4.6. Spadek temperatury w rurociągu

Spadek temperatury przepływającego rurociągiem lepkiego produktu naftowego można wyznaczyć z równania:

(16)

gdzie: T₁ – temperatura ropy wtłaczanej do rurociągu,

T₂ – temperatura ropy na końcu rurociągu,

T_o – średnia temperatura środowiska otaczającego rurociąg,

k_r – współczynnik przenikania ciepła z rurociągu do otaczającego go środowiska,

d_z – zewnętrzna średnica rurociągu,

L – długość rozważanego odcinka rurociągu,

c_p – ciepło właściwe ropy w temperaturze przetłaczania,

M – masa przetłaczanej rurociągiem ropy w jednostce czasu.

Z równania (16) można wyliczyć temperaturę tłoczonego medium na końcu rurociągu:

(17)

Współczynnik przenikania ciepła z rurociągu do środowiska zależy od rodzaju gruntu, jego wilgotności oraz samego rurociągu. W obliczeniach praktycznych zazwyczaj przyjmuje się:

• Według Szuchowa dla każdego przypadku średnia wartość współczynnika

(18)

• Według Forchgeimera średnie współczynniki k_r podano w tabeli:

Lp.	Przypadek	Wartość
1	Suchy piasek
2	Bardzo wilgotny piasek
3	Wilgotna glina
4	Rury powleczone izolacją przeciwkorozyjną o grubości 0,5 cm

Współczynniki przenikania ciepła można obliczyć na podstawie wartości współczynnika przewodzenia ciepła:

(19)

gdzie: k – współczynnik przenikania ciepła,

λ – współczynnik przewodzenia ciepła,

δ - grubość warstwy.

W tabeli poniżej zamieszczono przykładowe wartości współczynników przewodzenia ciepła różnych gruntów:

Charakter gruntu	Wilgotność [%]	Gęstość [kg/m3]	Temperatura [° C]	Współczynnik przewodzenia ciepła [kJ/(m*h*K)]
Ziemia sucha			20	0,119*4,1868
Ziemia wilgotna			20	0,575*4,1868
Ziemia ogrodowa sucha				0,173*4,1868
Grunt bardzo suchy				0,317*4,1868
Grunt lekko wilgotny (piasek lub glina)		1650		1,330*4,1868
Gruboziarnisty wapniak (25-77 mm), normalna wilgotność		2040 2040 2040	0 20 70	0,430*4,1868 0,450*4,1868 0,500*4,1868
Rzeczny piasek drobnoziarnisty, przeważnie suchy Wilgotny w stosunku objętościowym Wilgotny w stosunku wagowym	0 1,3 6,9	1520 1520 1520 1520 1640	0 20 160 300 20	0,260*4,1868 0,280*4,1868 0,330*4,1868 0,450*4,1868 0,970*4,1868
Żwir		1850		0,290*4,1868
Naturalny grunt pod budynkiem		2000		2,000*4,1868
Miałki piasek gliniasty w stosunku objętościowym W stosunku wagowym	28,3 13,9	2020	6	2,000*4,1868 2,000*4,1868
Glina o temperaturze topliwości 1350 ° C		1876	50	0,750*4,1868
Suchy piasek		1740		0,280*4,1868
Miałki piasek standardowy		1670	25	0,270*4,1868
Miałki piasek rzeczny Wilgotny w stosunku objętościowym	18,0	1710 1790	25 25	0,267*4,1868 1,000*4,1868
Grunt nawożony ziemią inspektową		800	5	0,103*4,1868
Gleba sucha zmieszana z popiołem i wapnem	10,0 10,0	1440 1680	23 17 3 22	0,800*4,1868 0,910*4,1868 1,120*4,1868 1,200*4,1868
Grunt suchy		1415	15	0,220*4,1868
Grunt wilgotny	21,2 0,3 8,6 16,6 18,5	1312 1460 1835 1815	15 25 25 25 25	0,990*4,1868 0,240*4,1868 0,630*4,1868 1,220*4,1868 1,310*4,1868

Średnią temperaturę ropy w rurociągu przy przepływie nieizotermicznym wykorzystywaną w obliczeniach określa się na podstawie początkowej i końcowej temperatury ropy w rozważanym odcinku następująco:

(20)

W obliczeniach mogą być pomocne krzywe rocznych wahań temperatury gruntu, odpowiadające naszym warunkom atmosferycznym), w zależności od głębokości ułożenia rurociągu oraz wykres zmian temperatury ośrodka zależnie od głębokości zakopania rurociągu. Informacje te umieszczono na rysunkach poniżej.

Objaśnienia do rysunku:

1. temperatura powietrza,

2. temperatura gruntu na głębokości 1,0 m,

3. temperatura gruntu na głębokości 1,6 m,

4. temperatura gruntu na głębokości 3,2 m,

5. średnia roczna temperatura gruntu na różnych głębokościach,

6. średnia roczna temperatura powietrza.

Rys. Krzywe rocznych zmian temperatury gruntu i powietrza

Rys. Rozkład zmian temperatury gruntu w zależności od głębokości.

Ze wzrostem temperatury lepkość cieczy maleje (gazów wzrasta). Dla produktów ciekłych zależność ta w logarytmicznym układzie współrzędnych jest liniowa. Znając zatem lepkość produktu oznaczoną laboratoryjnie w dwóch różnych temperaturach na tej podstawie można stosunkowo dokładnie oznaczyć jego lepkość w jakiejkolwiek innej temperaturze. W tym celu można zrobić nomogram lub skorzystać z następującego równania (współrzędne punktów leżących na prostej):

(21)

gdzie: ν - kinematyczny współczynnik lepkości ropy,

T – temperatura pomiaru kinematycznego współczynnika lepkości,

1, 2 – stany znanych wartości kinematycznego współczynnika lepkości,

x – stan, w którym poszukujemy wartości współczynnika lepkości.