Расчетная часть-Расчет нефтенакопителя динамического-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет нефтенакопителя динамического-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

7 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

7.1 Расчёт площади опорных плит

Найдём общую массу, действующую на опоры. Она складывается из массы жидкости в накопителе и массы самого накопителя.
Найдём объем отстойной части накопителя:

Vo = R2H,     (1)

где R- радиус трубы, из которой сделана отстойная часть накопителя;
H - высота цилиндра накопителя.

Vo =3,140,512 1,706=1,39 м2.

Найдём объем заборной части накопителя:

Vз = R2H',     (2)

где H' – высота заборной части накопителя.

Vз = 3,140,512 0,943=0,77 м2.

Массу металлической части накопителя, изготовленной из металлической трубы диаметром d=1020 мм и металлических листов толщиной 11 мм принимаем равной 16000 H.
Найдём общую массу действующую на опоры:

mобщ =( Vo + Vз) ··g+ mн ,    (3)

где - плотность жидкости. Принимаем =1000 кг / м3.[3, стр. 209];
mн – масса металлической части накопителя. mн =1600 H;
g – ускорение свободного падения.

mобщ =(1,39+0,77)·1000·10+16000=37600 H.

Так как у нас четыре опоры, то найдём вес, действующий на одну опору:

Pо = mобщ /4,     (4)

Pо = 37600/4=9400 H.

Из-за возможности работы устройства в болотистой местности ограничиваем удельную нагрузку на грунт согласно [2, стр. 45] до 20 кПа.
Найдём необходимую площадь опорной плиты:

S= Pо /q,      (5)

где q – допускаемая удельная нагрузка на грунт.

S=9400/20000=0,47 м2.

Учитывая, что опорные плиты квадратные, принимаем сторону квадрата а=0,7 м, тогда удельная нагрузка на грунт составит :

q'= Pо /а2,     (6)

q'=9400/ 0,72 = 19184 кПа.

7.2 Проектировочный расчёт перекладины нефтенакопителя динамического

Подбор перекладины производим произвели из стандартного профильного проката. Подбор двутавра проводили расчётом на изгибную прочность [5, стр. 133].

     (7)

где изг – изгибное напряжение ;
Mx max – максимальный изгибающий момент;
Wx – осевой момент инерции;
[изг] – допускаемое напряжение на изгиб.
Принимаем [изг] = 150МПа [5,стр. 333].

Найдём силу F:

  H.

 





Рисунок 15 – Расчётная схема



Найдём значение максимального момента:

     (8)

где l – расстояние между опорами. l=1,6 м.

Н·м,



Подбираем ближайшее стандартное значение двутавра [5, стр. 540]. Окончательно приняли двутавр No12 с

7.3 Расчёт опорных труб

Проверим на устойчивость опорные трубы.
Выбираем трубу с условным диаметром мм [4, стр. 6],при этом D=60,3 мм, d=46,3 мм, толщина стенки t=7 мм, длинной l=1350 мм и проверяем её на устойчивость.
Нашли коэффициент запаса устойчивости [5, стр. 412] по формуле (9):

      (9)

где F/2 – сила действующая на одну опору. F/2=9400 H;
- критическая сила потери устойчивости.

      (10)

где Е – модуль упругости первого рода. Е = ;
 - осевой момент инерции;
- коэффициент зависящий от схемы закрепления, =2. 


Рисунок 16 – Расчётная схема

,    (11)

где D – внешний диаметр трубы;
n – коэффициент равный:

,







Проверим трубу на сжатие
Найдём площадь трубы:

    (12)

где D – внешний диаметр трубы;
d – внутренний диаметр трубы.



Запишем условие прочности на сжатие :

     (13)

где - напряжение сжатия в трубе;
 - сила, действующая на трубу;
S - площадь трубы;
 -допускаемое напряжение на сжатие.
  [5, стр. 454].



Условие прочности на сжатие выполняется.


7.4 Расчёт параметров ручья

В данном проекте представляется техническое решение одного из возможных вариантов применительно к ручью со скоростью течения 0,3 м/с, шириной 1,5 м и глубиной 0,3 м в меженье.
Для упрощения расчета принимаем профиль ручья в меженье прямоугольным. Тогда площадь сечения определяется по формуле

S = в · h,      (14)

где в – ширина ручья, в=1,5 м;
h – глубина ручья, h=0,3 м.

S = 1,5· 0,3 = 0,45 м 2.

Определим дебит ручья:

Q = v · S,      (15)

где v - скорость течения ручья, v =0,3 м/с.

