AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE

WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOINŻYNIERII

Charakterystyki obliczeniowe rurociągu stanowiącego obudowę otworu eksploatacyjnego soli

Ewelina Kocek

230 868

Gr. 2, nr projektu 27

III GIG – Górnictwo i Geologia

1. Dane wyjściowe

Numer projektowy: n=27

• Wydajność solanki z otworu

$$Q_{\text{sol}} = 18 + 0,2n = 18 + 0,2*27 = 23,4\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

• Gęstość solanki z otworu

$$\rho_{\text{sol}} = 1,2\ \left\lbrack \frac{\text{Mg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

• Wysokość komory ługowniczej

H_k = 80 + 5n = 80 + 5 * 27 = 215 [m]

• Miąższość półki bezpieczeństwa

H ≅ 140 + 4n = 140 + 4 * 27 = 248 [m]

1. Wzory do obliczeń

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

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_z = 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

Współczynnik strat liniowych na otworze λ

-dla przekroju kołowego:

-dla przekroju pierścieniowego:

gdzie:

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.

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:

1. Charakterystyka rurociągu

Zależność strat całkowitych ciśnienia, które powstają na skutek występowania otworów przepływu na długości rurociągu, od wydajności przepływu p_str=f(Q) nazywamy charakterystyką dowolnego rurociągu.

3. 1. Straty statyczne

Na całkowite straty ciśnienia mają wpływ straty statyczne i dynamiczne. Straty statyczne mają związek z podnoszeniem cieczy na pewną wysokość, czego skutkiem nie są straty ciśnienia, ponieważ część jest możliwa do odzyskania.

1. Straty dynamiczne

Straty dynamiczne związane są z oporami występującymi podczas przepływu cieczy rzeczywistej, która jest lepka i ściśliwa, przez rurociąg o stałej średnicy oraz oporami miejscowymi występującymi na zwężeniach oraz zaworach przy zmianie kierunku przepływu. W wyniku różnicy ciśnienia słupów cieczy w orurowaniu o zróżnicowanej gęstości - powstają straty statyczne podczas ługowania soli.

Wyróżniamy straty dynamiczne:

1. Liniowe (współczynnik oporów liniowych)

2. Miejscowe (współczynnik oporów miejscowych)

1. Straty ciśnienia na otworze (obieg prawy)

Dane do obliczenia:

H_s= H_b + H`= 30+164 = 194 m

H_b – odległość miedzy butami rur:

H_b = 30m

h₁ = 2m

h₂ = ,

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, przyjęłam 6 metrów

g – przyspieszenie ziemskie, 9,81m/s²

ρ_w- gęstość wody 1000 kg/m³

== 1942380[Pa]

==

== 1922760 [Pa]

=

Straty ciśnienia w obiegu prawy wynoszą 502,84 [kPa]

1. Straty ciśnienia na otworze (obieg lewy)

=

=== [Pa]

=

=

P₆=

Straty ciśnienia w obiegu lewym wynoszą 517,21[kPa]

1. Wykresy: obieg prawy

Wykres zmian ciśnień wewnątrz rury Φ 3½” i na zewnątrz

• Ciśnienie na wlocie do otworu wynosi:

P₁ = P * 2 = 502834, 7 * 2 = 1005669 [Pa] = 1, 01 [MPa]

• Ciśnienie wewnątrz rury Φ 3½” i na jej końcu wynosi:

P_k^′ = P₁ + P₃^′ − P₄^′ = 1005669 + 1922760 − 52832, 52 = 2875597 [Pa] =                                                   = 2, 88 [MPa] ∖ n

• Ciśnienie na zewnątrz rury Φ 3½” wynosi:

P_b^′ = P_k^′ − P₂^′ = P₁ + P₃^′ − P₄^′ − P₂^′ = 2875597 − 323730 = 2551867 [Pa] = 2, 55 [MPa] ∖ n

• Ciśnienie na wylocie z otworu rury Φ 5½” wynosi:

P₂ = P_b^′ − P₁^′ − P₅^′ − P₆^′ = 2551867 − 1942380 − 65301, 22 − 41351 = 502834, 7 [Pa] = 0, 50 [MPa]

∖n

1. Wykresy: obieg lewy

Wykres zmian ciśnień wewnątrz rury Φ 3½” i na zewnątrz

• Ciśnienie na wlocie do otworu wynosi:

P₁ = P * 2 = 1034415, 75 [Pa] = 1, 03 [MPa]

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

P_b^′ = P₁ + P₃^′ − P₅^′ − P₆^′ = 1034415, 75 + 1618650 − 54417, 68 − 34459, 17 = 2564188, 9 [Pa] = 2, 56 [MPa]

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

P_k^′ = P_b + P₂^′ = 2564188, 9 + 323730 = 2887918, 9 [Pa] = 2, 89 [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^′ − P₁^′ − P₄^′ = 2887918, 9 − 2307312 − 63399, 02 = 517207, 88 [Pa] = 0, 52 [MPa]

1. Wnioski

Charakterystyka rurociągu wyraża zależność między natężeniem przepływu cieczy,

a ciśnieniem niezbędnym do jej przepływu przez rurociąg.

Przeprowadzone obliczenia umożliwiły stworzenie charakterystyk rurociągu dla obiegu prawego i lewego.

Lepkość cieczy powoduje występowanie oporów rozłożonych, które występują podczas przepływu cieczy rzeczywistej przez rurociąg.

Opory skupione wynikają z zastosowania złączek. Zadaniem złączek jest połączenie poszczególnych odcinków rur, w naszym przypadku jest to długość równa 6m. Złączki w tym przypadku działają na zasadzie zwężek.

Ciśnienie podawane na wlocie instalacji musi być wyższe od ciśnienia na wylocie rurociągu. Taka sytuacja jest konieczna dla zapewnienia odpowiedniego ciśnienia solanki.

Ciśnienie na wlocie do otworu dla przeprowadzonych obliczeń w obiegu prawym wynosi 1,01 MPa, a te same ciśnienie w obiegu lewym wynosi 1,03 MPa. Przedstawione jest to na powyższych wykresach, gdzie nad charakterystycznymi punktami oznaczone zostały te wartości. Natomiast ciśnienie na wylocie wynosi dla obiegu prawego 0,50 MPa, a dla obiegu lewego 0,52 MPa. Możemy na podstawie tych wartości stwierdzić, że sytuacja ta jest prawidłowa (ciśnienie na wlocie jest wyższe od ciśnienia na wylocie).

W powyższym projekcie założono, że ciśnienie wlotowe musi być równe stracie ciśnienia dynamicznego dla danego obiegu-powiększonego dwukrotnie.