Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 122 PHẦN 10 LƯU LƯNG VÀ ĐƯỜNG ỐNG 1. Chế độ dòng chảy Ở các tốc độ thấp, các phần tử của môi chất chuyển động theo dòng chảy tương đối ổn đònh và thẳng hàng. Tốc độ của dòng chảy đạt cực đại ở tâm đường ống và gần như bằng 0 tại thành ống. Chế độ dòng chảy này được gọi là dòng chảy tầng Nếu tăng tốc độ dòng chảy tới một mức độ nào đó, các phần tử trong dòng chảy bắt đầu chuyển động hỗn loạn (không còn thẳng hàng so với phương dòng chảy). Chế độ dòng chảy này được gọi là dòng chảy rối. Để xác đònh chế độ dòng chảy, Reynold đã đưa ra một hệ số không đơn vò - hệ số Reynold Re Re = dv ρ / µ = 4q ρ /( π d µ ) = 4m/( π d µ ) d (m): đường kính trong của ống. v (m/s) :vận tốc dòng chảy. ρ (kg/m3): tỷ trọng môi chất tại điều kiện dòng chảy. µ (kg/(m.s): độ nhớt môi chất. (1cp=0,001kg/m.s) m (kg/s) : lưu lượng khối lượng q(m3/s) : lưu lượng thể tích S (m 2 ) : thiết diện trong của ống g c hệ số chuyển đổi khối lượng/lực = 1(kg.m/N.s 2 ) g: gia tốc trọng trường = 9,81m/s 2 P (Pa) : áp suất f: độ nhám ∆X (m) : hiệu độ cao (h2-h1) Nếu Re < 2000 : chế độ dòng chảy tầng ổn đònh, f=16/Re. Re> 4000 :chế độ dòng chảy rối, f=0,042Re 0,194 (dùng cho ống lớn d>20cm, 8in) . Re > 4000 :chế độ dòng chảy rối, f=0,042Re 0,172 (dùng cho ống nhỏ d<=20cm, 8in) . 4000 > Re > 2000 : Chế độ chuyển tiếp, có thể là ổn đònh hoặc rối. Tổn hao áp lực đối dòng chảy chất lỏng Tổn hao áp lực của dòng chảy được chia thành 3 thành phần sau: − Tổn hao áp lực do ma sát ∆ P f . − Tổn hao áp lực do thay đổi thế năng ∆P X . ∆P X ∼ (∆X)ρg/g c − Tổn hao áp lực do thay đổi động năng ∆ Pv. ∆ Pv ∼ ( ∆ V 2 )/(2g) ∆ P = ∆ P f + ∆ P X + ∆ P v Trong hệ thống đường ống đồng nhất, sự thay đổi tốc độ dòng chảy gần như bằng 0. Do đó phần tổn hao do động năng ∆ P v ~ 0. Thực tế trong tính toán tổn hao áp lực, phần này thường không đáng kể và được bỏ qua. Tổn hao do thay đổi thế năng chính là cột áp thuỷ tónh do thay đổi độ cao. Phần này được xác đònh dễ dàng, tỷ lệ với thay đổi độ cao và tỷ trọng. ∆ P X = ( ∆ X) ρ (g/g c ). Phần tổn hao áp lực do ma sát ∆ Pf là phần quan trọng nhất. Phương trình tổng quát để xác đònh tổn hao áp lực do ma sát có dạng như sau: ∆ P f = -2f. ρ .L.v 2 . ρ /(g c d) L (m): chiều dài ống Tóm lại sau khi bỏ qua phần tổn hao áp lực do thay đổi động năng ta có tổng tổn hao áp lực được rút gọn như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 123 ∆P=(P2-P1) = ∆Pf + ∆Px = -2f.ρ.L.v 2 .ρ/(g c d)-(∆X)ρ(g/g c ). d = 1,265q 0,4 .{f.Lρ/(∆Pf.g c )} 0,2 nếu chưa biết f ta nên dùng công thức sau: cho ống nhỏ: d = 0,647.q 0,397 .ρ 0.172 .