Q=0,3 · 0,45=0,135 м3 /с.

Одним из важнейших параметров характеризующих эффективность работы динамического нефтенакопителя является время его заполнения в зависимости от различной толщины нефтяной пленки на поверхности ручья.
Определим дебит нефтяной пленки:

Qн = v · в · h',      (16)

где v - скорость течения ручья;
в - ширина ручья;
h' – толщина нефтяной пленки. 

Определим объем нефтенакопителя:

V= V0+ V3 ,      (17)

где V0 – объем отстойной части накопителя;
V3 – объем заборной части накопителя.

V = 1,39+0,77=2,16 м3.

Время заполнения определится по формуле:

t =       (18)

Для примера расчета возьмем толщины нефтяной пленки равным 0,025 мм; 0,05 мм; 0,1 мм; 0,5 мм; 1 мм и 2 мм. Результаты расчета сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Зависимость времени заполнения нефтенакопителя от толщины пленки
Толщина нефтяной пленки, мм Дебит нефтяной пленки, м3/с Время, ч
0,025
0,05
0,1
0,5
1
2 1,125·10-5
2,25·10-5
4,5·10-5
2,25·10-4
4,5·10-4
9·10-4 53,33
26,67
13,33
2,67
1,33
0,67

Из таблицы 1 видно, что время эффективной работы нефтенакопителя, т.е. до того, пока нефтенакопитель динамический полностью не наполниться нефтью и не начнет ее пропускать дальше по ручью, колеблется от 53,33 до 0,67 часа, в зависимости от толщины нефтяной пленки. Этого вполне достаточно, чтобы подъехала вакуумная машина и освободила бы его от собравшейся нефти. Так же за это время можно успеть ликвидировать источник выброса нефти.
Из-за того, что через нефтенакопитель динамический проходит лишь верхний загрязненный слой жидкости, а основная масса чистой воды течет мимо накопителя, то следует рассчитать дебиты воды проходящие через шлюз 1, стоящий после накопителя (см. рисунок 5), и шлюз 2 для сливания чистой воды, а также скорость и время прохождения нефтяной пленки под заборным устройством при этих дебитах.


Рисунок 17 – Схема установки

Провели расчет, когда через шлюз 1 проходит 100%, 50%, 30% и 10% всего потока Q.
Дебит потока, проходящего через шлюз 1, определится по формуле:

Q1i= ,     (19)

где Q - дебит ручья ,  Q =0,135 м3/с (см.выше);
i - процент потока, проходящего через шлюз 1.
Дебит потока, проходящего через шлюз 2, определится по формуле:

Q2i= Q - Q1i.     (20)

Скорость под заборной частью нефтенакопителя определится по формуле:

v1i = ,      (21)

v1i – скорость течения под заборной частью нефтенакопителя, при i-ом дебите Q1i;
S1- площадь поперечного сечения потока жидкости под нефтенакопителем.

S1 = в1 · h1,     (22)

в1 - ширина заборной части нефтенакопителя, в1 =1,02 м;
h1 - глубина ручья под нефтенакопителем, принимаем h1 = 0,5 м.

S1 = 1,02·0,5 =0,51 м2.

Время прохождения нефтяной пленки под нефтенакопителем определится по формуле:

ti = ,      (23)

где l - длина заборной части нефтенакопителя, l =1,491 м;
v1i - скорость течения под нефтенакопителем.
Результаты расчетов сведем в таблицу 2.
Таблица 2
Процент потока i, проходящий через шлюз 1 Дебит Q1i ,
м3/с Скорость течения v1i,
м/с Дебит Q2i,
м3/с Время прохождения пленки под накопителем, ti , с
100%
50%
30%
10% 0,135
0,0675
0,0405
0,0135 0,26
0,13
0,08
0,03  0
0,0675
0,0945
0,1215 5,7
11,5
08,6
56,3


7.5 Расчёт времени всплытия нефти 

Рассчитаем ускорение всплытия нефтяной плёнки:

   (23)

    (24)

где R – Сила сопротивления всплытию нефти в воде. Принимаем R=0,13 ;
- плотность воды. Принимаем ;
- плотность нефти. Принимаем ;
g – ускорение свободного падения. Принимаем g=9,81 ;
VН – Объём всплываемой нефти;
VВ - Объём вытесненной нефтью воды.VН=VВ.




Рисунок 18


Подсчитаем время необходимое для всплытия нефти на Н=0,5м:

c.

За это время плёнка переместится на расстояние:



Расстояние S меньше длины зева L=1,1 м следовательно нефть успевает подняться и отстояться в нефтенакопителе.