Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Temat: Charakterystyki obliczeniowe rurociągu stanowiącego obudowę otworu eksploatacyjnego soli

Łukasz Dziadowiec

gr.1 nr 10 GIG III

EZSM 2014/2015

1. Spis treści

1. Dane wyjściowe.

2. Wzory wyjściowe do obliczeń:

3. Charakterystyka rurociągu a)Straty statyczne b)Straty dynamiczne, *Straty liniowe (współczynnik oporów liniowych), *Straty miejscowe (współczynnik otworów miejscowych)

4. Wykres zmiany ciśnienia wewnątrz rury D=3,5’’ i na zewnątrz.

5. Wykres zmiany ciśnienia wzdłuż długości orurowania otworu.

6. Wnioski końcowe.

2.Dane wyjściowe

N=10

• Wydajność solanki z otworu:

• Gęstość solanki z otworu:

• Wysokość komory ługowniczej:

• Miąższość półki bezpieczeństwa:

3.Wzory wyjściowe

Przez charakterystykę dowolnego rurociągu rozumie się zależność całkowitych strat ciśnienia wskutek występowania otworów przepływu na długości rurociągu od wydajności przepływu P_str=f(Q). Na całkowite straty ciśnienia składają się straty statyczne i dynamiczne. Starty statyczne mają związek z podnoszeniem cieczy na pewną wysokość i w związku z tym nie są to straty ciśnienia (energii) w dosłownym znaczeniu gdyż pewna ich część jest możliwa do odzyskania. Straty dynamiczne związane są z oporami przepływu cieczy rzeczywistej (lepkiej i ściśliwej) przez rurociąg o stałej średnicy oraz oporami miejscowymi na zwężeniach, zaworach przy zmianie kierunku itp.

W odniesieniu do otworu ługowniczego soli straty statyczne wynikają z różnicy ciśnień słupów cieczy w orurowaniu o zróżnicowanej gęstości.

1. Straty dynamiczne na otworze

P_pd – straty dynamiczne
λ – bezwymiarowy współczynnik oporów liniowych przepływu rurociągu
ρ – gęstość
V – prędkość przepływu
D – średnica
z_i – współczynnik oporów miejscowych
L – długość rurociągu
m – ilość odcinków o średnicy D_i
n – ilość elementów strat miejscowych

2. Przyjęte wielkości

• Rura Φ3½”:

• Średnica zewnętrzna, d_z = 88,9 mm = 0,0889 m

• Średnica wewnętrzna, d_w = 74,93 mm = 0,07493 m

• Złączka dla rury Φ3½”:

  • Średnica zewnętrzna, d_zł = 102,87 mm = 0,10287 m

  • Długość złączki L= 142 mm = 0,142 m

• Rura Φ 5¹/₂”:

  • Średnica zewnętrzna, D_z = 139,7 mm = 0,1397 m

  • Średnica wewnętrzna, D_w = 125,73 mm = 0,12573 m

3. współczynnik strat liniowych na otworze λ :

-dla przekroju kołowego:

-dla przekroju pierścieniowego:

k – chropowatość bezwzględna [m] z normy PN-76/M-34034

D-d – różnica średnic określających przekrój pierścieniowy [m]

Przy przepływie przez kawernę przyjęto straty liniowe zbliżone do 0.

4. Współczynnik oporów miejscowych

-dla zwężki uskokowej:

gdzie:

d_z – średnica zewnętrzna rury Φ3½ ”: d_z=0,0889 [m]

D_w – średnica wewnętrzna rury Φ 5½”: D_w=0,12573 [m]

d_zł – średnica zewnętrzna złączki rury Φ 3½”: d_zł=0,10287 [m]

-dla nagłego rozszerzenia:

4.Straty ciśnienia na otworze (obieg prawy)

Dane do obliczenia:

H_s= H_b + H`= 30+180 = 210 m

H_b – odległość miedzy butami rur, 30m,

h₁ = 2m

h₂ = 1 m,

λ₁ – współczynnik oporów liniowych rury Φ 3½”,

λ₂ – współczynnik oporów liniowych rury Φ 5¹/₂”:

– średnia gęstość solanki w kawernie 1100 kg/m³,

– gęstość solanki 1200 kg/m³,

n=(H_s+h₁-H_b)/Li Li – długość pojedynczej rury, przyjąłem 6metrów

g – przyspieszenie ziemskie, 9,81m/s²

_{ρw- gęstość wody 1000 kg/m3}

= = 2130732 [Pa]

= =

= = 2079720 [Pa]

=

_{Straty ciśnienia w obiegu prawy wynoszą 499,02 [kPa]}

5.Straty ciśnienia na otworze (obieg lewy)

=

= = = [Pa]

=

=

_{Straty ciśnienia w obiegu lewym wynoszą 515,20 [kPa]}

6.Wykresy

a) Obieg prawy

Wykres zmian ciśnień wewnątrz rury Φ 3½” i na zewnątrz

Ciśnienie na wlocie do otworu wynosi:
P₁= ΔP*2= =998048,3 [Pa]=0,998[MPa]

Ciśnienie wewnątrz rury Φ 3½” i na jej końcu wynosi:
P’_k=P₁+∆P’₃-∆P’₄= 998048,3 +2079720- =3036023 [Pa]=3,04[MPa]

Ciśnienie na zewnątrz rury Φ 3½” wynosi:
P’_b =P’_k- ΔP’₂= P₁+ ΔP’₃- ΔP’₄- ΔP’₂= 3036023- =2712293 [Pa]=2,71[MPa]

Ciśnienie na wylocie z otworu rury Φ 5½” wynosi:
P₂=P’_b-∆P’₁-∆P’₅-∆P’₆= 2712293-2130732- - =499024,2 [Pa]=0,5[Mpa]

b)Obieg lewy

Wykres zmian ciśnień wewnątrz rury Φ 3½” i na zewnątrz

Ciśnienie na wlocie do otworu wynosi:

P₁=ΔP * 2= 515199,1*2 = 1030398[Pa] = 1,03[MPa]

Ciśnienie na zewnątrz rury φ 3½” na wysokości końca rury φ 5½” wynosi:

P’_b =P₁+ ΔP’₃- ΔP’₅- ΔP’₆= 1030398+1775610-43607,68-25172,89=2737227,7[Pa] = 2,74 [MPa]

Ciśnienie na zewnątrz rury φ 3½” i na jej końcu wynosi:

P’_k=P_b + ΔP’₂ = 2737227,7+323730=3060957,7[Pa] = 3,06 [MPa]

Ciśnienie wewnątrz rury φ 3½” i na jej końcu jest równe P’_k

Ciśnienie na wylocie z otworu rury φ 3½” wynosi:

P₂=P’_k-∆P’₁-∆P’₄ =3060957,7-2495664-50094,57=515199,13[Pa] = 0,52 [MPa]

7.Wnioski

Przeprowadzenie powyższych obliczeń pozwaliło na przedstawienie charakterystyk rurociągu przy obiegu prawym oraz lewym.Podczas przepływu cieczy przez rurociąg występują opory rozłożone wynikające główne z lepkości cieczy rzeczywistej, oraz opory skupione wynikające z zastosowania złączek łączących poszczególne odcinki rur, które działają na zasadzie zwężek. Dlatego w celu zapewnia odpowiedniego ciśnienia solanki na wylocie z rurociągu, ciśnienie wody podawane na wlocie do instalacji musi być odpowiednio wyższe. W projekcie założono ciśnienie wlotowe równe stratą ciśnienia dynamicznego na danym obiegu powiększone dwukrotnie.