3.Физические и реологические свойства нефтей.
Физико-химические свойства и качественные характеристики нефтей зависят от преобладания в них отдельных углеводородов или их групп. Можно выделить три группы свойств, которые необходимо учитывать:
при товарно-учетных операциях (плотность, сжимаемость, коэффициент температурного расширения и др.);
при ведении перекачки (вязкость, напряжение сдвига, температура застывания, теплоемкость, теплопроводность, давление насыщенных паров и др.),
при переработке и использовании в качестве топлива (выход фракций, температура начала кипения, молекулярная масса и др.).
Плотность нефти ρ является важнейшей механической характеристикой нефти и показывает её массу в единице объема V, кг/м3:
. (2.1)
Плотность определяется физико-химическими свойствами. При изменении давления и температуры проявляются такие свойства нефти как сжимаемость и температурное расширение, при этом плотность также изменяется, поэтому ρ есть функция от давления p и температуры T, т. е. ρ=f(p, T).
При колебании температуры нефти и нефтепродукты изменяют свой объем, а следовательно и плотность. Коэффициент объёмного (температурного) расширения ßТ выражает относительное увеличение объема при повышении температуры на 1°С, 1/K
,
(2.3)
Довольно часто также пользуются зависимостью
, (2.4)
где ξ – температурная поправка, ориентировочно рассчитываемая по формуле
.
Приравняв уравнения (2.3) и (2.4) нетрудно определить формулу для ориентировочного определения коэффициента объёмного расширения
, (2.5)
Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу и характеризующее степень ее текучести и подвижности. Суть явления вязкости заключается в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями жидкости. При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью
Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости, м2/с:
, (2.10)
Таким образом, вязкость это свойство движущейся жидкости, которое численно выражается через динамический и кинематический коэффициенты вязкости.
Формула Рейнольдса- Филонова
(2.11)
где u – коэффициент крутизны вискограммы, который определяется как тангенс угла наклона линейной зависимости в координатах T–ln(), 1/К
(2.12)
Еще широкое распространение получило уравнение Вальтера, которое является одним из вариантов более общего уравнения Ле-Шателье и в обычной логарифмической форме имеет вид
где Т – кинематическая вязкость нефти при температуре T, сСт (мм2/с);
А и В – постоянные коэффициенты, определяемые по двум значениям вязкости 1 и 2 при двух температурах Т1 и Т2
Для определения А и В необходимо решить следующую систему уравнений
Решая систему получим
;
. (2.15)
Давление насыщенных паров
– для нефтей
; (2.24)
где TНК – температура начала кипения, К.
4.Конструктивные параметры трубопровода.
Выделяют следующие основные конструктивные параметры ЛЧ МН :
координаты, определяющие ориентацию продольной оси трубопровода на всем протяжении трассы;
конструктивная схема прокладки трубопровода;
физико-механические характеристики труб: прочностные характеристики применяемых сталей и металлов в зоне сварных швов, характеристика труб и требования к ним;
основные пространственные характеристики конструктивных элементов с указанием допустимых отклонений от номинальных размеров, включая искажения формы изделий (номинальный наружный и внутренний диаметры труб, толщина стенки; допустимое отклонение поперечного сечения трубы от круговой формы; допустимые радиусы изгиба трубопровода; геометрические характеристики формы сварных швов и т.п.);
данные о начальной и (или) текущей дефектности материала труб, включая перечень возможных дефектов, данные о плотности и размещении дефектов в теле трубы.
Способы прокладки трубопровода отличаются схемой размещения труб относительно поверхности земли. Существуют три конструктивные схемы прокладки трубопроводов: подземная, наземная и надземная.
Основной и наиболее благоприятной по условиям эксплуатации (около 98% трубопроводов) является подземная прокладка.
Все факторы группы II существенным образом влияют на стоимость линейной части трубопровода и должны самым тщательным образом учитываться при оптимизации.