µ 0.036 .{L/(∆Pf .g c )} 0,207 cho ống lớn: d = 0,647.q 0,376 .ρ 0.168 .µ 0.041 .{L/(∆Pf .g c )} 0,208 ví dụ: Tính toán đường kính cho ống dẫn dầu 0,0416m3/s, γ =0.79, tổn hao áp toàn tuyến là 500kpa, L=20km, độ nhớt 10cp, dùng ống lớn. Giải: d = 0,647.q 0,376 . ρ 0.168 . µ 0.041 .{L/( ∆ Pf .g c )} 0,208 thay số: d = 0,647.(0,0416) 0,376 .(790) 0.168 .(10x0,001) 0.041 .{20000/(500000x1)} 0,208 = 0,255m Tính lưu lượng vận chuyển: cho ống nhỏ: q = [3,127d 2,64 /(ρ 0.453 .µ 0.094 )][(∆Pf .g c )/L} 0,547 cho ống lớn: q = [3,18d 2,661 /( ρ 0.446 . µ 0.107 )][( ∆ Pf .g c )/L} 0,554 Tính tổn hao áp suất: cho ống nhỏ: ∆Pf/L = q 1,828 .ρ 0.828 .µ 0.172 /(8,038.g c . d 4.828 ) cho ống lớn: ∆ Pf/L = q 1,806 . ρ 0.806 . µ 0.194 /(8,081.g c . d 4.806 ) ví dụ: Tính toán tổn hao áp suất tuyến ống, đường kính trong d=0,254m, lưu lượng dẫn dầu 0,0416m3/s, γ =0.79, L=20km, độ nhớt 10cp, dùng ống lớn. Giải: cho ống lớn: ∆ Pf = L. q 1,806 . ρ 0.806 . µ 0.194 /(8,081.g c . d 4.806 ) = 20000x0,0416 1,806 .790 0.806 .(10x0,001) 0.194 /(8,081x1. 0,254 4.806 ) = 510000Pa Tổn hao áp lực đối dòng chảy chất khí Cơ sở tính toán cũng tương tự như đối với chất lỏng, nhưng phức tạp hơn do khí là chất chòu nén, các tính chất (tỷ trọng, độ nhớt, độ nén…) thay đổi theo áp suất và nhiệt độ. Tổn hao áp lực cũng giống như đối với chất lỏng tuy nhiên: Tổn hao do thay đổi động năng không đáng kể được bỏ qua. Tổn hao do thay đổi thế năng khí có tỷ trọng rất nhẹ do đó phần này có thể bỏ qua. P 1 (kpa): áp suất điểm đầu P 2 (kpa): áp suất điểm cuối P sc (kpa): áp suất điều kiện chuẩn Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 124 P m : (kpa) áp suất trung bình T 1 ( o K): nhiệt độ điểm đầu T 2 ( o K): nhiệt độ điểm cuối T m ( o K): nhiệt độ trung bình T g ( o K): nhiệt độ môi trường quanh ống T sc ( o K): nhiệt độ ở điều kiện chuẩn q sc (m 3 /d): lưu lượng ở điều kiện chuẩn γ : tỷ trọng tương đối của khí f : hệ số ma sát. L (m): chiều dài ống d (m): đường kính trong của ống Z m : hệ số nén trung bình tại điều kiện dòng chảy. K: hệ số E: hệ số hiệu quả đường ống, E= 0.88 - 0.95 Re: số Reynols P m = P avg =2/3[(P 1 + P 2 ) - P 1 P 2 /( P 1 +P 2 )] T m = T avg = [(T 1 - T 2 )/ln{(T 1 -T g )/( T 2 -T g )]} + T g Z m = Z avg Để đơn giản trong việc tính toán thực tế người ta đã thành lập các công thức xác đònh khả năng vận chuyển của đường ống như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 125 Ví dụ: đường ống khí về bờ từ giàn nén khí trung tâm có các thông số như sau, hãy tính khả năng vận chuyển của đường ống. P1(kpa) P2(kpa) d (m) rel den L (m) T1(K) T2 (K) T round T mean P