia si depozitarea produselor petroliere si gazelor - Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1983;

16.   Oroveanu, T., Stan, Al., Talle, V., - Transportul petrolului - Editura Tehnica, Bucuresti, 1985;

17.   Oroveanu, T., Stan, Al., - Transportul, distributia si depozitarea produselor petroliere- Institutul de Petrol si Gaze, Ploiesti, 1981;

18.   Oroveanu, T., Trifan, C., - Une methode de calcul des gasoducts functionmant en regime non-stationnire - Buletinul Institutului de Petrol si Gaze, Ploiesti, vol. XXXV,   1993;

19.   Radulescu, A.G., - Proprietatile titeiurilor Romanesti - Editura Academiei, Bucuresti, 1974;

20.   Soare, Al., - Transportul si depozitarea fluidelor -Vol. 1 si 2, Editura U.P.G., Ploiesti, 2002;

21.   Soare, Al., Radulescu, R., - Transportul si depozitarea hirocarburilor - Editura U.P.G., Ploiesti, 2004;

22.   Toma, I., Berechet, I., - Transportul, depozitarea si exportul produselor chimice petroliere - Ministerul Industriei Chimice, Bucuresti, 1978.

23.   Trifan, C., Albulescu, M., Neacsu, S., - Elemente de mecanica fluidelor si termodinamica tehnica, Editura U.P.G., Ploiesti, 2005;

24.   Simescu, N., Trifan, C., Albulescu, M., Chisalita, D., - Activitatea gaziera din Romania -Editura U.P.G., Ploiesti, 2008.