Phân tích dòng chảy và Áp suất trong hệ thống Đường Ống vận chuyển dầu từ mỏ khai thác Đến nhà máy lọc dầu

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG Chuyên ngành Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH DÒNG CHẢY VÀ ÁP SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG

Chuyên ngành Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH DÒNG CHẢY VÀ ÁP SUẤT TRONG

HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU

TỪ MỎ KHAI THÁC ĐẾN NHÀ MÁY LỌC DẦU

Sinh viên thực

hiện Nhóm 5

: 1 Hoàng Ngọc Hoàn – 20240737E

2 Lê Thị Thùy Linh - 20240727E

3 Nguyễn Hoàng Nam - 20201633

4 Phạm Trọng Vũ – 20240730E

Giảng viên hướng

dẫn : TS Nguyễn Anh Vũ

Hà Nội, 10/2024

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY 4

1 Tính toán vận tốc dòng chảy trong ống và tính số Reynolds 4

Xác định f và tính tổn thất áp suất 5

Tìm f 5

Tổn thất cột áp 5

Tổn thất áp suất 8

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BƠM 8

1 Chênh lệch áp suất cần bơm: 8

2 Tính tổng cột áp cần bơm 8

3 Tính công suất bơm 8

KẾT LUẬN 11

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp dầu khí đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế cũng như việc cung cấp nguồn năng lượng thiết yếu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau Do đó để đảm bảo nguồn cung liên tục và ổn định thì quá trình vận chuyển dầu thô từ các mỏ khai thác đến nhà máy lọc dầu là bước quan trọng

Hệ thống đường ống vận chuyển dầu thường phải chịu

áp lực cao, ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như địa hình, nhiệt

độ, độ nhớt của dầu và các yếu tố vận hành khác Chính vì thế, việc nghiên cứu, phân tích dòng chảy và áp suất trong

hệ thống đường ống vận chuyển dầu không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình mà còn đảm bảo an toàn, giảm thiểu rủi ro và chi phí trong suốt quá trình

Đề tài, “Phân tích dòng chảy và áp suất trong hệ thống đường ống vận chuyển dầu từu mỏ khai thác đến nhà máy lọc dầu” với mục tiêu là xác định tổn thất áp suất, vận tốc dòng chảy và chọn máy bơm phù hợp để đảm bảo dầu được vận chuyển hiệu quả qua đường ống dài 50 km sẽ làm rõ hơn về vấn đề này

Do điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm, tài liệu còn hạn chế, bài báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY

Thông số đầu vào:

o Áp suất tại đầu ống (điểm bơm): 6 MPa (60 bar)

o Áp suất tối thiểu tại điểm cuối: 1 MPa (10 bar)

1 Tính toán vận tốc dòng chảy trong ống và tính số Reynolds

Tính toán vận tốc dòng chảy:

Vận tốc dòng chảy được tính theo công thức:

V = Q

A (m/ s )

Trong đó:

 V: vận tốc dòng chảy (m/s)

 Q: lưu lượng của dầu (m 3 /s)

Lưu lượng yêu cầu cần cung cấp là: 2000 (m 3 /ngày)

Q= 2000 m3

ngày =

2000 m3

86400 s ≈ 0,02315(m¿¿3 /s)¿

 A: diện tích mặt cắt ngang của ống (m 2 ), được tính theo công thức:

A= π D

2

4 (m

2

)

Với D là đường kính của ống (m), D = 300 (mm) = 0,3 (m)

Suy ra:

A= π D

2

4 =

π ×0,32

4 ≈ 0,0707(m

2

)

Thay số ta được:

V = Q

A=

0,02315

0,0707 ≈ 0,327 (m/ s)

Vậy vận tốc dòng chảy trong ống là 0,327 (m/s)

Tính số Reynolds:

Số Reynolds (Re) được tính theo công thức:

ℜ=V × D

ϑ

Trong đó:

 V: vận tốc dòng chảy trong ống, V = 0,327 (m/s)

 D: đường kính của ống (m), D = 300 (mm) = 0,3 (m)

 ϑ: độ nhớt động học của dầu, ϑ = 1,5.10 -4 (m 2 /s)

Thay số ta được:

ℜ=V × D

0,327 × 0,3 1,5 ×10−4 ≈ 654

Vậy số Reynolds là Re = 654 < 2320, nên dòng chảy là chảy tầng.

2 Xác định hê số ma sát và tính tổn thất áp suất

Xác định hệ số ma sát

Vì số Reynolds là Re = 654 < 2320 nên hệ số ma sát f được tính như sau:

f = 64ℜ= 64

654=0,098

Tổn thất cột áp

hL = (f L

D+ƩK ).

v2

2 g (m) (*)

Trong đó:

f=0.098 là hệ số ma sát

L=50,000 m là chiều dài đường ống.