mean Z mean E qsc (m3/d) 12500 6000 0.38 0.78 110000 318 303 298 308.82 9630.63 0.528521 0.9 8889068.6 công thức Panhandle B Lưu ý : trên đường ống có các thiết bò như valve , co, cút, đầu nối… tại đây tổn hao áp lực do ma sát sẽ lớn hơn do thay đổi hướng dòng chảy và thiết diện thu nhỏ, thường được gọi là tổn hao cục bộ. Thông thường người ta sẽ qui đổi các thiết bò trên thành các đoạn ống tương đương sau đó cộng vào độ dài thực tế thành độ dài tương đương để tính toán. Bảng sau hướng dẫn qui đổi các thiết bò đường ống thành các đoạn ống có tổn hao tương đương. Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 126 Hình 10.1: Tổn hao áp lực qui đổi của van, đầu nối. Ví dụ: tính toán chiều dài qui đổi đoạn ống sau để tính tổn hao áp lực: Giải: Từ hình 10.1 10” ball valve L e = 1,8 m Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 127 10” 90 o S.R. el L e = 8,2m 10” tee L e = 18m chiều dài qui đổi là L = 5 + 1,8 + 15 + 8,2 + 2 + 18 +10 = 60m Để tính khả năng vận chuyển của các hệ thống ống mắc song song hay nối tiếp ta theo công thức qui đổi chiều dài và đường kính ống như sau: Hai ống loại lớn A và B mắc song song sẽ tương đương với ống E theo phương trình như sau: D e 2.661 /L e 0.554 = D A 2.661 /L A 0.554 + D B 2.661 /L B 0.554 Hai ống loại nhỏ A và B mắc song song sẽ tương đương với ống E theo phương trình như sau: D e 2.641 /L e 0.547 = D A 2.641 /L A 0.547 + D B 2.641 /L B 0.547 Ví dụ: hai ống 10” và 12” mắc song song 6km nếu dùng ống 14” thì chiều dài tương đương là bao nhiêu: Giải: D e 2.661 /L e 0.554 = D A 2.661 /L A 0.554 + D B 2.661 /L B 0.554 14 2.661 /L e 0.554 = 10 2.661 /6 0.554 + 12 2.661 /6 0.554 ta được L e = 5,3 km ng nhỏ B sẽ tương đương ống A theo phương trình: D A = D B (L A /L B ) 0,207 hoặc L A = L B (D A /D B ) 4,828 ng lớn B sẽ tương đương ống A theo phương trình: D A = D B (L A /L B ) 0,208 hoặc L A = L B (D A /D B ) 4,806 Ví dụ: ống B có D=200mm dài 2000m tương đương ống A có D=100mm theo chiều dài như sau: L A = L B (D A /D B ) 4,828 L A = 2000(100/200) 4,828 = 70,4m . P 2 ) - P 1 P 2 /( P 1 +P 2 )] T m = T avg = [(T 1 - T 2 )/ln{(T 1 -T g )/( T 2 -T g )]} + T g Z m = Z avg Để đơn giản trong việc tính toán thực tế người ta đã thành lập các công. comp platform page 123 ∆P=(P2-P1) = ∆Pf + ∆Px = -2 f.ρ.L.v 2 .ρ/(g c d )-( ∆X)ρ(g/g c ). d = 1,265q 0,4 .{f.Lρ/(∆Pf.g c )} 0,2 nếu chưa biết f ta nên dùng công thức sau: cho ống nhỏ: d. by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 122 PHẦN 10 LƯU LƯNG VÀ ĐƯỜNG ỐNG 1. Chế độ dòng chảy Ở các tốc độ thấp, các phần tử của môi chất chuyển động theo dòng chảy tương đối