D = 0.3m là đường kính ống.

v = 0.327 m/s là vận tốc dòng chảy

g = 9.81 m/s 2 là gia tốc trọng trường

K: tổn thất của đường ống

Giả sử hệ thống tuyến ống có dạng như hình dưới đây:

Hình 1 Mô hình hệ thống đường ống

Ta có:

AK = 50000m; AD = 500m; DE = 300m; EF = 49000m; FG = 500m; GK=500m

Hai van đo lưu lượng

Promass X với đường kính từ 300 đến 400 mm

Hình 2 Van đo lưu lượng Promass X

Bảng 1 Bảng tra tổn thất cục bộ

Từ bảng 1, ta tra được thông số tổn thất cục bộ của các thiết bị trên tuyến ống như sau:

Tổn thất ƩK

2 van đóng mở 2.0,2

4 x khuỷu 90 o 4.0,9

2 van đo lưu lượng 2.0

7,0 Tính toán lại đoạn AK:

AK thẳng = 50000 – 300 – 500 = 49200 m

Như vậy, thay vào công thức (*) ta có:

h L= (0,098.49200

0,3 +7¿.

0,327 2

2.9,81 – 300 + 500 = 287,63 m

Tổn thất áp suất

Δp = 850 x 9.81 x 287,63 ≈ 2398402,755≈ 2,4 MPa

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BƠM

1 Chênh lệch áp suất cần bơm:

Từ kết quả tính toán trước, ta biết tổng tổn thất áp suất là 2.4 MPa và áp suất tại điểm đầu là 6 MPa Để đảm bảo áp suất tại điểm cuối ống là 1 MPa, chênh lệch áp suất mà máy bơm cần tạo ra là:

∆Pbơm = P1 – P2 + ΔP = 6 − 1 + 2.4 = 7.4 MPa

2 Tính tổng cột áp cần bơm

Công thức tính cột áp cần bơm:

H= ∆ P bơm

ρ × g (m)

Trong đó:

Thay số ta được:

H= 7.4 ×10

6

850 × 9.81=887.45(m)

3 Tính công suất bơm

Công suất P cần thiết của bơm tính theo công thức:

P= ρ g H Q

Trong đó:

bơm ly tâm công nghiệp, giả sử là 75%)

Vậy:

P= 850 × 9.81× 887.45× 0.0231

7 5 % ≈ 227920.06 W ≈ 228 kW

Dựa trên các tính toán trước, ta cần chọn một máy bơm với các yêu cầu sau:

suất cần bơm)

Dưới đây là một số lựa chọn bơm dầu thô có khả năng làm việc với độ nhớt cao:

 Bơm bánh răng: Chuyên dùng cho dầu thô và các

chất lỏng nhớt khác

 Bơm ly tâm : Có nhiều dòng bơm được thiết kế để

làm việc với chất lỏng có độ nhớt cao

 Bơm màng : Hoạt động tốt với các chất lỏng nhớt và

ăn mòn

Cụ thể, bơm được đề xuất là KSB Multitec model 150/2

Bơm KSB Multitec 150/2 là dòng bơm ly tâm đa tầng,

chuyên dùng trong các ứng dụng công nghiệp, bao gồm cả vận chuyển dầu thô và các chất lỏng nhớt trung bình đến cao Dưới đây là các thông số kỹ thuật cơ bản:

Thông số kỹ thuật của KSB Multitec 150/2

Cột áp tối đa: 900 m

Công suất: 228 kW

Lưu lượng tối đa: 100 - 120 m³/h

Đường kính ống đầu vào/ra: Tùy thuộc vào cấu hình lắp đặt cụ thể, thông thường từ DN 100 đến DN 150

Vật liệu:

o Thân bơm: Gang đúc hoặc thép không gỉ, tùy vào yêu cầu môi trường và chất lỏng

o Cánh bơm: Thép không gỉ hoặc đồng thau.

Nhiệt độ chất lỏng: -20°C đến +140°C, phù hợp cho nhiều loại chất lỏng khác nhau, bao gồm dầu thô

Hiệu suất: Khoảng 75-80%, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và đặc tính của dầu thô

Áp suất vận hành tối đa: Khoảng 100 bar, đủ để chịu

áp lực trong hệ thống dầu thô dài và phức tạp

Tính năng nổi bật của KSB Multitec 150/2

phù hợp với các hệ thống đường ống dài như yêu cầu của bạn

mài mòn tốt, nhờ vào các vật liệu chế tạo chất lượng cao

tầng để kiểm tra và bảo dưỡng dễ dàng

Dòng KSB Multitec 150/2 là một lựa chọn tốt cho hệ

thống của bạn, giúp vận chuyển dầu thô ổn định và hiệu quả qua đường ống dài với yêu cầu cột áp và công suất lớn

Hình 3 KSB Multitec Horizontal Multistage Pump

KẾT LUẬN

Thông qua việc tìm hiểu các nguồn tài liệu tham khảo và tính toán, chúng em đã thu được kết quả như sau:

………

Bên cạnh đó nhóm cũng gửi lời cảm ơn đến thầy TS

Nguyễn Anh Vũ Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy nhóm chúng em đã hoàn thành tốt báo cáo môn “Đường ống bể chứa và thiết bị phụ trợ” Bải báo cáo là kết quả của sự đoàn kết làm việc nhóm, là những kiến thức, kỹ năng chúng

em đã được học trên lớp cũng như tìm hiểu thêm bên ngoài Chắc chắn sẽ không thế tránh khỏi những sai sót song về cơ bản nhóm chúng em đã tính toán và phân tích được dòng chảy của dầu trong đường ống từ đó lựa chọn vật liệu và bơm phù hợp với yêu cầu Nhóm chúng em rất mong nhận được những đóng góp, chỉ bảo của thầy để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!